聚乙烯防切割手套用针织物设计与性能评价

徐立双 王利君 孙晓楠

摘要： 针对防切割手套性能评价问题，文章以聚乙烯纤维为原料，设计了18种防切割手套用针织物，并利用TDM100耐切割性能测试仪测试了织物的耐切割性能，结合灰色近优法对织物防护性能进行评价与甄选，构建了织物综合得分的评价模型，并验证了其适用性。该模型显示：织物的性能与其厚度、横密、纵密、平方米质量等因素存在定量关系，其中厚度影响最为显著。初步实现以结构参数来评价织物性能，研究结果可为聚乙烯防切割手套的设计与性能评价提供参考。

关键词： 聚乙烯;防切割手套用针织物;结构参数;回归分析;綜合评价

中图分类号： TS186.3

文献标志码： A

文章编号： 1001-7003（2021）12-0017-06

引用页码： 121104

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.12.004（篇序）

Abstract： To address the evaluation problems of cut-resistant gloves， 18 types of knitted fabric for cut-resistant gloves were designed using polyethylene fiber as raw material， then the anti-cutting performance of the fabric was tested using TDM100 cutting resistance tester. The protection performance of fabric was evaluated and selected based on grey near optimal method， the evaluation model of fabric comprehensive scores was established， and then its applicability was verified. This model has shown that there exists a quantitative relationship between fabric performance and its thickness， transverse density， longitudinal density， the mass of each square meter， among which thickness has the most obvious impact. The study has preliminarily achieved the goal of evaluating fabric performance by structural parameters and the research results can provide references for the design and performance evaluation of the polyethylene cut-resistant gloves.

Key words： polyethylene; knitted fabric for cut-resistant gloves; structural parameters; regression analysis; comprehensive evaluation

据统计，手部伤害事故占到了各类工伤事故数量的25%[1]。防切割手套在安保行业、玻璃生产加工制造业、机械生产行业等具有较高的应用价值。目前国内外学者对聚乙烯防切割针织物进行了不同的研究。杨豆豆等[2]在7针全自动手套机上采用添纱组织结构方法，应用分离编织和转移技术，编织了聚乙烯防切割手套，得出聚乙烯纤维防切割手套编织的最佳条件：聚乙烯纱线线密度1 665 dtex，捻度200 捻/m，织物平方米质量200 g/m2。方圆等[3-4]发现在聚乙烯纱线线密度一定时，随着纱线捻度的增加，织物的防切割性能呈现先增大后减小的趋势。刘柳等[5]详细解读了几种机械防护手套的测试标准，得出了不同的测试标准与方法对防切割手套的测试结果有影响。黄俊峰等[6]以聚乙烯、锦纶、氨纶纤维为原料，组合搭配3种结构的成纱方式，研究纱线结构对织物性能的影响，结果显示：以氨纶为芯，外层分布以S、Z捻包覆锦纶、聚乙烯纤维双层结构包覆纱编织的手套织物性能最佳;同时利用电子强力机和马丁代尔仪测试了防切割手套的综合性能，并利用模糊综合评价对手套防护性进行了综合排序。姜亚明等[7]将聚乙烯纤维与芳纶纤维运用一定的复合方法形成多种复合结构的防刺材料，并加工成防刺织物，得出织物性能优异且具有防切割、防刺等性能。

Alireza Mollaei等[8]研究了结构参数对芳纶和聚乙烯纬编针织物耐切割性能的影响，得出密度较高时，芳纶和聚乙烯混合纱线的耐切割性能较好。Mustafa Ertekin等[9]将芳纶纱线与高舒适性纱线结合，设计并测试了所用原料不同的手套耐切割性能和舒适性（透气性、导热性、透湿性），将聚乙烯纱线与涤纶纱线混合，保证手套耐切割性的同时提高了手套的舒适性。Pyo Kyeong Deok等[10]研究了不同纤维、不同的加捻方法对防切割织物物理性能的影响，得出凯夫拉与聚乙烯纤维混合使用得到的手套耐切割性能达到四级。

为满足手部安全防护需求，各种防机械伤害的手套被不断开发与应用，各种防切割手套测试与评价标准不断颁布，但防切割手套的测试与评价过程是对实物进行破坏性试验，造成手套开发周期长、成本高。因此，本文在前人研究的基础上选用聚乙烯纤维包覆纱，为实现用织物的结构参数预测织物综合得分，设计编织了18种防切割针织物，并测定织物规格及性能。利用灰色近优法对织物防切割性能进行综合评价，计算综合得分，评选最佳工艺参数。通过回归分析，深入探究织物的基本结构参数与性能的关系，构建防切割手套用针织物性能与织物结构参数之间的评价模型。

