Investigació sobre les característiques de fricció entre la roba de camuflatge i la pell del colze humà3

1, les característiques superficials dels teixits de roba de camuflatge

Les figures 2(a~e) mostren imatges de morfologia superficial de quatre tipus de teixits de roba de camuflatge i un tipus de roba interior de camuflatge. Es pot observar que els teixits d'1" i 5" semblen relativament solts a causa de les seves estructures de teixit de sarja i bucle, amb porus més grans. Per contra, els teixits de 2, 3 i 4 "exhibeixen superfícies relativament llises i denses a causa de les seves estructures de teixit simple, amb porus més petits.

La hidrofilicitat/hidrofobicitat superficial és un dels factors importants que influeixen en les propietats de fricció de la pell. La mesura de les propietats hidròfobes/hidròfiles dels teixits de roba de camuflatge ajuda a entendre el comportament tribològic entre diferents teixits de roba de camuflatge i la pell. A causa de les diferències en l'estructura de teixit de teixit, hi ha una diferència significativa en la hidrofilicitat entre les estructures de sarga i llisos. Per a teixits de sarga i bucle amb una forta absorció d'aigua (absorbida completament en 2 segons), la hidrofobicitat es caracteritza pel temps que la gota d'aigua roman a la superfície, on un temps més curt indica una absorció d'aigua més forta. Pel que fa als teixits llisos, es mesura l'angle de contacte després d'una 2-segona prova, on un angle de contacte més gran indica una energia superficial més petita, fent que el material sigui més hidròfob. La figura 3 mostra fotos de mesura de l'angle de contacte de teixits de camuflatge de 2", 3" i 4".

La taula 2 enumera els resultats de les proves d'angle de contacte, mostrant que la tela 2 "exhibeix la hidrofobicitat més forta, seguida de la tela 4". El temps de desaparició de les gotes d'aigua a les superfícies dels teixits 1" i 5" es mostra a la taula 3, cosa que indica que el teixit 5" absorbeix completament la gota d'aigua en un temps més curt, demostrant una millor hidrofilicitat que el teixit 1". En general, en termes de comparació, la hidrofilicitat dels teixits es classifica de la següent manera: 5" > 1" > 3" > 4" > 2", cosa que indica que els teixits fets de cotó pur i amb una estructura de teixit de sarja presenten una millor hidrofilicitat.

2, Comportament de fricció entre els teixits de roba de camuflatge i la pell

Per investigar el comportament adhesiu i lliscant entre els teixits de roba de camuflatge i la pell, la figura 4 il·lustra les corbes típiques del coeficient de fricció i les corbes de desplaçament de la força de fricció (FD) del teixit 1" amb pell sota càrregues normals d'1 N i 5 N, tant en sec com en sudor. Segons els resultats de la nostra investigació anterior, la pell sota diferents condicions de fricció de lliscament alternatiu presenta tres tipus de corbes FD: formes de paral·lelogram, circulars i semitancades, segons les diferents formes de les corbes FD, el comportament de fricció de la pell Es poden classificar en estat de lliscament relatiu, estat intermedi on coexisteixen lliscament i adhesió relatius i estat adhesiu.

Com es mostra a la figura 4, sota una càrrega normal d'1 N i en estat sec, el coeficient de fricció estàtica i la força de fricció estàtica són petits, cosa que indica un lliscament relatiu entre la pell i el teixit durant la fricció. Després d'afegir suor artificial, es formen forces entre la pell i el teixit a causa de la presència de suor, donant lloc a l'adhesió entre la pell i el teixit. Inicialment, estan en estat adhesiu. A mesura que augmenta el desplaçament, la pell s'arruga i s'acumula davant de la sonda esfèrica, augmentant la tensió superficial de la pell. Quan la suma de la força d'empenta i la tensió superficial supera la força de fricció estàtica, es produeix un lliscament relatiu entre la pell i el teixit de la roba de camuflatge. Per tant, després d'afegir-hi suor artificial, la pell s'adhereix inicialment al teixit de la roba de camuflatge i després llisca.

Quan la càrrega normal és de 5 N, a causa de la càrrega més alta, augmenta la força adhesiva entre la pell i el teixit. La interfície entre el teixit de roba de camuflatge i la pell es troba en un estat intermedi de lliscament relatiu i adherència tant en ambients secs com humits, amb una distància de lliscament reduïda en comparació amb quan la càrrega normal és d'1 N.

