Forskning på friksjonsegenskaper mellom kamuflasjeklær og menneskelig albuehud3

1, Overflatekarakteristikkene til kamuflasjeklær

Figurene 2(a~e) viser overflatemorfologibilder av fire typer kamuflasjebekledningsstoffer og en type kamuflasjebekledningsundertøy. Det kan observeres at stoffer 1" og 5" virker relativt løse på grunn av deres strikkestrukturer i kypert og løkke, med større porer. Omvendt viser tekstiler 2, 3 og 4" relativt glatte og tette overflater på grunn av deres ensfargede strikkestrukturer, med mindre porer.

Overflatens hydrofilisitet/hydrofobisitet er en av de viktige faktorene som påvirker hudens friksjonsegenskaper. Måling av de hydrofobe/hydrofile egenskapene til kamuflasjeklesstoffer bidrar til å forstå den tribologiske oppførselen mellom ulike kamuflasjeklærstoffer og huden. På grunn av forskjeller i stoffstrikkestrukturen, er det en betydelig forskjell i hydrofilisitet mellom kypert og vanlig struktur. For twill- og løkkestoff med sterk vannabsorpsjon (helt absorbert innen 2 sekunder) karakteriseres hydrofobisiteten av tiden vanndråpen holder seg på overflaten, hvor kortere tid indikerer sterkere vannabsorpsjon. Når det gjelder vanlige stoffer, måles kontaktvinkelen etter en 2-andre test, der en større kontaktvinkel indikerer en mindre overflateenergi, noe som gjør materialet mer hydrofobt. Figur 3 viser kontaktvinkelmålingsbilder av kamuflasjestoffer 2", 3", og 4".

Tabell 2 viser resultatene av kontaktvinkeltestene, som viser at stoff 2" viser den sterkeste hydrofobiteten, etterfulgt av stoff 4". Forsvinningstiden for vanndråper på overflatene til stoff 1" og 5" er oppført i tabell 3, noe som indikerer at stoff 5" fullstendig absorberer vanndråpen på kortere tid, og viser bedre hydrofilisitet enn stoff 1". Totalt sett, når det gjelder sammenligning, rangerer hydrofilisiteten til stoffene som følger: 5" > 1" > 3" > 4" > 2", noe som indikerer at stoffer laget av ren bomull og med en kyperstrikkestruktur viser bedre hydrofilitet.

2, friksjonsadferd mellom kamuflasjeklær og hud

For å undersøke adhesivet og glideoppførselen mellom kamuflasjeklær og hud, illustrerer figur 4 typiske friksjonskoeffisientkurver og friksjonskraftforskyvningskurver (FD) for stoff 1" med hud under normal belastning på 1 N og 5 N, i både tørr og svett forhold Basert på våre tidligere forskningsresultater viser hud under forskjellige frem- og tilbakegående glidende friksjonsforhold tre typer FD-kurver: parallellogram, sirkulære og semi-lukkede former klassifiseres i relativ glidende tilstand, mellomtilstand hvor relativ glidning og adhesjon eksisterer samtidig, og adhesiv tilstand.

Som vist i figur 4, under en normal belastning på 1 N og i tørr tilstand, er den statiske friksjonskoeffisienten og den statiske friksjonskraften liten, noe som indikerer relativ glidning mellom huden og stoffet under friksjon. Etter tilsetning av kunstig svette dannes det mellomlagskrefter mellom huden og stoffet på grunn av tilstedeværelsen av svette, noe som fører til adhesjon mellom huden og stoffet. Til å begynne med er de i en selvklebende tilstand. Når forskyvningen øker, rynker huden og samler seg foran den sfæriske sonden, noe som øker overflatespenningen i huden. Når summen av skyvekraften og overflatespenningen overstiger den statiske friksjonskraften, oppstår relativ glidning mellom huden og kamuflasjebekledningsstoffet. Derfor, etter å ha tilført kunstig svette, fester huden seg først til kamuflasjetøystoffet og glir deretter.

Når normal belastning er 5 N, på grunn av høyere belastning, øker klebekraften mellom huden og stoffet. Grensesnittet mellom kamuflasjebekledningsstoffet og huden er i en mellomtilstand av relativ glidning og vedheft i både tørre og våte omgivelser, med redusert glideavstand sammenlignet med når normal belastning er 1 N.

