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服装拉链摩擦机械安全性测试方法优化及建立

随着人们健康意识的增强,对纺织服装的消费观念逐渐由实用性转向舒适美观、休闲保健、安全环保等方面。服装辅料,尤其是拉链产品,作为服装设计中不可或缺的一部分,是提升服装外观质量和整体品质的重要部件,具有庞大的国内外市场。然而因拉链质量问题所引发的服用安全事故,如拉链折断、爆开、夹持等频现,此外拉链在拉开或拉合状态下其外表存在的锐边、细微尖端、毛刺等也存在划伤衣物甚至刺伤皮肤可能性。拉链上述服用机械安全问题正受到生产企业、政府监管部门以及消费者的关注。近年来,国内外相继出台了拉链辅料质量安全相关的标准和规范,如英国BS 7907—2007《提高机械安全性的儿童服装设计和生产实施规程》、中国GB/T 22704—2008《提高机械安全性的儿童服装设计和生产实施规范》等。相关研究文献也对拉链的质量特征、检验及安全隐患等方面进行了论述[1-3],并指出其表面机械安全性的重要性和质量控制必要性。然而,目前对拉链产品的表面磨损机械安全性的要求和规范仅限于文字的定性描述,即要求拉链的链牙无毛刺、锐边、尖端以及对服装和皮肤无划伤或损坏的潜在风险等[4],缺乏定量的指标要求、检测及评价方法。因此,拉链辅料产业亟需建立一套拉链表面磨损机械安全性测试、评价方法,从而提高拉链生产企业的产品质量,保障消费者服用安全和合法权益,提高拉链行业监管能力。
 
本课题从产业的实际需求出发,根据拉链产品的实际使用过程,采用自主设计的摩损试验装置,对比研究了5种典型服用织物在拉链摩擦下的损伤过程,发现平纹棉、平纹蚕丝和平纹涤纶3种织物在摩擦损伤过程中存在5个典型的损伤特征,可用于织物磨损等级的评定[5]。上述研究结果表明使用织物摩擦损伤性能来评价拉链表面摩擦机械安全性具有可行性。在前期研究工作基础上,本文进一步研究了摩擦参数设置对织物摩擦损伤性能的影响,优化并优选了摩擦参数和标准磨料,初步建立了一套简单、快速、准确的拉链表面磨损机械安全性测试、评价方法。
 
1 实验部分
1.1 实验材料与仪器
材料:平纹蚕丝织物(5 tex,46 g/m2,510×480根/10 cm)、标准贴衬棉织物(GB/T 7568。2—2008《纺织品 色牢度试验 标准贴衬织物 第2部分:棉和粘胶纤维》),标准贴衬蚕丝织物(GB/T 7568。6—2002《纺织品 色牢度试验丝标准贴衬织物规格》)。测试所用拉链为5号金属拉链(QB/T 2171—2014《金属拉链》),5号注塑拉链(QB/T 2172—2014《注塑拉链》)和7号尼龙拉链(QB/T 2173—2014《尼龙拉链》)。
仪器:拉链摩擦磨损试验机(自制),HIROXKH-7700型三维视频显微镜(美国科斯达公司)。
 
1.2 实验方法与表征
织物摩擦损伤测试:剪裁6 cm×6 cm织物试样,使用固定圈将试样固定于摩擦头,设置不同的负重、速度、行程和角度等参数,采用自制拉链摩擦磨损试验机进行织物摩擦损伤实验,试验机结构如图1所示。
织物摩擦损伤表征:织物在试验机摩擦过程中出现一定物理破坏时(拉毛、断纱、破洞等),采用三维视频显微镜在50倍放大倍数下观察织物组织结构和纱线摩擦损伤情况。
 
2 结果与讨论
2。1 典型织物摩擦损伤等级评定
前期研究结果表明,平纹棉织物、平纹蚕丝织物、平纹涤纶织物呈现逐渐磨损过程,且摩擦损伤过程中存在显着的阶段性特征,即织物表面磨损,单向纱线断裂,双向纱线断裂(出现破洞),破洞变大以及破损严重5个状态。因此,定义拉链对典型织物的摩擦损伤等级如表1所示。
 
