Výskum charakteristík trenia medzi maskovacím oblečením a pokožkou ľudského lakťa3

1, Vlastnosti povrchu maskovacích odevných látok

Obrázky 2(a~e) znázorňujú povrchové morfologické obrázky štyroch typov maskovacích odevných látok a jedného typu maskovacej odevnej spodnej bielizne. Dá sa pozorovať, že látky 1" a 5" sa javia relatívne voľné vďaka ich keprovej a slučkovej pletacej štruktúre, s väčšími pórmi. Naopak, tkaniny 2, 3 a 4" vykazujú relatívne hladké a husté povrchy vďaka ich hladkým pletacím štruktúram s menšími pórmi.

Hydrofilita/hydrofóbnosť povrchu je jedným z dôležitých faktorov ovplyvňujúcich trecie vlastnosti pokožky. Meranie hydrofóbnych/hydrofilných vlastností maskovacích odevných látok pomáha pochopiť tribologické správanie medzi rôznymi maskovacími odevnými textíliami a pokožkou. V dôsledku rozdielov v štruktúre pletenia tkaniny existuje významný rozdiel v hydrofilnosti medzi keprovou a hladkou štruktúrou. Pre keprové a slučkové tkaniny so silnou absorpciou vody (úplne absorbované do 2 sekúnd) je hydrofóbnosť charakterizovaná časom, počas ktorého kvapka vody zostane na povrchu, pričom kratší čas naznačuje silnejšiu absorpciu vody. Pokiaľ ide o obyčajné tkaniny, meria sa kontaktný uhol po 2-sekundovom teste, kde väčší kontaktný uhol indikuje menšiu povrchovú energiu, vďaka čomu je materiál hydrofóbnejší. Obrázok 3 zobrazuje fotografie merania kontaktného uhla maskovacích látok 2", 3" a 4".

Tabuľka 2 uvádza výsledky testov kontaktného uhla, ktoré ukazujú, že tkanina 2" vykazuje najsilnejšiu hydrofóbnosť, po ktorej nasleduje tkanina 4". Čas miznutia kvapiek vody na povrchoch látok 1" a 5" je uvedený v tabuľke 3, čo naznačuje, že látka 5" úplne absorbuje kvapky vody za kratší čas, čo demonštruje lepšiu hydrofilitu ako látka 1". Celkovo, pokiaľ ide o porovnanie, hydrofilnosť textílií je nasledovná: 5" > 1" > 3" > 4" > 2, čo naznačuje, že textílie vyrobené z čistej bavlny a so štruktúrou keprového pletenia vykazujú lepšiu hydrofilnosť.

2, Trecie správanie medzi maskovacími tkaninami a pokožkou

Na preskúmanie adhézneho a kĺzavého správania medzi maskovacími odevnými tkaninami a pokožkou, obrázok 4 ilustruje typické krivky koeficientu trenia a krivky posunu trecej sily (FD) tkaniny 1" s kožou pri normálnom zaťažení 1 N a 5 N, v suchom aj spotenom stave. Na základe našich predchádzajúcich výsledkov výskumu koža za rôznych podmienok vratného klzného trenia vykazuje tri typy kriviek FD: paralelogramové, kruhové a polouzavreté tvary Podľa rôznych tvarov kriviek FD môže trenie pokožky byť klasifikované do relatívneho kĺzavého stavu, medzistavu, kde relatívne kĺzanie a adhézia koexistujú, a adhézneho stavu.

Ako je znázornené na obrázku 4, pri normálnom zaťažení 1 N a v suchom stave sú koeficient statického trenia a sila statického trenia malé, čo naznačuje relatívne kĺzanie medzi pokožkou a tkaninou počas trenia. Po pridaní umelého potu sa medzi pokožkou a tkaninou vytvárajú medzivrstvové sily v dôsledku prítomnosti potu, čo vedie k adhézii medzi pokožkou a tkaninou. Spočiatku sú v lepiacom stave. So zvyšujúcim sa posunom sa koža zvrásňuje a hromadí pred sférickou sondou, čím sa zvyšuje povrchové napätie kože. Keď súčet tlačnej sily a povrchového napätia prekročí statickú treciu silu, dochádza k relatívnemu kĺzaniu medzi pokožkou a maskovacou odevnou tkaninou. Pokožka teda po pridaní umelého potu najskôr priľne k maskovacej látke odevu a následne kĺže.

Keď je normálne zaťaženie 5 N, v dôsledku vyššieho zaťaženia sa zvyšuje adhézna sila medzi pokožkou a tkaninou. Rozhranie medzi maskovacou odevnou tkaninou a pokožkou je v strednom stave relatívneho kĺzania a adhézie v suchom aj mokrom prostredí, so zníženou kĺzavou vzdialenosťou v porovnaní s normálnou záťažou 1 N.

