بررسي رفتار ضربه در كامپوزيت‌هاي منعطف توليد شده از ساختارهاي منسوج با الگوهاي سه‌بعدي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي نساجي

كارشناسي ارشد

توسعه فعاليت‌هاي صنعتي و گسترش كاربرد تجهيزات پيشرفته، توجه به ايمني و حفاظت فردي در برابر عوامل مكانيكي و محيطي را بيش‌ازپيش اهميت بخشيده است. يكي از رويكردهاي مؤثر در اين زمينه، استفاده از منسوجات با قابليت جذب انرژي است. در ميان ساختارهاي نوين نساجي، پارچه‌هاي سه‌بعدي اسپيسر به دليل ساختار ويژه و توانايي بالقوه در كاهش و جذب انرژي ضربه، جايگاه مهمي در طراحي پوشاك و تجهيزات حفاظتي به دست آورده‌اند. پارچه‌هاي اسپيسر با ساختار ساندويچي شامل دولايه سطحي و يك‌لايه مياني از منوفيلامنت، ضمن ايجاد حجم مشخص، وزن كم، مقاومت فشاري و خاصيت ارتجاعي مناسبي ارائه مي‌دهند و توانايي جذب انرژي آن‌ها، اين پارچه‌ها را براي كاربردهاي حفاظتي انسان، پوشاك ورزشي، تجهيزات پزشكي ايده‌آل مي‌سازد. هدف پژوهش حاضر بررسي اثر پارامترهاي ساختاري شامل تعداد لايه‌ها، فاصله خطوط دوخت، طول بخيه، راستاي دوخت و استفاده از رزين بر رفتار ضربه‌اي و ظرفيت جذب انرژي پارچه‌هاي اسپيسر است. نمونه‌ها به ابعاد 10×10 سانتي‌متر برش خورده و با دوخت‌هاي گروه 301 در راستاي تاري، پودي و اريب با فواصل متفاوت دوخته شدند. طول بخيه‌هاي مورداستفاده 3 و 5 ميلي‌متر و فاصله خطوط دوخت 5/1 و 5/2 سانتي‌متر در نظر گرفته شد. نمونه‌ها شامل يك نوع كنترل و دولايه سه‌بعدي بودند و برخي از آن‌ها به رزين لاتكس آغشته و تثبيت شدند تا اثر عمليات تكميلي بر رفتار ضربه‌اي و فشاري موردبررسي قرار گيرد. براي تحليل رفتار ضربه‌اي، يك پرتابه كروي‌شكل با جرم تقريبي 230 گرم و قطر 1/13 سانتي‌متر به‌عنوان جسم برخوردكننده از ارتفاع 100 سانتي‌متر رها شد. پس از برخورد، ارتفاع بازگشت آن توسط دوربين فيلم‌برداري اندازه‌گيري گرديد و بر اساس آن، ميزان انرژي جذب‌شده و انرژي مخصوص نمونه‌ها محاسبه شد. همچنين، نمونه‌ها با استفاده از دستگاه آزمون يونيورسال Zwick/Roell با سرعت ثابت 5 ميلي‌متر بر دقيقه و تا %60 ارتفاع اوليه فشرده شدند و منحني‌هاي نيرو-جابه‌جايي تحليل شد. اين پژوهش به بررسي اثر پارامترهاي دوخت و رزين‌زني بر رفتار مكانيكي پارچه‌هاي اسپيسر دوخته‌شده تحت بارگذاري ضربه‌اي و فشاري پرداخته است. نتايج نشان داد كه تفاوت ماهيت بارگذاري، مكانيزم جذب انرژي را تعيين مي‌كند. در آزمون ضربه كه بارگذاري آن ديناميكي و سريع است، مكانيزم اصلي جذب انرژي شامل تغيير شكل لحظه‌اي، لغزش بين لايه‌اي و اتلاف انرژي بر اثر اصطكاك داخلي است. نتايج آماري نشان داد كه نمونه‌هاي بدون رزين حدود 55% انرژي مخصوص بيشتري نسبت به نمونه‌هاي رزين دار دارند كه ناشي از انعطاف‌پذيري بالاتر و ظرفيت تغيير شكل سريع اين ساختارهاست. همچنين، نمونه‌هاي تك‌لايه حدود 45% انرژي مخصوص بالاتري نسبت به نمونه‌هاي دولايه بدون دوخت داشتند. در ميان نمونه‌هاي دولايه، نمونۀ دوخته شده در راستاي اريب بافاصله خطوط دوخت 5/2 سانتي‌متر و طول بخيه 5 ميلي‌متر بهترين عملكرد انرژي مخصوص را نشان داد؛ به‌طوري‌كه نمونه‌هاي بافاصله خطوط دوخت 5/2 سانتي‌متر حدود %5 انرژي مخصوص بيشتري نسبت به ساير نمونه‌ها داشتند. در آزمون مقاومت فشاري كه بارگذاري آن شبه‌استاتيكي و تدريجي است، مكانيزم جذب انرژي عمدتاً از طريق فشردگي كلي ساختار و تغيير شكل الاستوپلاستيك ساختارهاي اليافي حاصل مي‌شود. در اين شرايط، يكپارچگي ساختار و چسبندگي بين لايه‌اي نقش تعيين‌كننده دارند. نتايج نشان داد كه نمونه‌هاي رزين دار حدود 50% انرژي مخصوص بيشتري نسبت به نمونه‌هاي بدون رزين دارند. اين افزايش ناشي از بهبود اتصال بين لايه‌ها، كاهش لغزش موضعي و افزايش پايداري مكانيكي در برابر بار فشاري بود. ساير پارامترهاي دوخت تأثير قابل‌توجهي در اين آزمون نداشتند. به‌طوركلي، اين پژوهش نشان داد كه ساختارهاي انعطاف‌پذير و بدون رزين براي شرايط بارگذاري ضربه‌اي بهترين عملكرد جذب انرژي را دارند، درحالي‌كه ساختارهاي رزين دار و منسجم‌تر در شرايط بارگذاري فشاري مقاوم‌تر عمل مي‌كنند. اين يافته‌ها بر اهميت طراحي هدفمند پارچه‌هاي اسپيسر و بهينه‌سازي تركيب پارامترهاي دوخت و رزين‌زني تأكيد دارد و مسير نويني براي طراحي پوشاك و تجهيزات حفاظتي با كارايي بالا و وزن كمتر ارائه مي‌دهد.

236824

پوشاك

مهندسي نساجي

دانشگاه صنعتي اصفهان