CN116007440A - 一种防弹防刺材料及其制备方法以及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及防弹防刺材料的技术领域，特别是涉及一种防弹防刺材料及其制备方法以及应用，防弹防刺材料由两层防弹防刺布复合而成，防弹防刺布由超高分子量聚乙烯纤维丝制备而成，且两层防弹防刺布上的超高分子量聚乙烯纤维丝呈正交形式。由于超高分子量聚乙烯纤维具有高比强度，高比模量。密度低，断裂伸长低、断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，因而具有突出的抗冲击性和抗切割性；抗紫外线辐射；耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。因此，由超高分子量聚乙烯纤维丝正交加热复合制备的防弹防刺材料，具有较强的防弹防刺性能，具有抗辐射、耐腐蚀性能，还具有质地软、重量轻、稳定性好、成本低，具有推广优势。
Description
技术领域
本发明涉及防弹防刺材料的技术领域，特别是涉及一种防弹防刺材料及其制备方法以及应用。
背景技术
众所周知，人体防弹防刺技术是用来保护人体重要部位免于弹丸、破片或匕首的直接侵彻，是将冲击对人体的直接冲击变为间接冲击，并将冲击减弱到人体可承受强度以下的“缓冲”技术。人体防弹防刺装备通过对防护材料的选用、合理设计和采用精细的工艺实现高效防护，既要保证各部位防护效果的平衡，又要满足穿着灵活性，同时还要满足武器和各种功能模块的载体和接口需求。面对未来战争高威胁、高机动、高生存率的军事需求，以高防护力、轻量化、高适应性、高服用性为主要特点的，防弹防刺材料的研究，是提高士兵战场生存能力、适应现代战争迫切需求的重要保证。
现在新型材料市场的防弹材料不防刺，防刺材料不防弹，一些防弹防刺产品是组合型产品，都是防刺+防弹组合，厚重，稳定性差，成本过高，市面上常见的大概有四种组合方式：1、PE防刺片+防弹UD组合，虽然成本低，但是较为厚重；2、芳纶机织布浸胶+防弹UD组合，成本高，稳定性中等，重量适中；3、全芳纶机织布浸胶，虽然重量轻，主要依赖进口，成本过高；4、国产米字型排列UD布双防材料，虽然稳定性较好，但是较为厚重且工艺复杂；5、芳纶复合材料，虽然重量轻，主要依赖进口，成本过高，针对现存的问题，开发一种重量轻、稳定性好、成本低，具有推广优势的防弹防刺材料。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供一种防弹防刺材料及其制备方法以及应用，提高防弹防刺材料的防弹防刺性能，提高柔软度，减轻重量、降低制造成本，具有推广优势。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防弹防刺材料，所述防弹防刺材料由两层防弹防刺布复合而成，所述防弹防刺布由超高分子量聚乙烯纤维丝制备而成，且两层防弹防刺布上的超高分子量聚乙烯纤维丝呈正交形式。由于超高分子量聚乙烯纤维具有以下优点，高比强度，高比模量。比强度是同等截面钢丝的十多倍，比模量仅次于特级碳纤维；纤维密度低，密度是0.97-0.98g/cm3，可浮于水面；断裂伸长低、断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，因而具有突出的抗冲击性和抗切割性；抗紫外线辐射，防中子和γ射线，比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高；耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。因此，由超高分子量聚乙烯纤维丝制备的防弹防刺材料，使其具有较强的防弹防刺性能，具有抗辐射、耐腐蚀性能，还具有质地软、重量轻、稳定性好、成本低，具有推广优势，既能满足军用防弹标准要求，不单满足且突破GA141-2010 3级防弹要求和NIJ 0115LevelⅠ标准的防刺要求。
