توصيفگر ها :
منسوجات سهبعدي , پارچه اسپيسر , جذب انرژي , رفتار ضربهاي , دوخت سهبعدي , رزين , پوشاك حفاظتي
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
The expansion of industrial activities and the increasing use of advanced equipment have highlighted the importance of personal safety against mechanical and environmental hazards. One effective approach in this context is the use of energy-absorbing textiles. Among modern textile structures, three-dimensional spacer fabrics have gained significant attention in protective clothing and equipment due to their unique architecture and potential for impact energy dissipation. Spacer fabrics, with a sandwich-like structure consisting of two surface layers and a monofilament core, provide defined thickness, low weight, adequate compressive strength, and elasticity, making them suitable for protective applications, sportswear, and medical equipment.the present study investigates the effects of structural and processing parameters—including the number of layers, stitch spacing, stitch length, stitch orientation, and resin treatment—on the impact behavior and energy absorption capacity of spacer fabrics. Samples measuring 10 × 10 cm were prepared with 301 stitches in warp, weft, and bias directions, with stitch lengths of 3 and 5 mm and stitch spacings of 1.5 and 2.5 cm. The specimens included a control group and three-dimensional double-layer samples, some of which were impregnated and cured with latex resin to examine the effect of post-processing on impact and compressive behavior .For impact testing, a spherical projectile weighing approximately 230 g with a diameter of 13.1 cm was dropped from a height of 100 cm, and its rebound height was recorded with a high-speed camera to calculate the absorbed and specific energies. Compressive behavior was assessed using a Zwick/Roell universal testing machine at a constant speed of 5 mm/min up to 60% of the initial thickness, and force–displacement curves were analyzed .Results showed that the loading type significantly determines the energy absorption mechanism. Under dynamic impact loading, the primary mechanisms include instantaneous deformation, interlayer sliding, and internal friction dissipation. Statistical analysis indicated that non-resin samples exhibited approximately 55% higher specific energy than resin-treated samples due to higher flexibility and rapid deformation capacity. Single-layer samples displayed around 45% higher specific energy than double-layer non-stitched samples. Among double-layer samples, the specimen stitched in the bias direction with 2.5 cm stitch spacing and 5 mm stitch length demonstrated the best specific energy performance, with about 5% higher specific energy compared to other stitch spacings and lengths .In quasi-static compressive testing, energy absorption mainly resulted from overall structural compaction and elastoplastic deformation of the fibrous structure. Structural integrity and interlayer adhesion played a decisive role. Resin-treated samples exhibited approximately 50% higher specific energy than non-resin samples, attributed to improved interlayer bonding, reduced local sliding, and enhanced mechanical stability under compressive loading. Other stitching parameters had negligible effects in this test .Overall, the study demonstrates that flexible, non-resin spacer structures perform best under impact loading, while resin-treated, more consolidated structures are more resistant under compressive loading. These findings emphasize the importance of targeted design and optimization of stitching and resin treatment parameters in spacer fabrics, providing a pathway for developing lightweight protective clothing and equipment with enhanced performance.