1 试 验

1.1 材料与仪器

超高相对分子质量聚乙烯纤维（北京同益中特种纤维技术开发有限公司），氨纶、锦纶（上海凯威有限公司）。

YG（B）141D数字式织物厚度仪（宁波纺织仪器厂），精密度电子天平（上海天美天平仪器有限公司），LLY-27纤维细度分析仪（温州大荣纺织仪器有限公司），TDM100耐切割性能测试仪（南通宏大实验仪器有限公司），马丁代尔法织物耐磨性测试仪、YG 026型多功能强力机（温州方圆仪器有限公司），12针手摇横机（义乌市同宏机械设备有限公司）。

1.2 防切割针织物的设计与编织

纬编针织物的设计主要包括原料的选择、织物组织设计、色彩和图案、工艺设计四方面，而服用针织品的力学性能、手感、风格受纱线线密度的影响[11]。结合防切割针织物性能要

求，本文选用聚乙烯、锦纶、氨纶为原料，设置牵引倍数为3.2倍，加工捻度为250 捻/m，进行包覆加工得到不同规格的包覆纱，具体规格如表1所示。

为探究织物的结构参数对织物综合性能的影响，本文选择组织结构、密度作为基本结构参数。手套口通常采用罗纹组织，其余部位多采用纬平针组织[12]，因此选择纬平针、1+1罗纹、2+2罗纹三种组织结构，根据纱线的线密度，选择合适的手摇横机，通过多次试验确定合适的密度值范围（横密和纵密各选三水平）作为针织物的工艺参数，设计正交试验如表2所示，并编织不同规格的试样。针织物在编织过程中，由于纱线受到的拉力不能完全保持一致，因此防切割針织物的实际密度与设定密度存在差异，以实测密度为准。

1.3 织物规格及性能测试

1.3.1 规格测试

根据国标GB/T 3820—1997《纺织品和纺织制品厚度的测定》、GB/T 4669—2008《纺织品针织物单位长度质量和单位面积质量的测定》、GB/T 4668—1995《针织物密度的测定方法》对防切割织物的厚度、平方米质量、横密、纵密进行测定，测试结果如表3所示。

1.3.2 性能测试

根据EM388《手部防护机械危害防护手套》测试标准，调整试验温度与湿度，将试样在标准环境下平衡24 h后，对织物进行性能测试，测试结果如表3所示。

1） 耐磨性。使用马丁代尔仪，设置压强为（9±0.2） kPa，选定为平方米质量（300±30） g/m2的磨料，对直径不少于38 mm的圆形试样进行测试，得到织物的耐磨周期。

2） 耐切割性。使用耐切割性测试仪，对尺寸长为（100±10） mm、宽（60±6） mm的试样进行试验，设定TMD1003耐切割性能测试仪压力为（5±0.05） N，记录循环周期T，计算织物耐切割指数。

3） 抗撕裂性。使用电子强力机，对尺寸为200 mm×50 mm的试样进行试验，设置电子强力机测试参数，选定单缝撕裂法，设定织物撕裂伸长所对应的夹距200 mm和拉伸速度100 mm/min，获得织物的撕裂强力。

4） 耐穿刺性。使用电子强力机，对直径不少于40 mm的圆形试样进行试验，设置电子强力机量程500 N，设定钢针速度100 mm/min，期间最大的作用力即织物的耐穿刺力。

2 织物性能评价

2.1 灰色近优评价

选用灰色近优法对18种试样进行评价。该方法具有样本需求量小、对分布服从无要求、避免赋权不同时对判定结果的干扰、定量分析结果与定性分析结果相同等优势[13-14]，广泛应用于纺织服装性能评价过程。根据测试结果，本文将织物的耐磨性能、耐切割性能、抗撕裂性能和耐穿刺性能（依次标为A1、A2、A3、A4）来评价防切割手套的综合性[15-16]。列出18个试样4项指标的白化灰矩阵18×4，织物的耐磨性能、耐切割性能、抗撕裂性能和耐穿刺性能越好，织物的综合得分越高，因此均采用上限效果测度，将试验所测数据按照相应的效果测度换算为′18×4，再进行综合性能评价，综合得分越高，防切割针织物的综合性能越好。