进一步的，所述防弹防刺布采用以下步骤制备得到：
步骤S1:布丝，将大量的超高分子量聚乙烯纤维丝卷轴挂至放丝架上，将大量的超高分子量聚乙烯纤维丝卷轴上的所有的超高分子量聚乙烯纤维丝1通过集丝板进行集丝，使每根超高分子量聚乙烯纤维丝分别通过集丝板上的集丝孔进行集丝，使所有的超高分子量聚乙烯纤维丝呈均匀的水平状；
步骤S2:分层，通过分层器将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝进行分层；除静电，通过超声波加湿器进行加湿用于消除静电；加湿后通过分丝疏将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝进行疏分；将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝上的静电全部消除，避免影响后续的操作；通过分层使所有的超高分子量聚乙烯纤维丝得到较为全面的静电消除；
步骤S3:展丝，将通过步骤S2后的所有超高分子量聚乙烯纤维丝1通过展丝辊进行展丝并进行除湿；通过展丝将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝匀散开来，使其展成一个面；
步骤S4：浸胶，将通过步骤S3后的所有超高分子量聚乙烯纤维丝1浸胶，得中间体1，浸胶量为5~30g/㎡；通过浸胶将展成的一个面的所有超高分子量聚乙烯纤维丝黏连在一起得到中间体1；
步骤S5：覆膜，将中间体1进行覆膜，得中间体2；在中间体1上附上一层底膜，增加中间体1的稳定性；
步骤S6：烘干，将中间体2通过烘干箱进行烘干，得中间体3；通过烘干将胶烘干，使中间体2形成牢固状态的中间体3；
步骤S7：定型，将中间体3进行定型，得防弹防刺布；定型时，通过多个定型辊进行定型，使中间体3形成表面光滑且均匀的防弹防刺布；
步骤S8：牵引收卷，通过收卷机将防弹防刺布进行牵引收卷；既进行牵引，又对制备得到的防弹防刺布进行收卷；
步骤S9：裁切，将收卷后的防弹防刺布进行裁切，得到呈正方形的防弹防刺布。裁切成正方形的防弹防刺布方便后续的正交加热复合。
进一步的，在所述步骤S2加湿之前通过分层器将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝进行分层，加湿后通过分丝疏将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝进行疏分。
本发明还公开了一种如上所述的防弹防刺材料的制备方法，包括以下步骤:
步骤S1:布丝，将大量的超高分子量聚乙烯纤维丝卷轴挂至放丝架上，将大量的超高分子量聚乙烯纤维丝卷轴上的所有的超高分子量聚乙烯纤维丝1通过集丝板进行集丝，使每根超高分子量聚乙烯纤维丝分别通过集丝板上的集丝孔进行集丝，使所有的超高分子量聚乙烯纤维丝呈均匀的水平状；
步骤S2:分层，通过分层器将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝进行分层；除静电，通过超声波加湿器进行加湿用于消除静电；加湿后通过分丝疏将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝进行疏分；将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝上的静电全部消除，避免影响后续的操作；通过分层使所有的超高分子量聚乙烯纤维丝得到较为全面的静电消除；
步骤S3:展丝，将通过步骤S2后的所有超高分子量聚乙烯纤维丝1通过展丝辊进行展丝并进行除湿；通过展丝将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝匀散开来，使其展成一个面；
