三维膨体织物耐压缩性能试验方法分析

张荣，彭祖鹏

0 引言

由于三维膨体织物采用特殊的立体三维编织结构形式，中间的尼龙单丝连接线可以支撑5 mm的厚度，并通过气体的通透和传湿改善飞行员的体表温湿度。因此采用三维膨体织物作为主体骨架材料的通风系统，可有效降低飞行员工作时的热负荷，提高着装的舒适性。

三维膨体织物使用时可根据高空代偿服的不同部位任意裁剪，简单方便。但在使用（飞行）过程中要求三维膨体织物既要承受一定的压力，又要压缩弹性变形小，可使压缩空气自由通过。

三维膨体织物按照俄罗斯实物样品进行仿制，研制时依据俄方提供的技术资料要求，主要指标要求包括单位面积质量、断裂强力、断裂伸长率、变形率、剩余伸长率等，其中单位面积质量、断裂强力、断裂伸长率等指标要求属于纺织材料通用的技术要求，测试方法也属于常规测试方法，只有变形率、剩余伸长率等指标属于新出现的指标要求，但目前无法得到详细的试验方法。

试验以俄罗斯实物样品和对于主体材料三维膨体织物的变形率和剩余变形率的技术指标要求为依据，结合高空代偿服和通风服通风系统使用性能要求，设计新型的三维膨体织物耐压缩性能试验方法，用于三维膨体织物耐压缩性能的鉴定和复验，为高空代偿服和通风服通风系统的功能实现奠定良好的基础，从而为全面实现三维膨体织物的国产化打下坚实的基础。

1 耐压缩性能前期测试情况

俄方提供的三维膨体织物耐压缩性能要求为：当负荷为3.92 N/cm2时，每压缩变形周期的变形率为13%，剩余变形率为4%。该技术资料来源于俄方三维膨体织物的技术标准TY17-09-09-11-87，该标准属于企业标准，但缺少企业标准文本，对其测试方法和测试设备无从了解。此项指标直接关系到产品的使用性能，是一项非常重要的技术指标，必须有明确的测试方法。

试验时所用三维膨体织物仿照俄罗斯样品（CT60-40）研制。由于国内早期与救生服装配套的通风服通风系统支撑材料是弹簧，而弹簧具有质量重、服用舒适性差等缺点，导致通风服推广困难。与弹簧织物相比，三维膨体织物无论是质量，还是外观手感都有明显的优越性，且服用舒适性较好。在三维膨体织物研制过程中，只能借鉴通风系统原用骨架材料金属弹簧压缩性能的测试方法和试验仪器进行三维膨体织物变形率和剩余变形率的试验。由于适用于金属弹簧的弹簧拉压试验机加压量程太大，用于三维膨体织物测试时数据偏差较大，且加压时间需要用秒表进行手动控制，易产生较大的误差，实用性欠佳。

此外，根据三维膨体织物使用的实际状况，早期还设计了手工方法测试，但测量时全靠手工操作，加压时间又无统一的标准，准确性太差，更无法作为三维膨体织物研制阶段鉴定检验的方法施行。

无论是对于高空代偿服产品的使用性能，还是对于三维膨体织物本身，耐压缩性能都是一项很重要的性能指标，因此应对该项指标的测试方法进行专项研究。

2 耐压缩性能试验方法设计

2.1 试验原理

通风系统是高空代偿服和通风服的主要组件，而三维膨体织物是用于服装通风系统的主体材料。飞行员在机动飞行过程中劳动强度大，容易出汗，通风系统可随时为飞行员热负荷集中部位通风、散热，降低热负荷，这就要求材料具有强度高、弹性好、易弯折、耐压缩等性能。一般的制织技术局限于二维制织，三维织物是二维制织技术的拓展，它是一种三维多向立体结构体，主要采用上、下二层织物可单独编织成布，中间支撑鬃丝在支撑过程中可与上下层同时编织的方式编织成型，其主要特点为：①自由调节支撑层面的厚度，满足不同的要求；②上下二层织物可自由设计，功能多，对织物的密实和稀疏、平坦或凹凸毛糙方面都可方便控制；③支撑层可做到或多或少、可有可无的弹性及满足持久弹性、抗压弹性的回复。

