编织带材质和编织形式对头盔佩戴装置强度的影响和原因分析

2022-09-02梁志

科技创新与生产力 2022年7期

梁志

（江西联创电声有限公司，江西南昌 330096）

现有标准下，防暴头盔[1]只有一种盔型，为全盔型，由壳体、缓冲层、衬垫、面罩、佩戴装置（包括系带、下颏托、佩戴扣和盔顶悬挂系统等）、护颈组成。适合公安全警种使用，能够有效防护警员头部、面部、颈部免受锐器、利器、棍棒及非爆炸性投掷物（如泼洒腐蚀性化学液体）攻击的警用头盔，是警务人员在反恐反暴斗争中佩戴以保护自身安全、保存战斗力的必备防护装备。

头盔在满足各项防护性能和作战技能指标的前提下，为确保头盔的佩戴稳定性和可靠性[2]，按照GA294—2012《警用防暴头盔》要求，头盔佩戴装置的织带应能承受900 N 负载，加载过程中织带伸长量应小于等于25 mm，卸载后佩戴插扣能正常使用[3]。

1 试验背景

基于防暴头盔佩戴装置稳定性和可靠性的要求，对不同材质和不同编织形式的编织带进行了佩戴装置强度性能试验验证，并记录各类编织带缝制的佩戴装置编织带伸长量，以探究编织带材质和编织形式对头盔佩戴装置编织带伸长量的影响。

2 试验对象

试验对象为头盔佩戴装置，即各类材质和编织形式的编织带缝制的佩戴装置，其外形见图1。本文所选用的编织带按材质种类可分为：尼龙织带、涤纶织带、氨纶织带。编织带按编织形式可分为：平纹织带、坑纹织带、人字纹织带、工字纹织带。

图1 佩戴装置

3 试验方案

为验证编织带材质和编织形式对佩戴装置编织带伸长量的影响，本文将按照下述两种试验方案进行对比验证试验，试验设备采用头盔专用佩戴装置强度试验设备，试验环境在室温状态下进行，所缝制的佩戴装置除编织带材质和编织带的缝制形式不同以外，其余缝制所需的零部件全部为同批、同质、同类物料，同一员工缝制，可近似为无任何差异，避免了因其他因素导致的偏差影响。

试验方案一：选用同一编织形式的尼龙织带、涤纶织带和氨纶织带缝制成佩戴装置，每款缝制2套，织带厚度约1.0 mm，织带编制形式为人字型编织；上述3 款材质的佩戴装置进行编号，尼龙织带佩戴装置编号为01-1 和01-2，涤纶织带佩戴装置编号为02-1 和02-2，氨纶织带佩戴装置编号为03-1 和03-2；将上述3 款佩戴装置装配在成品盔上进行佩戴装置强度试验，记录织带伸长量。

试验方案二：将平纹尼龙织带、坑纹尼龙织带、人字纹尼龙织带和工字纹尼龙织带分别缝制成佩戴装置，每款缝制2 套，织带厚度约1.0 mm；上述4 款不同编织形式的佩戴装置编号，平纹尼龙织带编号为001-1 和001-2，坑纹尼龙织带编号为002-1 和002-2，人字纹尼龙织带编号为003-1 和003-2，工字纹尼龙织带编号为004-1 和004-2；将上述4 款佩戴装置装配在成品盔上进行佩戴装置强度试验，记录织带伸长量。

4 试验结果

经过试验验证，方案一的试验结果见表1。

表1 方案一试验结果

经过试验验证，方案二的试验结果见表2。

表2 方案二试验结果

试验设备和伸长量量具见下图2 和图3。

图2 试验设备

图3 伸长量量具

试验结果表明：尼龙织带佩戴装置强度明显优于涤纶织带和氨纶织带，织带承受900 N 拉力，持续时间2min 后，织带伸长量低于25 mm，满足性能指标要求，涤纶材质和氨纶材质的织带不符合要求。工字型编织形式的织带经过试验后，其抗拉性能明显优于平纹、坑纹和人字纹编织形式的织带。

5 原理分析

5.1 材质的影响

尼龙织带是由聚酰胺类单体聚合而成，经纺丝工艺拉丝，从而编织成尼龙织带，尼龙具有极佳的材料韧性和抗拉伸强度，相较于涤纶为聚酯类聚合物聚合而成，氨纶由聚氨酯类聚合物制成，其韧性远低于尼龙材质，抗拉强度不及尼龙材料。尼龙分子结构由-CONH-连接，氨纶由-NHCOO-连接，涤纶由-COO-连接，从原理上分析，-CONH-化学键结构稳定性优于-NHCOO-和-COO-，同时，-CONH-键会产生吸水效应，产生分子间氢键，结构强度提升，化学稳定性优异，而氨纶和涤纶无此特性，故材料的抗拉强度不及尼龙织带，制成头盔佩戴装置组件运用于头盔时，其佩戴装置伸长量，尼龙织带效果最佳。

5.2 织带编织形式的影响

织带编织形式错综复杂，不同的编织形式，其缝制制品的交叉点数不同，不同交叉点缝纫织物的抗拉强度差异明显。交叉点增多提高了织物抗拉拔特性，拉拔纱线与交叉点接触总面积增加，拉拔过程变长。单向缝纫增强效果小于双向缝纫，增强效果与交叉点数无比例关系。缝纫并不改变织物的基本变形机理，距离拉拔端越近的纬纱变形越大，同根纬纱标记点越靠近拉拔经纱变形越大，拉拔过后的纬纱恢复部分变形，越靠近拉拔端其残余变形越大。对比上述四类编织形式的佩戴装置，工字型编织形式相较于平纹、坑纹和人字纹编织形式，交叉点数更多，经纬两个方向都有缝纫，抗拉过程中，双向编织方式提高了织物强度，弱化了织物动摩擦阶段的抵抗变形能力，即织物抗拉能力较强，织物伸长量较小。