La figura 5 il·lustra la distribució dels coeficients de fricció mitjans entre diferents teixits i pell de roba de camuflatge. Sota una càrrega normal d'1 N, tots els teixits presenten coeficients de fricció més elevats en condicions de suor en comparació amb condicions seques. Això es deu al fet que l'addició de suor artificial augmenta la hidratació de la pell, donant lloc a un augment de l'adhesió entre el teixit de roba de camuflatge i la pell.

Com a resultat, la resistència de fricció que cal superar augmenta, donant lloc a un augment del coeficient de fricció. Això és coherent amb les troballes de Naik et al. Quan la càrrega normal augmenta a 5 N, no hi ha cap diferència significativa en els coeficients de fricció mitjans entre diferents teixits i pell en condicions seques i humides. Això es deu al fet que a càrregues normals més altes, el moviment relatiu entre la pell i el teixit requereix superar el component de fricció de la deformació elàstica de la pell.

Al mateix temps, també augmenta la força adhesiva entre la pell i el teixit. Tanmateix, l'increment del component de fricció a causa de la deformació elàstica de la pell és molt més gran que l'increment de la força adhesiva entre la pell i el teixit. Per tant, el material i l'estructura del teixit, així com les condicions seques i humides, semblen tenir menys importància per influir en la resistència a la fricció. En conseqüència, les diferències en el rendiment de fricció entre diferents teixits i pell en condicions seques i humides no són significatives.

Sota una càrrega normal d'1 N i en condicions seques, els coeficients de fricció mitjans són els següents: 3" > 2" > 1" > 5" > 4". Aquests resultats estan relacionats amb el material i l'estructura de teixit dels teixits. Anàlisi. des de la perspectiva del material, els teixits 1" i 5" estan fets de 100% cotó, mentre que el teixit 4" és una barreja de 50% niló i 50% cotó. Aquests materials són més suaus en comparació amb els teixits amb polièster (2") i viscosa (3"), el que resulta en coeficients de fricció més baixos amb la pell. Des de la perspectiva de l'estructura de teixit, les estructures planes (2", 3") tenen més interseccions i flotadors més curts, la qual cosa condueix a àrees de contacte reals més grans amb la pell, per tant, coeficients de fricció mitjans més alts en comparació amb les estructures de sarga (1", 4") i estructures de bucle (5").

A més, la presència d'estructures llargues de fibres micro-convexes a les superfícies del teixit també influeix en el rendiment de fricció. Els teixits 1", 3" i 5" tenen fibres microconvexes llargues a les seves superfícies, que augmenten la resistència durant la fricció. D'altra banda, els teixits 2" i 4" tenen superfícies més llises. Per tant, el teixit 2" té una fricció lleugerament menor. coeficients en comparació amb el teixit 3", i el teixit 4" té coeficients de fricció lleugerament més baixos en comparació amb els teixits 1" i 5".

Sota una càrrega normal d'1 N i en condicions humides, els coeficients de fricció mitjans augmenten significativament en comparació amb les condicions seques. Comparant els coeficients de fricció mitjans de diferents teixits en condicions humides, són els següents: 2" > 4" > 3" > 1" > 5". Aquests resultats són coherents amb la hidrofilicitat dels teixits. Com més hidròfob sigui el teixit, més més aigua repel·leix, donant lloc a una hidratació més forta de la pell i una major adherència a la interfície entre el teixit de la roba de camuflatge i la pell, donant lloc a coeficients de fricció més alts Això és degut a que la hidratació de la pell suavitza l'estrat còrni i forma ponts capil·lars àrea de contacte i adhesió reals [3-14 En les operacions i l'entrenament militars reals, la sudoració és inevitable i la majoria de les vegades la pell està en contacte amb la suor.

Per tant, a l'hora de seleccionar roba de camuflatge que entri en contacte amb la pell, el millor és triar teixits amb una forta absorció d'humitat (hidrofilia), com el cotó, i teixits amb estructures de teixit de sarja o bucle. Això ajuda a reduir la fricció amb la pell humana.

