怎样使用针织柔和热塑性复合质料，提升轻质板球护垫的保护功能？

板球活动

文 |怪谈Talk

编纂 | 怪谈Talk

弁言

板球是最受接待的举世性活动之一，关于击球手和守门员来说，板球护垫是用于减震和板球打击力的峰值缓速的紧张一局部防护装备。

填料的质料选择应依据要求思索，在研讨中，使用针织单向热塑性复合质料预浸料制造柔性复合质料，使用热塑性纱线制造预浸料，比如高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)和低熔点聚酯(LMPE)。

对位芳族聚酰胺(Kevlar)和亚麻纱用作嵌体，该布局被堆叠成三层和五层，并且使用热压将热塑性纱线转化成基质，统共制备了12个样品，并评价了它们的机器功能。

拉伸和弯曲功能、短梁强度和打击功能接纳多准则决定(MCDM)武艺举行优化，经过与抱负解的相似性(TOPSIS)取得订单功能，这种办法被用来选择最佳质料用于板球垫。

使用统计武艺对候选样本举行排序，发觉最佳样品是FP5，即使用五层的亚麻与聚丙烯，其体现出最大的打击强度，后果标明，随着层数的增长，力学功能总体上有所提高。

经过ANOVA (α = 0.10)和饼图取得每个要素的明显性和百分比奉献，这标明要素A和C(镶嵌纱线和层数)是主要奉献者，与市场样品板球垫比拟，最佳样品体现出精良的打击干系功能。

板球活动中护具质料的紧张性

板球是天下上最受接待的活动之一，拥有约莫25亿球迷，它是英国的国球，在印度、巴基斯坦、斯里兰卡、澳大利亚、新西兰和其他国度很盛行，这项活动必要某些装备，如板球拍、板球、三柱门和防护附件，如板垫、头盔、手套和调温护具。

多年来，随着武艺和质料的提高，板球装备的市场以前扩展，一局部防护装备(PPE)在任业活动中变得越来越紧张，固然板球是一项非交往性活动，但撞击伤非经稀有。

在板球活动中，球以25到45米/秒的极高速率射出，在云云高的速率下，撞击时产生的力约莫对运倡导的宁静不利，为了制止这类事变的产生，显然必需对击球手使用的防护装备举行持续的、沉思熟虑的改良。

板球护垫关于击球和守检票口的球员来说是必不成少的，可以保护膝盖和小腿的宁静，板球护垫必要为击球手和守门员提供减震和板球打击力的峰值缓速，板球护垫由几种具有精良减震性和抗打击性的质料制成。

护垫用于最小化高速球的打击，以保护运倡导在击球和守三柱门时免受损伤，由于在这些地点，运倡导必需面临板球，这约莫是伤害的，并招致运倡导受伤。

传统上，皮革被用来制造板球护垫的外层，但是，以皮革为基本的垫子很重；比年来，PVC(聚氯乙烯)和PU(聚氨酯)的提高使得制造轻质衬垫成为约莫，PVC是一种构成聚合质料，用作皮革的交换品，由于它比皮革更便宜、更耐用、更轻。

PVC具有很高的耐化学性，这使得它很难吸收，正由于云云，聚氯乙烯比年来丢失了紧张性，聚氨酯如今被更广泛地接纳，由于它更容易吸收，并且像聚氯乙烯一样便宜耐用。

聚氨酯可以转化为高密度泡沫，用作轻质减震器，制成轻质衬垫，板球垫的外层由聚氨酯(PU)/聚氯乙烯(PVC)制成，而不同的质料依据其抗打击和减震的固有特性用作衬垫，传统上，坚固情势的藤条(轻质木料)用于板垫中，以提供板垫内里的刚性和保护。

在古代装备中，藤条已被高密度泡沫(HDF)代替，如今主要用于更便宜、质量更好的垫子中，高密度泡沫的主要利益是它十分轻，由于它主要由氛围构成，但是，这种构成质料来自不成再生的天然资源，比如石油，其招致举世变暖，并且具有仅限的报废处理途径。

必要对潜伏的可持续创新时机举行研讨，在注意运倡导的温馨和宁静的同时，具有更大打击保护的板垫变得越来越有必要，亚麻、黄麻、剑麻、丝绸和椰壳纤维等天然纤维价格便宜，密度相对较低，韧性较高。

这些纤维分量轻，可再生，可生物降解，研讨标明，亚麻纤维具有高的比强度和比模量以及低的密度，这使其在复合质料中的使用十分好效，关于高端使用，芳族聚酰胺纤维，比如Kevlar是优选的，由于它们具有高强度、轻分量和减震功能，这使得它们实用于板球护垫。

比年来，纤维加强复合质料因其本钱低、分量轻、强度高、刚度大而被广泛使用于很多工程范畴，依据加强质料和基体质料的典范，可以制备不同典范的复合质料。

加强朝向是控制复合质料机器功能的决定性要素之一，预浸料是用热塑性或热固性树脂预浸渍的复合加强质料，固然预制部件的消费历程更快，但它们是经过热压成型来固化的，如文献中所述，使用针织单向加强办法制备预浸料坯。

随着天下范围内限定燃料斲丧和相应的二氧化碳排放，开发情况友好型质料的板垫变得很有必要排放，皮革、藤条和HDF以前被用于开发板球护垫以保护打击；但是，这些质料都有本人的优点和缺陷。

现在还没有关于开发板球护垫的研讨，该板球护垫具有由高功能针织织物加强并浸渍有热塑性树脂以改良打击保护的柔性复合质料，现有研讨标明，对情况影响和所用质料的思索仅限。

