Kamuflaažirõivaste ja inimese küünarnuki naha hõõrdeomaduste uurimine3

1, kamuflaažiriide kangaste pinnaomadused

Joonistel 2(a~e) on kujutatud nelja tüüpi kamuflaažirõivakangaste ja üht tüüpi kamuflaažirõivaste aluspesu pinnamorfoloogilisi kujutisi. Võib täheldada, et kangad 1" ja 5" tunduvad oma toimse- ja silmuskudumisstruktuuride tõttu suhteliselt lahtised ning suuremate pooridega. Vastupidi, 2-, 3- ja 4-tolliste kangaste pinnad on nende lihtsate kudumisstruktuuride ja väiksemate pooridega suhteliselt siledad ja tihedad.

Pinna hüdrofiilsus/hüdrofoobsus on üks olulisi tegureid, mis mõjutab naha hõõrdeomadusi. Kamuflaažirõivaste kangaste hüdrofoobsete/hüdrofiilsete omaduste mõõtmine aitab mõista triboloogilist käitumist erinevate kamuflaažirõivaste kangaste ja naha vahel. Erinevuste tõttu kanga kudumisstruktuuris on toimse ja tavalise struktuuri hüdrofiilsuses oluline erinevus. Tugeva veeimavusega (täielikult 2 sekundi jooksul imenduv) toimse- ja silmuskangaste puhul iseloomustab hüdrofoobsust veepiiskade pinnale jäämise aeg, kusjuures lühem aeg viitab tugevamale veeimavusele. Tavaliste kangaste puhul mõõdetakse kontaktnurka pärast 2-teisest katset, kus suurem kontaktnurk näitab väiksemat pinnaenergiat, muutes materjali hüdrofoobsemaks. Joonisel 3 on kujutatud 2", 3" ja 4" kamuflaažikangaste kontaktnurga mõõtmise fotod.

Tabelis 2 on loetletud kontaktnurga testide tulemused, mis näitavad, et kangas 2" on tugevaim hüdrofoobsus, millele järgneb kangas 4". Veepiiskade kadumise aeg kangaste 1" ja 5" pindadel on toodud tabelis 3, mis näitab, et kangas 5" neelab veepiisa täielikult lühema ajaga, näidates paremat hüdrofiilsust kui kangas 1". Üldiselt on kangaste hüdrofiilsus võrdluses järgmine: 5" > 1" > 3" > 4" > 2", mis näitab, et puhtast puuvillast ja toimse kudumisstruktuuriga kangastel on parem hüdrofiilsus.

2, Hõõrdekäitumine kamuflaažiriide kangaste ja naha vahel

Et uurida kleepuvat ja libisevat käitumist kamuflaažiriiete ja naha vahel, on joonisel 4 kujutatud kanga 1" tüüpilisi hõõrdeteguri kõveraid ja hõõrdejõu nihke (FD) kõveraid nahaga normaalsetel koormustel 1 N ja 5 N nii kuivas kui ka higises olukorras. Meie varasemate uurimistulemuste põhjal on nahal erinevatel edasi-tagasi libisevate hõõrdetingimuste korral kolm tüüpi FD-kõveraid: rööpkülikukujulised, ringikujulised ja poolsuletud kujundid klassifitseerida suhteliseks libisevaks olekuks, vahepealseks olekuks, kus suhteline libisemine ja adhesioon eksisteerivad, ja adhesiivseks olekuks.

Nagu on näidatud joonisel 4, on tavalise 1 N koormuse korral ja kuivas olekus staatiline hõõrdetegur ja staatiline hõõrdejõud väikesed, mis näitab suhtelist libisemist naha ja kanga vahel hõõrdumise ajal. Pärast kunstliku higi lisamist tekivad higi olemasolu tõttu naha ja kanga vahele kihtidevahelised jõud, mis viib naha ja kanga vahelise adhesioonini. Esialgu on need kleepuvas olekus. Nihke suurenedes nahk kortsub ja koguneb sfäärilise sondi ette, suurendades naha pindpinevust. Kui tõukejõu ja pindpinevuse summa ületab staatilise hõõrdejõu, tekib naha ja kamuflaažiriide vahel suhteline libisemine. Seetõttu kleepub nahk pärast kunsthigi lisamist esialgu maskeeriva rõivakanga külge ja seejärel libiseb.

Kui tavakoormus on 5 N, siis suurema koormuse tõttu suureneb nakkejõud naha ja kanga vahel. Kamuflaažirõivakanga ja naha vaheline liides on suhtelise libisemise ja nakkumise vahepealses olekus nii kuivas kui ka märjas keskkonnas, kusjuures libisemiskaugus on väiksem kui tavalise koormuse korral 1 N.