3, Morfologia de la superfície de la pell

Per observar millor el dany de la superfície de la pell causat per la fricció amb diferents teixits de roba de camuflatge, la Taula 4 enumera els canvis en la rugositat de la superfície abans i després de la fricció de la pell. En comparació amb la pell del grup control, la rugositat de la superfície augmenta lleugerament després de la fricció de la pell sota una càrrega normal d'1 N tant en condicions seques com humides. No obstant això, l'augment és petit, que es deu a la menor càrrega que resulta en menys força de fricció i menys descamació de l'estrat còrni de la superfície de la pell, la qual cosa comporta canvis mínims en la rugositat de la superfície de la pell.

Tanmateix, sota una càrrega normal de 5 N tant en condicions seques com humides, els canvis en la rugositat de la superfície de la pell abans i després de la fricció són significatius. L'ordre d'augment de la rugositat de la superfície de la pell tant en condicions seques com humides és el següent: 3 > 2 > 1 > 4.

Per obtenir una comprensió més intuïtiva i detallada dels canvis en la morfologia de la superfície de la pell, la figura 6 il·lustra imatges en 3D de la pell en fricció amb diferents teixits de roba de camuflatge sota una càrrega normal de 5 N i en condicions seques.

A la figura 6, es pot observar que la superfície de la pell del grup de control (sense fricció) és relativament llisa (figura 6 (a)), mostrant estructures de textura diferents amb una rugositat superficial mínima.

Tanmateix, després de la fricció amb els teixits 2 (Figura 6 (c)) i 3 (Figura 6 (d)), la superfície de la pell es torna desigual amb algunes textures que desapareixen, donant lloc a un augment de la rugositat de la superfície. Això s'atribueix a les llargues fibres que sobresurten dels teixits 2 i 3, que tenen una estructura de teixit lli i una textura relativament dura, donant lloc a coeficients de fricció més elevats durant la fricció. En conseqüència, són propensos a rascar la pell, provocant la separació de l'estrat còrni i la llàgrima epidèrmica, donant lloc a la fuita de líquid tissular.

En canvi, després de la fricció amb els teixits 1, 4 i 5, la superfície de la pell es manté relativament llisa, amb una interrupció mínima de l'estructura de la textura i menys trauma a la pell. Tot i que no hi ha cap diferència significativa en els coeficients de fricció mitjans entre els teixits i la pell en condicions seques i humides quan la càrrega normal augmenta a 5 N, el material i l'estructura dels teixits encara influeixen en l'extensió del dany a la superfície de la pell.

Per tant, en la selecció de roba de camuflatge, s'aconsella triar teixits de textura suau, com el cotó, i teixits amb una estructura de punt de sarga per reduir els danys per fricció a la pell. A més, s'han de fer esforços per minimitzar la càrrega de contacte entre la pell i el teixit, reduint així la força de fricció a la superfície i mitigant l'efecte de cisalla entre les capes epidèrmiques, reduint així el risc de trencament epidèrmic.

Conclusió:
          a. Sota una càrrega normal d'1 N, l'entorn humit millora l'adhesió entre teixits i pell, donant lloc a coeficients de fricció més elevats entre teixits i pell en estat humit en comparació amb l'estat sec. Quan la càrrega normal augmenta a 5 N, l'estat sec/humit de la interfície no té cap efecte significatiu en els coeficients de fricció entre teixits i pell.

          b. En estat sec, el rendiment de fricció entre diferents teixits de roba de camuflatge i pell està relacionat amb el material i l'estructura de teixit de les teles. Els teixits fets de cotó pur i amb una estructura de sarga presenten coeficients de fricció més baixos amb la pell. En estat humit, el rendiment de fricció entre diferents teixits de roba de camuflatge i pell està relacionat amb la hidrofilicitat dels teixits. Els teixits amb una hidrofobicitat més forta augmenten els coeficients de fricció entre els teixits i la pell a causa d'una millor hidratació de la pell i l'adhesió interfacial.

          c. Els teixits amb una estructura de teixit lli relativament dura són propensos a causar superfícies rugoses de la pell després de la fricció, donant lloc a diferents graus de separació de l'estrat còrni i esquinçament epidèrmic, augmentant així el risc de danys a la superfície de la pell.