Obrázok 5 znázorňuje rozdelenie priemerných koeficientov trenia medzi rôznymi maskovacími odevnými látkami a pokožkou. Pri bežnej záťaži 1 N vykazujú všetky tkaniny vyššie koeficienty trenia v podmienkach potu v porovnaní so suchými podmienkami. Prídavok umelého potu totiž zvyšuje hydratáciu pokožky, čo vedie k zvýšeniu priľnavosti medzi maskáčovou látkou odevu a pokožkou.

V dôsledku toho sa zvyšuje trecí odpor, ktorý je potrebné prekonať, čo vedie k zvýšeniu koeficientu trenia. To je v súlade so zisteniami Naik et al. Keď sa normálne zaťaženie zvýši na 5 N, nie je žiadny významný rozdiel v priemerných koeficientoch trenia medzi rôznymi tkaninami a pokožkou za sucha a za mokra. Pri vyššom normálnom zaťažení totiž relatívny pohyb medzi pokožkou a tkaninou vyžaduje prekonanie trecej zložky elastickej deformácie kože.

Súčasne sa zvyšuje aj adhézna sila medzi pokožkou a tkaninou. Avšak prírastok trecej zložky v dôsledku elastickej deformácie kože je oveľa väčší ako prírastok adhéznej sily medzi pokožkou a tkaninou. Preto sa zdá, že materiál a štruktúra tkaniny, ako aj suché a mokré podmienky, majú menší význam pri ovplyvňovaní trecieho odporu. V dôsledku toho rozdiely v trecom výkone medzi rôznymi tkaninami a pokožkou v suchých a mokrých podmienkach nie sú významné.

Pri bežnom zaťažení 1 N a za sucha sú priemerné koeficienty trenia nasledovné: 3" > 2" > 1" > 5" > 4". Tieto výsledky súvisia s materiálom a štruktúrou pletenia látok. Analýza z hľadiska materiálu sú látky 1" a 5" vyrobené zo 100% bavlny, zatiaľ čo látka 4" je zmesou 50% nylonu a 50% bavlny. Tieto materiály sú mäkšie v porovnaní s tkaninami s polyesterom (2") a viskózou (3"), čo má za následok nižšie koeficienty trenia s pokožkou. Z hľadiska štruktúry pletenia majú hladké štruktúry (2", 3") viac priesečníkov a kratšie plaváky, čo vedie k väčším skutočným kontaktným plochám s pokožkou, a teda vyšším priemerným koeficientom trenia v porovnaní s keprovými štruktúrami (1", 4") a slučkové štruktúry (5").

Prítomnosť dlhých mikrokonvexných vláknitých štruktúr na povrchu tkaniny tiež ovplyvňuje výkon trenia. Látky 1", 3" a 5" majú na svojich povrchoch dlhé mikrokonvexné vlákna, ktoré zvyšujú odolnosť pri trení. Na druhej strane látky 2" a 4" majú hladšie povrchy. Preto má látka 2" mierne nižšie trenie koeficienty v porovnaní s tkaninou 3" a tkanina 4" má mierne nižšie koeficienty trenia v porovnaní s tkaninou 1" a 5".

Pri bežnom zaťažení 1 N a v mokrých podmienkach sa priemerné koeficienty trenia výrazne zvyšujú v porovnaní so suchými podmienkami. Pri porovnaní priemerných koeficientov trenia rôznych tkanín za mokra sú tieto: 2" > 4" > 3" > 1" > 5". Tieto výsledky sú v súlade s hydrofilnosťou tkanín. Čím je látka hydrofóbnejšia, tým viac vody odpudzuje, čo má za následok silnejšiu hydratáciu pokožky a väčšiu priľnavosť na rozhraní medzi maskovacím odevom a pokožkou, čo vedie k vyšším koeficientom trenia Je to preto, že hydratácia pokožky zmäkčuje rohovú vrstvu a vytvára kapilárne mostíky, čím sa zvyšuje skutočná kontaktná plocha a priľnavosť [3-14] Pri skutočných vojenských operáciách a výcviku je potenie nevyhnutné a väčšinu času je pokožka v kontakte s potom.

Preto pri výbere maskáčového oblečenia, ktoré prichádza do kontaktu s pokožkou, je najlepšie zvoliť látky so silnou absorpciou vlhkosti (hydrofilnosť), ako je bavlna, a látky s keprovou alebo slučkovou pleteninou. To pomáha znižovať trenie s ľudskou pokožkou.

