运动服装防冰刀切割测试装置研制及应用*

刘贵

（1.福建省纺织产品检测技术重点实验室，福建 福州 350026；2.福建省纤维检验中心，福建 福州 350026）

0 前言

2022 年，在我国成功举办的北京冬奥会推动了社会各界对冰雪运动的关注，激起了大众对冰雪运动的热忱。滑冰运动作为增强体能、放松娱乐的项目深受大众喜爱。短道速滑项目作为历届冬奥会上的夺金热点，一直以来深受关注，在提倡全民冰雪运动的大背景下，也影响着更多人参与此项运动。

短道速滑运动中除专用的冰刀、冰鞋以及其他防护用具之外，服装是最为重要的装备。好的装备可以避免外在的伤害，保持身体的舒适性与安全性，提高运动成绩，反之则可能对运动员产生多方面的伤害。基于此，考虑到普通民众滑冰运动过程中难免会有冰刀触碰身体的情况需求，因此冰上运动服装以及速滑服的防切割性能成为纺织服装从业者关注的焦点，但是，目前国内并无相关测试方法，因此对运动服装的防冰刀切割性能检测方法进行研究意义重大。本文参考国内外纺织品等相关切割性能测试方法标准，对冰刀触碰人体时对服装产生切割的过程进行分析，以织物等速伸长（CRE）强力试验机为基础，研发纺织物防切割性能测试装置。

1 防切割测试现状

目前防切割性能涉及的标准主要有：ISO 13997:2023《防护服 机械性能 抗尖锐物体切割性的测定》、ASTM F 1790-2021《防护服用材料耐切割性测量》、ISO 20344:2021《个人防护设备 鞋靴的试验方法》、EN 388:2016《防机械危险的防护手套》、GB 24541—2022《手部防护 机械危害防护手套》、 GB/T 20991—2007《个体防护装备 鞋的测试方法》、GB/T 17622—2008《带电作业用绝缘手套》、AQ 6102—2007《耐酸（碱）手套》、GA 614—2006《警用防割手套》。

所用到的设备主要分为手套切割试验机和抗切割性能试验机（TDM-100）两大类。手套切割试验机试验装置如图1所示。

图1 常用手套防切割性能测试仪

抗切割性能试验机TDM-100用于包括织物、复合材料、皮革、橡胶及增强材料、防护服所用各种材料的耐切割性能，是ISO、ASTM等标准推荐用测试仪，主要适用标准为ISO 13997、ASTM F 1790，是美国杜邦等知名公司及众多计量机构使用产品（图2）。测试方法在锋利直刃刀片上施加负载，沿直线切割样品，在3种不同负载下分别切割样品5次，样品在承受刀片切割20 mm且不被割穿的条件下，刀片上所施加的最大力即为切割力。切割力越大，材料的抗切割性能越强。

图2 抗切割性能试验机（TDM-100）

以上标准涉及的2种防切割测试设备，主要用于专业防护纺织品，主要考虑的是人们在从事特种工作时的防护，属于专业防护领域，而针对冰上运动中冰刀鞋冰刀的防切割并不适用，因此，亟须研发冰刀相关防切割测试装置和测试方法。

2 织物防切割测试装置的研发

以织物等速伸长（CRE）强力试验机为原型开发开织物防切割装置，设计相关配件，主要包括切割测试刀具、刀具连接件和测试圆形基座。

2.1 切割测试刀具

滑冰运动主要包括速度滑冰、花样滑冰和冰球，参考这3种冰鞋冰刀相关参数，设计的测试切割刀具参数如下：⑴材质：普钢或钨钢；⑵硬度：洛氏硬度HRC 60±1；⑶刀片形状：长度(10±0.2)cm，宽度(4±0.2)cm，刀刃厚度(1.2±0.1)mm。刀片与连接件之间的夹角可以人工调节。

2.2 刀具连接件

连接件的作用是上端连接到强力机上夹头，下端安装刀片，并要求方便更换，且刀片与连接件下端之间的夹角可以按照设定的角度进行调节（图3）。

图3 切割刀片连接方式

2.3 测试圆形基座

圆形基座的上部可安装测试试样，并应有固定试样的相关部件，且可方便安装试样。圆形基座的底部应有连接机构，可方便安装在现有强力的底座上。

圆形基座材质为金属，设计内孔直径为(15±0.2)cm，确保切割刀片在向下运行中，切片可自由进出基座内孔。圆形基座内孔深度设计为(15±0.2)cm，即切割刀片在基座内孔中的最大行程为(15±0.2)cm，确保被切割测试的试样能被刀片割破。内孔深度太浅，即刀片向下的行程较短，对于某些弹性较好的织物，可能会发生触底情况（即刀片连同被测试的试样向下运动中接触到基座内孔底部，试样未被割破）。试验中应尽量避免该情况的发生。

圆形基座的结构图如图4（a）和（b）所示，实际测试过程中刀片接触试样，进行切割的状态见图4（c）。

图4 切割刀片连接方式

3 测试与应用

3.1 试样准备

速滑服、冰球服等产品主要以针织面料为主，部分产品也会使用较大面积的机织面料。本项目选取14款典型针织运动服面料（编号为K1#～K14#）和14款典型机织运动服面料（编号为W1#～W14#）开展验证试验。

3.2 测试条件

先对28个样品进行调湿处理，在恒温恒湿实验室调湿24 h后上机测试，选择力的量程使输出值在满量程的10%～90%之间，设定试验机的速度为(300±10)mm/min。

3.3 测试结果

对28个样品进行相关测试。测试时以刀片割穿织物，刀刃全部在织物的另一面为测试终点，记录力值-位移曲线，以最大力值为测试结果。为了解切割角度对切割力的影响，分别选取了0°、30°、45°和60°四种切割测试角度，同时为保证测试结果的准确可靠，每个样品测试3次，以3次的平均值作为最终报出值。相关测试结果如表1、表2。

表1 不同切割角度时样品（针织物）切割力值

表2 不同切割角度时样品（机织物）切割力值

从表1可知，K14#、K2#和K7#样品切割力随切割角度的变化在14个针织样品中居前三，30°切割力值较0°切割力值分别减小了60.1%、48.0%和39.7%。从表2可知，W4#、W1#和W3#样品切割力随切割角度的变化在14个机织样品中居前三，30°切割力值较0°切割力值分别减小了65.6%、63.1%和62.8%。

从表1和表2可知，无论是针织物还是机织物切割力在0°时最大且随着切割角度的增大，切割力先减小后增大。这是因为切割角度为0°时，冰刀刀刃与织物平面呈水平，刀片与织物接触面积最大，水平切割分力为零，垂直切割力与顶破织物的力相等；随着切割角度的变大水平切割力逐渐增大，垂直切割力逐渐变小，但达到某个角度后由于冰刀侧边比刀刃钝的原因，垂直切割力又开始上升。

4 结论

本文以织物等速伸长（CRE）强力试验机为基础，研制了运动服装防冰刀切割测试装置的切割刀具，设计了连接件和圆形基座，进行装配后得到了防切割试验装置。以冬季户外运动服面料作为测试对象，选取了常用的机织和针织运动裤面料试样各14个，分别采用0°、30°、45°和60°四种切割角度进行了验证测试，得到了运动服面料的切割力并进行了分析。结果表明该装置装配简便，适用性强，刀片可更换，且刀片与连接件之间的夹角可以通过人工调节得到不同的切割角度，可用于运动服装防冰刀切割测试。