步骤S4：浸胶，将通过步骤S3后的所有超高分子量聚乙烯纤维丝1浸胶，得中间体1，浸胶量为5~30g/㎡；通过浸胶将展成的一个面的所有超高分子量聚乙烯纤维丝黏连在一起得到中间体1；
步骤S5：覆膜，将中间体1进行覆膜，得中间体2；在中间体1上附上一层底膜，增加中间体1的稳定性；
步骤S6：烘干，将中间体2通过烘干箱进行烘干，得中间体3；通过烘干将胶烘干，使中间体2形成牢固状态的中间体3；
步骤S7：定型，将中间体3进行定型，得防弹防刺布；定型时，通过多个定型辊进行定型，使中间体3形成表面光滑且均匀的防弹防刺布；
步骤S8：牵引收卷，通过收卷机将防弹防刺布进行牵引收卷；既进行牵引，又对制备得到的防弹防刺布进行收卷；
步骤S9：裁切，将收卷后的防弹防刺布进行裁切，得到呈正方形的防弹防刺布；裁切成正方形的防弹防刺布方便后续的正交加热复合。
步骤S10：热合成型，将两块防弹防刺布以两块防弹防刺布上的超高分子量聚乙烯纤维丝呈正交形式进行叠放，在叠放之前在两块防弹防刺布之间涂上热固性AB胶，然后通过热合机将叠放的两块防弹防刺布加热复合得到防弹防刺材料，热合机的加热复合温度为80~90℃，加热复合压力为0.5Mpa~3Mpa，加热复合速度2~11cm/s。热压成型是制备防弹防刺材料的关键步骤，通过控制温度、压力、复合速度可以控制防弹防刺材料的成型制备，热压时间过长或过短，制备的防弹防刺材料太硬或者复合强度差。本发明则优化了成型工艺，制备的防弹防刺材料具有很好的柔软性。
进一步的，所述步骤S4中的浸胶量为20g/㎡，使浸胶量适中，不至于过多或者过少。
进一步的，所述热合机的加热复合温度为87℃，加热复合压力为1.5Mpa，加热复合速度5cm/s。该种工况下，热合成型的防弹防刺材料具有很好的柔软性和防弹防刺性能。
本发明还公开了如上所述的防弹防刺材料的应用，通过涂热固性AB胶将多层防弹防刺材料进行粘合，然后通过压合制备用于插入防爆背心上的插板和用于制备耐冲击保护壳、卫浴基材的耐冲击板。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种防弹防刺材料及其制备方法以及应用，具备以下有益效果：
1、该发明，由于超高分子量聚乙烯纤维具有高比强度，高比模量。密度低，断裂伸长低、断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，因而具有突出的抗冲击性和抗切割性；抗紫外线辐射；耐化学腐蚀、耐磨性、有较长的挠曲寿命。因此，由超高分子量聚乙烯纤维丝正交加热复合制备的防弹防刺材料，具有较强的防弹防刺性能，具有抗辐射、耐腐蚀性能，还具有质地软、重量轻、稳定性好、成本低，具有推广优势，既能满足军用防弹标准要求，不单满足且突破GA141-2010 3级防弹要求和NIJ 0115LevelⅠ标准的防刺要求
2、该发明的制备方法，通过控浸胶量和热合机的加热复合温度、加热复合压力和加热复合速度，能制备出具有相应防弹防刺性能的同时还具有很好柔软性的防弹防刺材料，具有重量轻、稳定性好。
3、本发明的应用，通过涂热固性AB胶将多层防弹防刺材料进行粘合，然后通过压合制备用于插入防爆背心上的插板和用于制备耐冲击保护壳、卫浴基材的耐冲击板，提高穿戴防爆背心的舒适性，并为穿戴防爆背心减轻配重，同时可制备耐冲击的耐冲击板，提高一些产品的耐冲击性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
步骤S1:布丝，将大量的超高分子量聚乙烯纤维丝卷轴挂至放丝架上，将大量的超高分子量聚乙烯纤维丝卷轴上的所有的超高分子量聚乙烯纤维丝1通过集丝板进行集丝，使每根超高分子量聚乙烯纤维丝分别通过集丝板上的集丝孔进行集丝，使所有的超高分子量聚乙烯纤维丝呈均匀的水平状；