2.2 摩擦参数对典型织物摩擦损伤情况的影响
典型织物的摩擦损伤过程在确定的摩擦试验参数(负重5 N,速度250 mm/s,行程150 mm,斜磨和侧磨角度0°)下进行,然而拉链与纺织面料摩擦过程中,除了拉链自身的材质、锐边锐角外,负重、速度以及角度等因素均会影响织物的摩擦损伤进程,因此需研究分析上述摩擦参数对纺织面料磨损程度的影响,并确定部分摩擦参数设定。此外,由于平纹棉、蚕丝和涤纶织物在拉链摩擦过程中的损伤过程和磨损特征具有一致性,因此本节选用蚕丝平纹织物对相关摩擦参数进行优化研究。
2.2.1 负重对织物摩擦损伤性能的影响
除了纺织面料的组织结构、纱线结构和纤维自身的表面结构外,负重是影响拉链与纺织面料之间滑动摩擦力的关键因素之一[6-7]。不同负重条件尼龙拉链对平纹蚕丝织物摩擦损伤情况及磨损评级如表2所示。随着尼龙拉链与蚕丝织物摩擦次数的增加,整体上织物表面磨损情况呈现不断加剧的趋势。在较低负重(≤3 N)时,由于低负重下拉链与织物间的滑动摩擦力较低,因此平纹蚕丝织物的摩擦损伤过程缓慢,且并未出现织物破洞(3级磨损)。进一步增加负重后,平纹蚕丝织物的摩擦损伤加速,并呈现出典型的摩擦损伤特征(如产生破洞及破损严重)。负重的增加虽然会由于织物交织点突起受压扁平而降低织物表面摩擦系数,但整体上拉链与织物摩擦过程中受到的摩擦力与摩擦负重成正比[8],因此增加摩擦负重可增加拉链与织物摩擦过程中的摩擦力,导致织物表面磨损情况加剧。
 
2.2.2 速度对织物摩擦损伤性能的影响
不同摩擦速度条件下尼龙拉链对平纹蚕丝织物摩擦损伤情况及磨损评级如表3所示。摩擦速度对织物摩擦损伤程度结果表明,加快摩擦速度可加剧蚕丝织物的摩擦损伤程度。在不同摩擦速度下(50 mm/s,150 mm/s和250 mm/s),平纹蚕丝织物摩擦3 800次后,对应织物摩擦损伤等级依次为2级,2~3级和5级。由于摩擦速度的改变对拉链与织物之间摩擦系数影响甚微[9],因此认为平纹蚕丝织物在高速度、短周期循环摩擦后的损伤加剧现象主要归因于纤维的疲劳损伤累积。当蚕丝纤维在受到拉链周期性摩擦作用时,纤维受到应力作用发生形变并产生疲劳,若摩擦速度较慢即循环摩擦周期较长时,疲劳纤维在一定程度上实现恢复。然而当摩擦速度较快时,纤维在发生疲劳后尚未得到恢复随即发生疲劳累积,因此加快摩擦速度可导致织物摩擦损伤加剧。
 
2。2。3 角度(斜摩、侧磨)对织物摩擦损伤性能的影响
除了摩擦负重和摩擦速度外,摩擦角度(斜摩、侧磨)也是影响织物在摩擦过程中织物损伤程度的重要因素之一,且该参数符合拉链实际使用中的摩擦情况。
不同斜磨、侧磨角度下平纹蚕丝织物达到3级磨损所需平均摩擦次数如表4所示。随着斜磨角度的增大,总体上平纹蚕丝织物达到3级磨损所需摩擦次数趋于减少。分析原因认为斜磨角度增加后,织物与拉链的接触逐渐由平面转为斜面,织物与拉链的接触面积变小,织物与相同负重压力下所受压强增加,加剧了织物的摩擦损伤程度。而随着侧磨角度的增大,平纹蚕丝织物达到3级磨损所需摩擦次数呈现先减少后增加的变化趋势,这主要是织物与拉链接触方式和有效摩擦行程的综合改变所致。当增加侧磨角度为15°时,此时拉链与织物的有效摩擦行程变化不大,但织物极易接触到拉链的锐边锐角,因此拉链对织物的摩擦损伤加剧。而进一步增加侧磨角度后,拉链与织物在摩擦过程中的有效摩擦行程显着降低,因此随着侧磨角度的增大,平纹蚕丝织物达到3级磨损所需摩擦次数不断增加。同时,对比不同材质拉链的摩擦试验可知,对于平纹蚕丝织物的摩擦损伤程度依次为:金属拉链>尼龙拉链>注塑拉链,这主要归因于拉链材质、啮合方式及锐边锐角结构的差异。
 