Figur 5 illustrerer fordelingen av gjennomsnittlige friksjonskoeffisienter mellom forskjellige kamuflasjebekledningsstoffer og hud. Under en normal belastning på 1 N, viser alle stoffer høyere friksjonskoeffisienter under svette forhold sammenlignet med tørre forhold. Dette er fordi tilsetning av kunstig svette øker hydreringen av huden, noe som fører til økt vedheft mellom kamuflasjetøystoffet og huden.

Som et resultat øker friksjonsmotstanden som må overvinnes, noe som fører til en økning i friksjonskoeffisienten. Dette samsvarer med funnene til Naik et al. Når normalbelastningen øker til 5 N, er det ingen signifikant forskjell i de gjennomsnittlige friksjonskoeffisientene mellom ulike stoffer og hud under tørre og våte forhold. Dette er fordi ved høyere normal belastning krever den relative bevegelsen mellom huden og stoffet å overvinne friksjonskomponenten av hudens elastiske deformasjon.

Samtidig øker også klebekraften mellom huden og stoffet. Imidlertid er økningen av friksjonskomponenten på grunn av hudens elastiske deformasjon mye større enn økningen av klebekraften mellom huden og stoffet. Derfor synes stoffets materiale og struktur, samt de tørre og våte forholdene, å ha mindre betydning for å påvirke friksjonsmotstanden. Følgelig er forskjellene i friksjonsytelse mellom forskjellige stoffer og hud under tørre og våte forhold ikke signifikante.

Under en normal belastning på 1 N og under tørre forhold er de gjennomsnittlige friksjonskoeffisientene som følger: 3" > 2" > 1" > 5" > 4". Disse resultatene er relatert til stoffets materiale og strikkestruktur. Analysere fra materialets perspektiv er Stoffer 1" og 5" laget av 100% bomull, mens Fabric 4" er en blanding av 50% nylon og 50% bomull. Disse materialene er mykere sammenlignet med stoffer med polyester (2") og viskose (3"), noe som resulterer i lavere friksjonskoeffisienter med huden. Fra strikkestrukturens perspektiv har vanlige strukturer (2", 3") flere skjæringer og kortere flyter, noe som fører til større faktiske kontaktområder med huden, derav høyere gjennomsnittlige friksjonskoeffisienter sammenlignet med kiperstrukturer (1", 4") og løkkestrukturer (5").

I tillegg påvirker tilstedeværelsen av lange mikrokonvekse fiberstrukturer på stoffoverflatene også friksjonsytelsen. Stoffene 1", 3", og 5" har lange mikrokonvekse fibre på overflaten, som øker motstanden under friksjon. På den annen side har tekstilene 2" og 4" jevnere overflater. Derfor har Stoff 2" litt lavere friksjon koeffisienter sammenlignet med Stoff 3", og Stoff 4" har litt lavere friksjonskoeffisienter sammenlignet med Stoffer 1" og 5".

Under en normal belastning på 1 N og i våte forhold øker de gjennomsnittlige friksjonskoeffisientene betydelig sammenlignet med tørre forhold. Ved å sammenligne de gjennomsnittlige friksjonskoeffisientene til forskjellige stoffer under våte forhold, er de som følger: 2" > 4" > 3" > 1" > 5". Disse resultatene stemmer overens med stoffenes hydrofilisitet. Jo mer hydrofob stoffet er, jo mer vann frastøter det, noe som resulterer i sterkere hydrering av huden og større vedheft ved grensesnittet mellom kamuflasjetøystoffet og huden, og fører dermed til høyere friksjonskoeffisienter. Dette er fordi hudens hydrering myker opp stratum corneum og danner kapillære broer. faktisk kontaktområde og adhesjon [3-14] I faktiske militære operasjoner og trening er svette uunngåelig, og mesteparten av tiden er huden i kontakt med svette.

Derfor, når du velger kamuflasjeklær som kommer i kontakt med huden, er det best å velge stoffer med sterk fuktighetsabsorbering (hydrofilisitet), som bomull, og stoffer med kypert eller løkkestrikkestruktur. Dette bidrar til å redusere friksjonen med menneskehuden.