步骤S2:分层，通过分层器将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝进行分层；除静电，通过超声波加湿器进行加湿用于消除静电；加湿后通过分丝疏将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝进行疏分；将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝上的静电全部消除，避免影响后续的操作；通过分层使所有的超高分子量聚乙烯纤维丝得到较为全面的静电消除；
步骤S3:展丝，将通过步骤S2后的所有超高分子量聚乙烯纤维丝1通过展丝辊进行展丝并进行除湿；通过展丝将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝匀散开来，使其展成一个面；
步骤S4：浸胶，将通过步骤S3后的所有超高分子量聚乙烯纤维丝1浸胶，得中间体1，浸胶量为5g/㎡；通过浸胶将展成的一个面的所有超高分子量聚乙烯纤维丝黏连在一起得到中间体1；
步骤S5：覆膜，将中间体1进行覆膜，得中间体2；在中间体1上附上一层底膜，增加中间体1的稳定性；
步骤S6：烘干，将中间体2通过烘干箱进行烘干，得中间体3；通过烘干将胶烘干，使中间体2形成牢固状态的中间体3；
步骤S7：定型，将中间体3进行定型，得防弹防刺布；定型时，通过多个定型辊进行定型，使中间体3形成表面光滑且均匀的防弹防刺布；
步骤S8：牵引收卷，通过收卷机将防弹防刺布进行牵引收卷；既进行牵引，又对制备得到的防弹防刺布进行收卷；
步骤S9：裁切，将收卷后的防弹防刺布进行裁切，得到呈正方形的防弹防刺布；裁切成正方形的防弹防刺布方便后续的正交加热复合。
步骤S10：热合成型，将两块防弹防刺布以两块防弹防刺布上的超高分子量聚乙烯纤维丝呈正交形式进行叠放，在叠放之前在两块防弹防刺布之间涂上热固性AB胶，然后通过热合机将叠放的两块防弹防刺布加热复合得到防弹防刺材料，热合机的加热复合温度为80℃，加热复合压力为0.5Mpa，加热复合速度2cm/s。
取上述防弹防刺材料，进行防弹、防刺性能测试和柔软性测试，防弹测试参照STANAG 2920标准；防刺测试参照NIJ 0115标准进行测试，其结果见表1。
实施例2
采用上述操作，将浸胶量调整为浸胶量为15g/㎡，加热复合温度为83℃，加热复合压力为0.9Mpa，加热复合速度4cm/s。
取上述防弹防刺材料，进行防弹、防刺性能测试和柔软性测试，防弹测试参照STANAG 2920标准；防刺测试参照NIJ 0115标准进行测试，其结果见表1。
实施例3
采用上述操作，将浸胶量调整为浸胶量为20g/㎡，加热复合温度为87℃，加热复合压力为1.5Mpa，加热复合速度5cm/s。
取上述防弹防刺材料，进行防弹、防刺性能测试和柔软性测试，防弹测试参照STANAG 2920标准；防刺测试参照NIJ 0115标准进行测试，其结果见表1。
实施例4
采用上述操作，将浸胶量调整为浸胶量为25g/㎡，加热复合温度为89℃，加热复合压力为2.4Mpa，加热复合速度8cm/s。
取上述防弹防刺材料，进行防弹、防刺性能测试和柔软性测试，防弹测试参照STANAG 2920标准；防刺测试参照NIJ 0115标准进行测试，其结果见表1。
实施例5
采用上述操作，将浸胶量调整为浸胶量为30g/㎡，加热复合温度为90℃，加热复合压力为3Mpa，加热复合速度11cm/s。
取上述防弹防刺材料，进行防弹、防刺性能测试和柔软性测试，防弹测试参照STANAG 2920标准；防刺测试参照NIJ 0115标准进行测试，其结果见表1。
表1如下：
防弹测试检环境：温度为23℃，相对湿度62%；检测设备仪器：测试用枪为1979年式7.6mm轻型冲锋枪，测试用弹为1951年式7.62mm铅心手枪弹，电子计时仪（编号：6015），米尺（标号：LS02061），电子计重秤（编号：F40604303）；射击距离：5m；测速点到样品距离：2m。防刺测试采用的NIJ 0115“PS1”刀，穿刺能量为24J。
由上表1可见，实施例1至实施例5中，防刺均合格，但实施例3的防刺和防弹性能最好，且具有柔软性，该防弹防刺材料的防弹防刺性能较高，具有一定的柔软度，重量也较轻、制造成本较低，具有推广优势。