3, Morfológia povrchu kože

Aby bolo možné lepšie pozorovať poškodenie povrchu kože spôsobené trením s rôznymi maskovacími odevnými tkaninami, v tabuľke 4 sú uvedené zmeny v drsnosti povrchu pred a po trení pokožky. V porovnaní s pokožkou kontrolnej skupiny sa drsnosť povrchu mierne zvyšuje po trení pokožky pri bežnom zaťažení 1 N v suchých aj mokrých podmienkach. Nárast je však malý, čo je spôsobené nižšou záťažou, ktorá má za následok menšiu treciu silu a menšie odlupovanie stratum corneum povrchu kože, čo vedie k minimálnym zmenám drsnosti povrchu kože.

Avšak pri bežnom zaťažení 5 N v suchých aj mokrých podmienkach sú zmeny v drsnosti povrchu kože pred trením a po ňom výrazné. Poradie zvyšovania drsnosti povrchu kože v suchých aj vlhkých podmienkach je nasledovné: 3 > 2 > 1 > 4.

Na získanie intuitívnejšieho a detailnejšieho pochopenia zmien v morfológii povrchu kože, obrázok 6 ilustruje 3D obrázky pokožky v trení s rôznymi maskovacími odevnými tkaninami pri bežnom zaťažení 5 N a v suchých podmienkach.

Z obrázku 6 je možné pozorovať, že povrch kože kontrolnej skupiny (bez trenia) je relatívne hladký (obrázok 6(a)), pričom vykazuje zreteľné štruktúry textúry s minimálnou drsnosťou povrchu.

Avšak po trení s látkami 2 (obrázok 6(c)) a 3 (obrázok 6(d)) sa povrch kože stane nerovnomerným, pričom niektoré textúry zmiznú, čo vedie k zvýšenej drsnosti povrchu. To sa pripisuje dlhým vyčnievajúcim vláknam látok 2 a 3, ktoré majú štruktúru plátnovej väzby a relatívne tvrdú textúru, čo vedie k vyšším koeficientom trenia počas trenia. V dôsledku toho sú náchylné na poškriabanie kože, čo spôsobuje oddelenie stratum corneum a natrhnutie epidermy, čo vedie k úniku tkanivového moku.

Na rozdiel od toho, po trení s tkaninami 1, 4 a 5 zostáva povrch pokožky relatívne hladký, s minimálnym narušením štruktúry textúry a menšou traumou pre pokožku. Napriek žiadnemu významnému rozdielu v priemerných koeficientoch trenia medzi tkaninou a pokožkou za sucha a za mokra, keď sa normálne zaťaženie zvýši na 5 N, materiál a štruktúra látok stále ovplyvňujú rozsah poškodenia povrchu kože.

Preto je pri výbere maskáčového oblečenia vhodné zvoliť tkaniny s mäkkou textúrou, ako je bavlna, a tkaniny so štruktúrou keprového pletenia, aby sa znížilo poškodenie pokožky trením. Okrem toho by sa malo vynaložiť úsilie na minimalizáciu kontaktného zaťaženia medzi pokožkou a tkaninou, čím sa zníži trecia sila na povrchu a zmierni sa šmykový efekt medzi epidermálnymi vrstvami, čím sa zníži riziko epidermálneho roztrhnutia.

Záver:
          a. Pri bežnom zaťažení 1 N zvyšuje vlhké prostredie priľnavosť medzi tkaninami a pokožkou, čo vedie k vyšším koeficientom trenia medzi tkaninami a pokožkou v mokrom stave v porovnaní so stavom suchým. Keď sa normálne zaťaženie zvýši na 5 N, suchý/mokrý stav rozhrania nemá významný vplyv na koeficienty trenia medzi tkaninou a pokožkou.

          b. V suchom stave je trecí výkon medzi rôznymi maskovacími odevnými tkaninami a pokožkou spojený s materiálom a štruktúrou pletenia látok. Tkaniny vyrobené z čistej bavlny a s keprovou štruktúrou vykazujú nižšie koeficienty trenia s pokožkou. V mokrom stave súvisí trenie medzi rôznymi maskovacími odevnými tkaninami a pokožkou s hydrofilnosťou tkanín. Tkaniny so silnejšou hydrofóbnosťou zvyšujú koeficient trenia medzi tkaninou a pokožkou vďaka zvýšenej hydratácii pokožky a priľnavosti na povrchu.

          c. Tkaniny s relatívne tvrdou štruktúrou plátnovej väzby sú náchylné k tomu, že po trení spôsobia drsné povrchy kože, čo vedie k rôznym stupňom oddeľovania stratum corneum a trhaniu epidermy, čím sa zvyšuje riziko poškodenia povrchu kože.