3, Hudoverflatemorfologi

For bedre å kunne observere hudoverflateskaden forårsaket av friksjon med forskjellige kamuflasjebekledningsstoffer, viser Tabell 4 endringene i overflateruhet før og etter hudfriksjon. Sammenlignet med kontrollgruppens hud øker overflateruheten litt etter hudfriksjon under en normal belastning på 1 N i både tørre og våte forhold. Økningen er imidlertid liten, noe som skyldes at den lavere belastningen resulterer i mindre friksjonskraft og mindre avskalling av hudoverflatens stratum corneum, noe som fører til minimale endringer i hudoverflatens ruhet.

Men under en normal belastning på 5 N i både tørre og våte forhold er endringene i hudoverflatens ruhet før og etter friksjon betydelige. Rekkefølgen på økningen i hudoverflatens ruhet i både tørre og våte forhold er som følger: 3 > 2 > 1 > 4.

For å få en mer intuitiv og detaljert forståelse av endringene i hudoverflatemorfologi, illustrerer figur 6 3D-bilder av huden i friksjon med forskjellige kamuflasjeklær under en normal belastning på 5 N og under tørre forhold.

Fra figur 6 kan det observeres at overflaten til kontrollgruppehuden (uten friksjon) er relativt glatt (figur 6(a)), og viser distinkte teksturstrukturer med minimal overflateruhet.

Etter friksjon med stoff 2 (Figur 6(c)) og 3 (Figur 6(d)), blir imidlertid hudoverflaten ujevn med noen teksturer som forsvinner, noe som resulterer i økt overflateruhet. Dette tilskrives de lange utstikkende fibrene i stoff 2 og 3, som har en jevn vevstruktur og en relativt hard tekstur, noe som resulterer i høyere friksjonskoeffisienter under friksjon. Følgelig er de tilbøyelige til å skrape huden, forårsake separasjon av stratum corneum og epidermal riving, noe som fører til lekkasje av vevsvæske.

I motsetning til dette, etter friksjon med stoff 1, 4 og 5, forblir hudoverflaten relativt glatt, med minimal forstyrrelse av teksturstrukturen og mindre traumer på huden. Til tross for ingen signifikant forskjell i de gjennomsnittlige friksjonskoeffisientene mellom tekstiler og hud under tørre og våte forhold når den normale belastningen øker til 5 N, påvirker materialet og strukturen til tekstilene fortsatt omfanget av hudoverflateskader.

Ved valg av kamuflasjeklær er det derfor tilrådelig å velge stoffer som er myke i tekstur, som bomull, og stoffer med twill-strikkestruktur for å redusere friksjonsskader på huden. I tillegg bør det gjøres anstrengelser for å minimere kontaktbelastningen mellom huden og stoffet, for derved å redusere friksjonskraften på overflaten og dempe skjæreffekten mellom de epidermale lagene, og dermed redusere risikoen for rivning av epidermis.

Konklusjon:
          a. Under en normal belastning på 1 N øker det våte miljøet adhesjonen mellom tekstiler og hud, noe som resulterer i høyere friksjonskoeffisienter mellom tekstiler og hud i våt tilstand sammenlignet med tørr tilstand. Når den normale belastningen øker til 5 N, har den tørre/våte tilstanden til grensesnittet ingen signifikant effekt på friksjonskoeffisientene mellom tekstiler og hud.

          b. I tørr tilstand er friksjonsytelsen mellom forskjellige kamuflasjebekledningsstoffer og hud relatert til stoffets materiale og strikkestruktur. Stoffer laget av ren bomull og med en twillstruktur viser lavere friksjonskoeffisienter med huden. I våt tilstand er friksjonsytelsen mellom forskjellige kamuflasjebekledningsstoffer og hud relatert til stoffenes hydrofilisitet. Stoffer med sterkere hydrofobicitet øker friksjonskoeffisientene mellom stoffer og hud på grunn av forbedret hudhydrering og grenseflateadhesjon.

          c. Stoffer med en relativt hard glattvevstruktur er tilbøyelige til å forårsake ru hudoverflater etter friksjon, noe som resulterer i varierende grad av stratum corneum-separasjon og epidermal riving, og øker dermed risikoen for hudoverflateskader.