以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种防弹防刺材料，其特征在于，所述防弹防刺材料由两层防弹防刺布复合而成，所述防弹防刺布由超高分子量聚乙烯纤维丝制备而成，且两层防弹防刺布上的超高分子量聚乙烯纤维丝呈正交形式。
2.根据权利要求1所述的防弹防刺材料，其特征在于，
所述防弹防刺布采用以下步骤制备得到：
步骤S1:布丝，将大量的超高分子量聚乙烯纤维丝卷轴挂至放丝架上，将大量的超高分子量聚乙烯纤维丝卷轴上的所有的超高分子量聚乙烯纤维丝1通过集丝板进行集丝；
步骤S2:分层，除静电，通过超声波加湿器进行加湿用于消除静电；
步骤S3:展丝，将通过步骤S2后的所有超高分子量聚乙烯纤维丝1通过展丝辊进行展丝并进行除湿；
步骤S4：浸胶，将通过步骤S3后的所有超高分子量聚乙烯纤维丝1浸胶，得中间体1，浸胶量为5~30g/㎡；
步骤S5：覆膜，将中间体1进行覆膜，得中间体2；
步骤S6：烘干，将中间体2通过烘干箱进行烘干，得中间体3；
步骤S7：定型，将中间体3进行定型，得防弹防刺布；
步骤S8：牵引收卷，通过收卷机将防弹防刺布进行牵引收卷。
3.根据权利要求2所述的防弹防刺材料，其特征在于，在所述步骤S2加湿之前通过分层器将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝进行分层，加湿后通过分丝疏将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝进行疏分。
4.根据权利要求3所述的防弹防刺材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:布丝，将大量的超高分子量聚乙烯纤维丝卷轴挂至放丝架上，将大量的超高分子量聚乙烯纤维丝卷轴上的所有的超高分子量聚乙烯纤维丝1通过集丝板进行集丝；
步骤S2:分层，通过分层器将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝进行分层；除静电，通过超声波加湿器进行加湿用于消除静电；加湿后通过分丝疏将所有的超高分子量聚乙烯纤维丝进行疏分；
步骤S3:展丝，将通过步骤S2后的所有超高分子量聚乙烯纤维丝1通过展丝辊进行展丝并进行除湿；
步骤S4：浸胶，将通过步骤S3后的所有超高分子量聚乙烯纤维丝1浸胶，得中间体1，浸胶量为5~30g/㎡；
步骤S5：覆膜，将中间体1进行覆膜，得中间体2；
步骤S6：烘干，将中间体2通过烘干箱进行烘干，得中间体3；
步骤S7：定型，将中间体3进行定型，得防弹防刺布；
步骤S8：牵引收卷，通过收卷机将防弹防刺布进行牵引收卷；
步骤S9：裁切，将收卷后的防弹防刺布进行裁切，得到呈正方形的防弹防刺布；
步骤S10：热合成型，将两块防弹防刺布以两块防弹防刺布上的超高分子量聚乙烯纤维丝呈正交形式进行叠放，在叠放之前在两块防弹防刺布之间涂上热固性AB胶，然后通过热合机将叠放的两块防弹防刺布加热复合得到防弹防刺材料，热合机的加热复合温度为80~90℃，加热复合压力为0.5Mpa~3Mpa，加热复合速度2~11cm/s。
5.根据权利要求4所述的防弹防刺材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中的浸胶量为20g/㎡。
6.根据权利要求4所述的防弹防刺材料的制备方法，其特征在于，热合机的加热复合温度为87℃，加热复合压力为1.5Mpa，加热复合速度5cm/s。
7.根据权利要求1所述的防弹防刺材料的应用，其特征在于，通过涂热固性AB胶将多层防弹防刺材料进行粘合，然后通过压合制备用于插入防爆背心上的插板和用于制备耐冲击保护壳、卫浴基材的耐冲击板。
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