您好,欢迎光临 广州庄杰化工有限公司网站 [客服中心]

资讯中心



联系方式

广州庄杰化工有限公司
电话:020-32058392
传真:020-32057561
网站:www.zhuangjie.com
地址:广州市萝岗区九龙镇均和大街73号

当前位置: 网站首页 > 资讯中心 > 实验报告
实验报告

负泊松比功能性针织物的开发与应用

分享到:
点击次数:  更新时间:2018-01-04  【打印此页】  【关闭

材料的泊松比定义为垂直于载荷方向的应变与载荷方向的应变之比的负值,用公式表示为v=-εy/εx,其中,εy表示载荷方向的应变,εx表示垂直于载荷方向的应变。通俗来讲,负泊松比材料在一个方向受到拉伸时,垂直于该方向变宽;在一个方向受到压缩时,垂直于该方向变窄,故又称为拉胀材料。

通常大多数材料的泊松比值都为正,约为1/3,而橡胶类材料为1 /2,即这些材料在拉伸时横向发生收缩。而负泊松比效应(NPR),是指受拉伸时材料在弹性范围内横向膨胀,受压缩时横向反而发生收缩。这种现象在热力学上是可能的,但通常材料中并没有普遍观察到负泊松比效应的存在。近年来发现的一些特殊结构的材料具有负泊松比效应,由于其独特的性能而倍受材料科学家和物理学家们的重视,利用纺织技术开发NPR材料的研究和应用也越来越引起关注。

目前,设计生产负泊松比纺织材料有两种方法。第一种方法是将具有增大效果即具有负泊松比效应的纱线编织成织物。另一种方法是使用传统纤维编织成具有增大效果的织物结构。针织物由于其自身结构的灵活性而利于开发负泊松比织物,负泊松比织物在经编和纬编领域都有所发展,尤其是在经编间隔织物和横编织物方向。

负泊松比二维经编织物:采用高弹性纱线衬入常规经编六角网眼,下机后高弹性纱线自然回缩,带动原六角网眼收缩,形成内凹形的六角网眼。对其施加纵向拉伸力时,弹性纱作用下收缩后的内凹六角网眼就会展开,呈现拉胀效应。

图片关键词

负泊松比三维经编织物:通过对织物组织的设计和后整理措施,使六角网眼发生有序的左右歪斜,在充分收缩的前提下进行定形整理,使其变形更加稳定,持续性更久。在受到拉伸时,与常规状态下的六角网眼经编间隔织物就呈现出截然相反的变形。目前已研究出的经编间隔织物不仅在织物平面内具有拉胀性能,在织物厚度方向同样具备该性能,与常规间隔织物相比,它还具有更好的球面贴合性。

图片关键词

 

图片关键词

负泊松比二维纬编(横编)织物:可利用电脑横机良好的成形性,沿着横列方向连续编织单独的矩形单元,并使它们在顶点处相互连接,第一横列和最后一横列均使用高强弹性橡胶纱,使用弹性橡胶纱连接矩形单元可有效增强结构受拉伸后的回复性能。其模型结构在两个主方向上均具有负泊松比性能,而在生产出的实际织物中只有在横向受到拉伸时才具有负泊松比性能。

负泊松比三维纬编(横编)织物:折叠结构的针织物可以通过正反线圈的结合而获得。正反线圈锯齿形排列形成的织物会发生皱折收缩形成鲜明的三维立体效果,折叠展开后结构变大,展现出负泊松比效应。织物越弯折,其曲折纹路越密集,负泊松比效应越明显。后来又提出了正反线圈矩形排列形成的织物和正反线圈在水平和竖直方向上条形排列形成的织物。

图片关键词

 

图片关键词

负泊松比针织物的应用主要有以下几个方面。

1. 防护用纺织品

由于负泊松比材料具有良好的能量吸收性和形状贴合性,它可适用于防护服装和装备,如赛车、赛马、滑冰等危险性较高的运动中,可减少冲击力对人体造成的伤害。护具一般都用于手肘、膝盖等人体易受伤部位,而目前多由透气性较差的泡沫制成。三维负泊松比织物透气性优良,受弯曲时可呈现圆拱形,与人体手肘和膝盖的形状更易贴合,提高了人体舒适性和活动自由度。同样,该种织物还可用于防震手套、防弹背心等领域。

图片关键词

 

图片关键词

2. 特定需求用纺织品

童装、孕妇装、女性文胸等尤其需要织物的负泊松比性能。负泊松比织物易于在横向和纵向同时延伸,使得合身的衣服可供小孩穿较长时间,避免频繁购买的同时也保证合身性。孕妇装的腰腹部采用负泊松比织物可自然地形成贴合腹部形状的圆拱形,同时不会产生太大压力。同样,负泊松比间隔织物可生产无需过多裁剪的女性文胸,其球面贴合性优于传统织物,透气透湿性也优于传统海绵。

3. 医用纺织品

在生物医学领域,负泊松比织物还可用于脊柱内固定器、人造成形瓣膜、人造血管、食管内支架等。与传统的人造血管不同,管状负泊松比织物制成的人造血管在收到拉伸时直径可变大,很大程度上缓解由于动脉硬化、血栓等疾病对人体造成的危险。另外,负泊松比织物还可制作医用智能绷带,在绷带内携带不同功能的药剂,可根据伤口肿胀的程度释放出相对应的药物,辅助伤口愈合。

图片关键词

4. 复合材料增强结构

将负泊松比织物作为复合材料增强体,如用于制造夹芯板,可大大提高其安全性。用于防爆窗帘,可在受到爆炸发散出的冲击波时有效捕捉随之而来的各种碎片。由于其良好的球面贴合性,该种材料在用于头盔中,在一定程度上缓解冲击力,尽量减小对头部的伤害。

图片关键词

5. 车用纺织品

将负泊松比织物用于汽车安全带,当人体在惯性条件下向前倾倒时,一般的安全带在受到拉伸时会变窄,而负泊松比材料的安全带会整体扩展,从而减弱冲击压力集中对人体造成的伤害。另外,这种材料还可用于儿童座椅面料,目前儿童座椅中多采用海绵面料,倘若采用负泊松比材料作为儿童座椅面料以及儿童安全带,不仅可以提高其舒适度,而且在安全性方面也有很大提升。

图片关键词

6. 其他应用领域

在其他领域方面,孔隙结构的负泊松比材料,如内凹蜂窝状材料,在受到拉伸时孔隙会在双向都展开,可用于过滤器中;另外,由于其体积模量较低,它可用于传感器中,如水听器等。在航空领域,它还可以用于航天器发动机的风扇叶片、热防护材料、飞机前锥部分、翼段等。负泊松比材料制成的紧固件比常规材料更易于安装插入,其径向尺寸在一定公差内可比孔大,安装时受到轴向压力使其直径也变小,从而便于安装。安装好后去除轴向压力,在轴向延伸的同时发生径向延伸,从而可以防止紧固件的滑移。

图片关键词