Joonis 5 illustreerib keskmiste hõõrdetegurite jaotust erinevate kamuflaažirõivaste ja naha vahel. Tavalise 1 N koormuse korral on kõigil kangastel suurem hõõrdetegur higistes tingimustes kui kuivades tingimustes. Seda seetõttu, et kunstliku higi lisamine suurendab naha hüdratatsiooni, mis suurendab kamuflaažirõivakanga ja naha vahelist adhesiooni.

Selle tulemusena suureneb hõõrdetakistus, mida tuleb ületada, mis toob kaasa hõõrdeteguri tõusu. See on kooskõlas Naik et al. Kui normaalkoormus tõuseb 5 N-ni, ei ole kuivades ja märgades tingimustes erinevate kangaste ja naha keskmistes hõõrdetegurites olulist erinevust. Seda seetõttu, et suuremate normaalsete koormuste korral nõuab naha ja kanga suhteline liikumine naha elastse deformatsiooni hõõrdekomponendi ületamist.

Samal ajal suureneb ka nakkejõud naha ja kanga vahel. Naha elastsest deformatsioonist tingitud hõõrdekomponendi juurdekasv on aga palju suurem kui naha ja kanga vahelise nakkejõu juurdekasv. Seetõttu näib kanga materjal ja struktuur, samuti kuivad ja märjad tingimused omavat vähem tähtsust hõõrdetakistuse mõjutamisel. Järelikult ei ole erinevate kangaste ja naha hõõrdevõime erinevused kuivades ja märgades tingimustes märkimisväärsed.

Tavalise 1 N koormuse korral ja kuivades tingimustes on keskmised hõõrdetegurid järgmised: 3" > 2" > 1" > 5" > 4". Need tulemused on seotud kangaste materjali ja kudumisstruktuuriga. Analüüsimine Materjali vaatenurgast on kangad 1" ja 5" valmistatud 100% puuvillast, Fabric 4" aga 50% nailonist ja 50% puuvillast. Need materjalid on pehmemad võrreldes polüestri (2") ja viskoosiga (3") kangastega, mille tulemuseks on madalamad hõõrdetegurid nahaga. Kudumisstruktuuri vaatenurgast on tavalistel struktuuridel (2", 3") rohkem ristumiskohti ja lühemad ujukid, mis toob kaasa suuremad tegelikud kokkupuutealad nahaga, seega ka keskmised hõõrdetegurid võrreldes toimse struktuuriga (1", 4") ja silmusstruktuurid (5").

Lisaks mõjutab hõõrdevõimet ka pikkade mikrokumerate kiudstruktuuride olemasolu kangapindadel. Kangastel 1", 3" ja 5" on pindadel pikad mikrokumerad kiud, mis suurendavad vastupidavust hõõrdumise ajal. Seevastu kangastel 2" ja 4" on siledam pind. Seetõttu on kangal 2" veidi väiksem hõõrdumine Kangas 3" ja kangal 4" on hõõrdetegurid veidi madalamad kui kangastel 1" ja 5".

Tavalise 1 N koormuse korral ja märgades tingimustes tõusevad keskmised hõõrdetegurid võrreldes kuivadega oluliselt. Kui võrrelda erinevate kangaste keskmisi hõõrdekoefitsiente märgades tingimustes, on need järgmised: 2" > 4" > 3" > 1" > 5". Need tulemused on kooskõlas kangaste hüdrofiilsusega. Mida hüdrofoobsem on kangas, seda See tõrjub rohkem vett, mille tulemuseks on naha tugevam hüdratsioon ja suurem adhesioon kamuflaažikanga ja naha vahelisel liidesel, mis toob kaasa kõrgemad hõõrdetegurid Seda seetõttu, et naha hüdratatsioon pehmendab sarvkihti ja moodustab kapillaarsildu tegelik kontaktpind ja adhesioon [3-14] Tegelike sõjaliste operatsioonide ja väljaõppe puhul on higistamine vältimatu ning enamasti puutub nahk higiga kokku.

Seetõttu on nahaga kokkupuutuvate kamuflaažirõivaste valimisel kõige parem valida tugeva niiskusimavusega (hüdrofiilsusega) kangad, näiteks puuvill, ja toimse või silmuskudumisstruktuuriga kangad. See aitab vähendada hõõrdumist inimese nahaga.