作为一种全新的材料，必会出现一些新的技术性能，从而需要设计新型的试验方法来进行测试。工程化应用研究的主要目的是制定与之相适应的测试手段，最终通过产品功能考核予以验证其可行性。根据DC-7高空代偿服技术条件规定的通风阻力试验要求，即在空气流量为（250±10）L/min时通风系统阻力不超过2.45 kPa、“充气—排气”循环试验次数为2 000次，在循环500次、1 000次、1 500次和2 000次时对通风阻力有着不同的要求。

经过资料调研和查询，纺织行业常用的厚度测试仪被纳入研究范围。厚度测试仪的测试原理为：试样放置在基准板上，另一与基准板平行的圆形压脚对试样施加规定压力，两块板中间的垂直距离作为试样的测量值。根据高空代偿服和通风服产品的实际使用状态，结合产品通风系统通风阻力试验对于三维膨体织物耐压缩性能的要求，需要对厚度测试仪进行压缩功能的设计改进，具体包括三个方面：①厚度测试仪是一次性测试，而服装实际使用时是反复“充气—排气”，兼顾日常纺织品厚度测试需求，可设定“单次”或“多次”；②三维膨体织物的技术指标变形率是指每个压缩周期的变形率，压力的大小需要通过增加厚度测试仪配套的砝码数量和质量来实现；③高空代偿服和通风服产品的通风系统工作时充压时间要求持续60 s，因此需增加对持续时间的控制。

2.2 试验仪器设计制造

根据高空代偿服和通风服产品通风系统的设计和使用需求，联合国内纺织仪器专业制造厂家，研制加工新型仪器——耐压缩性能测试仪，其主要技术参数如下：

测定厚度范围：（0.01～10）mm；

最小分度值：0.01 mm；

行程：120 mm；

压盘直径：Φ7.98、Φ11.28、Φ25.22、Φ35.68、Φ 50.48 mm；

压重砝码：25 cN～200 N（±0.1%）；

压重时间：10 s、30 s、60 s。

2.3 试验步骤设计

2.3.1 取样

试样长度和宽度应大于压盘直径两倍以上，也可整幅测试，但应在不同的位置测试，相邻两处的距离不少于20 cm，试样表面应无任何影响试验结果的疵点，每批产品至少测试三个试样（或三处）。

2.3.2 测量步骤

升起压脚，将试样在不受张力的情况下放置在基准板上，具体见图1：轻轻下调压脚于试样上，设定负荷显示为1 N（起始加压）时，读取并记录厚度指示表上的读数作为厚度D1；继续增加压力至规定值，保压，读取并记录厚度指示表上的读数作为厚度D2；取出试样静置10 min后重复上述步骤，读取并记录厚度指示表上的读数作为厚度D3。

图1 耐压缩性能测试仪测量示意图

2.3.3 变形率计算

变形率按式（1）进行计算：

式（1）中：

D1——试样起始加压厚度值（相当于原始厚度）；

D2——试样在规定压力下的厚度值。剩余变形率按式（2）进行计算：

式（2）中：

D1——试样起始加压厚度值（相当于原始厚度）；

D3——试样恢复的厚度值。

3 结论

三维膨体织物的耐压缩性能变形率（负荷为3.92 N/cm2时的每压缩变形周期）和剩余变形率作为服装考核的重要指标，在应用研究过程中应结合产品使用情况和技术指标要求，利用现有设备条件设计耐压缩性能试验方法。经反复试验验证，效果良好,可用于三维膨体织物的鉴定和质量一致性检验，为材料用于高空代偿服通风系统主体，有效降低飞行员体表温度奠定良好的基础。

耐压缩性能作为纺织材料的一项新型功能，试验方法在国内尚属空白。在无技术资料可借鉴的前提下，自行设计开发试验仪器和试验方法，不仅对提高中国海上救生防护装备的整体技术水平有着重要的意义，还可以创造良好的社会效益和经济效益。