这项研讨的重点是板球活动中用作护具的柔性复合质料的功能特性，别的，接纳TOPSIS多呼应优化办法，因此，该研讨一方面旨在使用可再生质料，另一方面旨在完成打击功能的改良。

复合预浸料的质料选择

为了制备复合预浸料，使用了五种不同典范的质料，即凯夫拉尔纤维、亚麻、聚丙烯(PP)、高密度聚乙烯(HDPE)和低熔点聚酯(LMP)复丝纱线。

一切纱线质料均从中国入口，凯夫拉尔和亚麻纱线被用作加强质料；这两种纱线都具有6000旦尼尔的线密度。

其他三品种型的热塑性纱线质料，即低熔点聚酯、高密度聚乙烯和聚丙烯，在热压历程中用作一切针织布局中的基体，一切热塑性纱线的线密度为600旦尼尔。

热塑性聚合物的选择基于它们的熔点和它们以纱线情势的商业可取得性，它们的选择基于比加强质料更低的熔化温度，这允许容易且匀称的浸渍得以完成，热塑性基体如LMP、PP和PE具有延展性，易于加工，吸收简便。

基于精良的机器功能选择加强纱，固然Kevlar在高端工程使用中众所周知，但选择亚麻是由于它是一种天然泉源的纤维素纤维，是一种生态友好的加强选择，同时与其他天然纤维比拟，体现出相对更好的机器功能。

使用的HDPE是复丝纱线的情势，其由具有十分高的聚合物链取向的纤维/长丝构成，增长了却晶度，这关于聚合物纤维来说是典范的；它们的密度略高于相应的聚合物。

使用的聚丙烯是复丝纱线的情势，由于纱线是直接从需求商处取得的，以是约莫含有增塑剂，这约莫是PP复丝纱高伸长率的缘故。

目标是研讨纱线情势的不同热塑性树脂浸渍复合质料的实质，因此，与相对较高密度和较高分子量的质料(比如HDPE)或正中质料比拟，质料的选择由相对较低密度和分子量的PP构成。

将复合质料样品热压成型

使用两种不同的堆叠排序制造复合质料样品，将针织物样品剪成所需的尺寸(30 cm × 30 cm ),并以(0，90，0)的堆叠排序安排三层和(0，90，0，90，0)的五层。

然后，将样品放入压模机中，施加4吨的压力和180℃的温度30分钟，以取得匀称的目标密度，在施加压力的情况下，允许样品在65–75°C的温度下冷却，然后将复合质料样品从热压成型机中取出。

依据ASTM D7264标准实验办法，使用三点弯曲实验测定复合质料样品的弯曲功能，.Zwick万能实验机用于经过改换夹具举行三点弯曲实验。

依据ASTM D2344测试标准,热塑性复合质料的短梁剪切强度测试在万能实验机上举行，短梁强度或层间剪切强度用于评价纤维-基体团结，使用直接形式II横向剪切载荷实验来丈量界面团结质量。

一切热塑性复合质料样品的打击功能都是依据测试标准ISO 179-2在夏比打击实验机上测定的，夏比实验办法评价质料的韧性或打击强度，当它有一个缺陷或缺口，并遭到快速加载的情况。

使用东西对实行后果分析

使用扩大1.5倍的光学显微镜取得一切测试样品的光学图像，分析断裂外表以确定没效形式。

为了取得板垫的最佳样本，接纳了TOPSIS(经过与抱负处理方案相似的排序功能武艺)多呼应优化武艺，TOPSIS办法用于取得距离负抱负解最远的迩来抱负解，这种办法必要在选择历程中应该思索的属性的相对紧张性的信息。

第一个质量标准是打击功能，它体现了柔性垫可以吸取几多能量，这是板球垫最紧张的要求之一，作为这种分析武艺的必要构成局部，优先排序如下:打击强度、弯曲强度、拉伸强度和短梁强度。

方差分析用于确定每个要素干系于TOPSIS提出的每个特定呼应的统计明显性和百分比奉献，最初，将市场样品板球垫与经过上述分析取得的最佳样品举行比力。

拉伸功能在板球护垫用复合质料的表征中起着至关紧张的作用，对复合质料样品的拉伸模量和拉伸强度举行了研讨和分析，盘算拉伸模量，并绘制成图，用于比力一切制备的样品。

与亚麻基复合质料比拟，凯夫拉尔基样品具有更高的拉伸模量，由于在凯夫拉尔的化学布局中存在对位芳族聚酰胺组分，其以反复的办法经过强键互相毗连。

结语

一切品种的五层复合质料比相反典范的三层复合质料体现出更高的拉伸模量，这可直接归因于更高的层数，这在聚合物和纤维的各层之间创建了强的层间团结，招致更高的拉伸模量。

这约莫是由于更平滑和更匀称的棒状纵向微纤维，它们互相取向和互连，并具有更高的晶体布局，招致更高的杨氏模量、拉伸强度和拉伸模量。

在比力亚麻基复合质料时，在三层和五层复合质料中，FP体现出最高的拉伸模量(7.67 GPa和10.41 GPa)，其次是FH (9.07 GPa和9.00 GPa)和FL (6.21 GPa和7.45 GPa)。

这可归因于在力的朝向上高度取向的球晶，其被转化为与亚麻原纤维产生强团结的微纤维，招致高拉伸模量，另一方面，FH比FL具有更高的拉伸模量，这可归因于HDPE具有更高的劲度/刚度和紧缩强度。