综上所述,调整摩擦负重、速度以及角度均会不同程度上改变拉链对织物的摩擦损伤进程,其摩擦速度和角度的改变同时会影响摩擦试验的效率和稳定性。为综合考虑摩擦试验效率和稳定性,并简化测试过程,确定摩擦速度为250 mm/s,摩擦斜角和侧角为0°,行程为150 mm。
 
2。3 标准磨料拉链摩擦试验参数的确定
为提高拉链机械安全性测试方法的适用性,考虑采用纺织测试常用的标准贴衬棉织物和标准贴衬蚕丝织物作为测试磨料,以便于后期应用和推广。在确定的摩擦参数条件下,对比两种标准贴衬织物摩擦损伤等级区间的区分度和数据偏差,最终确定以一种标准织物为磨料的摩擦参数以及摩擦损伤等级区间,用于拉链机械安全性的测试和评价。
 
2.3.1 标准磨料对比优选
在初步负重优化基础上,标准蚕丝织物和标准棉织物经金属拉链测试后的摩擦损伤等级区间及数据偏差如图2所示。结果表明,两种标准贴衬织物在金属拉链摩擦测试中均可实现5级磨损及对应的损伤特征,但标准棉织物各等级摩擦次数的数据偏差较为显着,这主要是两种标准织物纱线性质的差异所致。蚕丝纱线主要由蚕丝长丝合股而成,其摩擦断裂强力主要取决于蚕丝长丝自身的断裂强力;而棉纱是由棉短纤相互抱合成纱,其强力不单取决于棉纤维自身的断裂强力,而且受限于抱合纤维间的滑脱强度[10-11],导致标准棉织物的摩擦次数偏差较大。
因此,对比两种标准织物试验数据的偏差,优选标准蚕丝织物作进一步优化。
 
2。3。2 标准蚕丝磨料摩擦试验负重优化及终点确定
为保证织物摩擦损伤等级判定的准确性并兼顾测试效率,不同材质拉链对标准蚕丝织物摩擦损伤负重优化如图3(a—c)所示。采用金属拉链时,对比不同负重下标准蚕丝织物各磨损等级的终点次数发现,负重4 N时各磨损等级终点次数范围存在重叠,因此不利于织物磨损等级的准确判定;而负重2 N时标准蚕丝织物达到五级磨损终点超过5 000次,测试效率较低,因此优选金属拉链测试负重参数为3 N,摩擦测试次数终点为2 917次。对于尼龙和注塑拉链,在不同的负重条件下均可准确地判定各磨损等级终点,综合考虑测试效率后分别确定其负重为5 N和12 N,摩擦测试次数终点为3 817次和3 117次。
综上所述,采用标准蚕丝织物为磨料,拉链机械安全性测试参数如表5所示。对于未知品质拉链,按照下表测试参数和终点摩擦次数进行测试,后观察磨损情况并对比标准磨损情况等级,3次平行实验后对拉链予以品质评价。
3 结 论
a)摩擦参数对典型织物摩擦损伤情况研究表明:摩擦负重、速度以及角度均会不同程度上改变拉链对织物的摩擦损伤进程,并影响摩擦试验的效率和稳定性。确定摩擦测试参数为速度250 mm/s,摩擦斜角和侧角0°,行程150 mm;
b)采用标准蚕丝织物作为摩擦试验磨料具有良好的准确性和测试效率。负重优化结果表明,针对金属、尼龙和注塑三种拉链的测试负重分别为:3 N、5 N和12 N,摩擦测试次数终点分别为2 920次、3 820次和3 120次;
c)摩擦机械安全性测试评定方法:选用标准蚕丝织物磨料,根据检测拉链材质类型选用对应测试参数和摩擦次数终点,摩擦测试后观察磨损情况并对比标准磨损情况等级,3次平行实验后对拉链予以品质评价。

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