利用灰色近优法可得到18种织物的综合得分。1#～18#织物的具体得分如上述矩阵所示，对比分析可以发现：同种组织结构，密度相同或接近的前提下，所用聚乙烯纤维线密度为400 dtex的织物综合得分明显高于聚乙烯纤维线密度为200 dtex的织物;织物的组织结构不同，织物的综合得分也不同，相同或密度接近的前提下，纬平针组织结构的织物综合得分高于其他两种组织结构;同种组织结构的前提下，织物的横密、纵密越大，织物的综合得分越高。因此，本文设计编织的防切割手套用针织物最佳结构参数为纱线线密度400 dtex，纬平针组织，横密49行/5 cm，纵密41.5列/5 cm。

2.2 评价模型构建

2.2.1 相关分析

为了进一步分析防切割手套用针织物的基本结构参数与综合得分的关系，本文运用SPSS软件计算相关系数，对综合得分与变量之间的线性关系进行分析，结果如表4所示。

由表4可知，防切割针织物性能的综合得分与织物的厚度、平方米质量，横密、纵密显著相关。防切割织物被破坏的整个过程中，针尖、刀片等外力对织物横截面线圈的剪切占主导作用，织物抵抗外力的冲击破坏能力直接受纱线力学性能的影响;织物的厚度、平方米质量受纱线线密度的影响，聚乙烯纱线的力学性能又与纱线的线密度成正比，纱线线密度越大，织物能够吸收的破坏能越大，综合性能越好;织物的横密、纵密直接影响织物的紧密程度，织物的尺寸稳定性受织物紧密程度的影响，织物越紧密，纱线的抱和力和摩擦力越大，纱线之间的交织点越不容易发生滑移，织物的性能越好。其中，织物中线圈的状态更多受织物横密的影响，横密对综合得分的影响大于纵密对织物综合得分的影响;纱线的滑移起到一定的缓冲作用，在一定程度上减轻外力对织物的破坏[7]。因此，织物的厚度、平方米质量、横密、纵密共同影响织物的综合得分，影响防切割手套用针织物的性能。

2.2.2 回归分析

为更加客观、简便地评价织物的综合性能，本文以织物性能的综合得分为因变量，厚度、平方米质量、横密、纵密为自变量，进行回归分析，建立防切割针织物的评价模型，结果如表5所示。

由表5可知，防切割手套用针织物的评价模型调整R2为0.687，接近0.7，模型具有实际意义，回归方程显著性检验的概率P值小于显著水平α（置信区间95%，显著水平α为005），说明模型整体拟合良好。根据系数的绝对值可知，织物的厚度对防切割织物综合得分的影响最大，得防切割织物性能评价模型：

针织物性能综合得分=1.434-0.321×织物厚度+0.001×平方米质量-0.007×横密-0.003×纵密

2.2.3 模型验证

为检验所建模型的准确性及适用性，本文另取LGDX-585的包覆纱，编织6种不同规格的聚乙烯防切割手套，并测得基本结构参数与性能，计算织物性能的实际得分，如表6所示。将试样的实际得分与模型得分进行比较，结果如图1所示。

由图1可以看出，试样B1～B6实际得分分布在模型预测得分两侧且与模型数据接近，说明实际值与预测值相差不大。调整后的R2为0.72，说明模型拟合度良好，具有一定的预测性，优化了聚乙烯防切割手套的评价过程，可为防切割手套的设计与评价提供参考。

3 结 论

聚乙烯防切割针织物作为近年来使用广泛的防护纺织品，其性能综合得分受织物多个结构参数的共同影响。具体结论如下：

1） 借助灰色近优法，得出了聚乙烯防切割手套用针织物的综合得分，选出了最佳的编织工艺参数为：纬平针组织结构，纱线线密度400 dtex，横密49行/5 cm，纵密41.5列/5 cm。

2） 织物的性能与织物的基本结构参数存在定量关系，其中织物的厚度对防切割织物综合得分的影响最大，在原料同为聚乙烯、锦纶、氨纶纤维的前提下，可得防切割手套用针织物的评价模型。该模型有效简化了手套的评价过程，初步实现了以织物的结构参数来评价综合性能，减小了对手套样本的破坏性，具有更高的实用性，为进一步提高防切割手套的性能提供参考。

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