3, nahapinna morfoloogia

Erinevate kamuflaažiriiete kangastega hõõrdumisest põhjustatud nahapinna kahjustuste paremaks jälgimiseks on tabelis 4 toodud pinnakareduse muutused enne ja pärast naha hõõrdumist. Võrreldes kontrollrühma nahaga, suureneb pinna karedus veidi pärast naha hõõrdumist normaalsel 1 N koormusel nii kuivades kui ka märgades tingimustes. Kasv on aga väike, mis on tingitud väiksemast koormusest, mille tulemuseks on väiksem hõõrdejõud ja nahapinna sarvkihi vähem koorumine, mis toob kaasa minimaalsed muutused nahapinna kareduses.

Tavalise 5 N koormuse korral nii kuivades kui ka märgades tingimustes on aga muutused nahapinna kareduses enne ja pärast hõõrdumist märkimisväärsed. Nahapinna kareduse suurenemise järjekord nii kuivades kui ka märgades tingimustes on järgmine: 3 > 2 > 1 > 4.

Nahapinna morfoloogia muutuste intuitiivsemaks ja üksikasjalikumaks mõistmiseks illustreerib joonis 6 3D-kujutisi nahast hõõrdumisel erinevate kamuflaažrõivaste kangastega normaalsel 5 N koormusel ja kuivades tingimustes.

Jooniselt 6 on näha, et kontrollrühma naha pind (ilma hõõrdumiseta) on suhteliselt sile (joonis 6 (a)), millel on erinevad tekstuuristruktuurid minimaalse pinnakaredusega.

Kuid pärast hõõrdumist kangastega 2 (joonis 6 (c)) ja 3 (joonis 6 (d)) muutub nahapind ebaühtlaseks ja mõned tekstuurid kaovad, mille tulemuseks on pinna karedus. See on tingitud kangaste 2 ja 3 pikkadest väljaulatuvatest kiududest, millel on tavaline koe struktuur ja suhteliselt kõva tekstuur, mille tulemuseks on hõõrdumise ajal kõrgemad hõõrdetegurid. Järelikult võivad nad nahka kriimustada, põhjustades sarvkihi eraldumist ja epidermise rebenemist, mis viib koevedeliku lekkimiseni.

Seevastu pärast kangastega 1, 4 ja 5 hõõrdumist jääb nahapind suhteliselt siledaks, tekstuuri struktuuris on minimaalne häire ja naha traumad on väiksemad. Vaatamata olulistele erinevustele kangaste ja naha keskmistes hõõrdetegurites kuivades ja märgades tingimustes, kui normaalkoormus tõuseb 5 N-ni, mõjutavad kanga materjal ja struktuur siiski nahapinna kahjustuse ulatust.

Seetõttu on kamuflaažirõivaste valikul soovitav valida pehme tekstuuriga kangad, näiteks puuvill, ja toimse kudumisstruktuuriga kangad, et vähendada naha hõõrdekahjustusi. Lisaks tuleks teha jõupingutusi, et minimeerida naha ja kanga kontaktkoormust, vähendades seeläbi pinnale mõjuvat hõõrdejõudu ja leevendades epidermise kihtide vahelist nihkeefekti, vähendades seeläbi epidermise rebenemise ohtu.

Järeldus:
          a. Tavalise 1 N koormuse korral suurendab märg keskkond kangaste ja naha vahelist haardumist, mille tulemuseks on suurem hõõrdetegur märjas olekus kangaste ja naha vahel võrreldes kuivaga. Kui normaalkoormus tõuseb 5 N-ni, ei mõjuta liidese kuiv/märg olek oluliselt kanga ja naha hõõrdetegurit.

          b. Kuivas olekus on erinevate kamuflaažirõivaste kangaste ja naha vaheline hõõrdevõime seotud kangaste materjali ja kudumisstruktuuriga. Puhtast puuvillast ja toimse struktuuriga kangastel on nahaga madalam hõõrdetegur. Märjas olekus on erinevate kamuflaažirõivaste kangaste ja naha vaheline hõõrdumine seotud kangaste hüdrofiilsusega. Tugevama hüdrofoobsusega kangad suurendavad hõõrdetegurit kangaste ja naha vahel tänu naha suurenenud hüdratatsioonile ja pindadevahelisele adhesioonile.

          c. Suhteliselt kõva lihtsakoelise struktuuriga kangad võivad pärast hõõrdumist tekitada karedaid nahapindu, mille tulemuseks on erineval määral sarvkihi eraldumine ja epidermise rebenemine, suurendades seeläbi nahapinna kahjustuste ohtu.