專利名稱：一種軟質(zhì)防刺層狀材料、其制備方法及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多層復(fù)合材料，特別涉及一種軟質(zhì)防刺層狀材料、其制備方法及其用途。
背景技術(shù)：
自古以來古戰(zhàn)場上所使用的防刺披甲，以及“二戰(zhàn)”以來現(xiàn)代戰(zhàn)場上所使用的防彈衣都是硬式的居多，因其常以皮革、鋼鐵、合金、樹脂復(fù)合材料等制造，不但硬而且重，行動難以迅速，單兵作戰(zhàn)能力受到一定的限制。
最初防刺衣采用的方式有金屬絲網(wǎng)制作、金屬或復(fù)合材料鱗片制作，比如，中國專利CN92224871.0，實用新型名稱為金屬網(wǎng)狀防刺層，其用于保安穿戴用品的金屬網(wǎng)狀防刺層，它由一個金屬圈套扣相鄰四個金屬圈的結(jié)構(gòu)編織制成，適合用作防刺背心和防刺手套的夾層。
申請?zhí)枮镃N93222057.6，實用新型名稱為一種防刺背心，其特征是用金屬絲制成金屬環(huán)，用金屬片制成連接環(huán)，金屬環(huán)與金屬連接環(huán)相連制成芯子，其內(nèi)外面用普通布料覆蓋縫制而成；能夠防止持匕首的成人以可能發(fā)動的最大刺殺力對人體內(nèi)臟造成的傷害以保人身安全。
還有，申請?zhí)枮镃N90217733，實用新型名稱為西服式防刺背心，由外套、防刺墊和防刺板組成，外套為三層次結(jié)構(gòu)，分面布、里布及高強(qiáng)錦綸布夾層，防刺墊為二層高強(qiáng)錦綸布及一層絨布組成，為防刺層的載體，防刺板為國產(chǎn)的鋼板紙制成；可制成二塊式或三塊式的西服式背心樣，穿脫方便，不影響正?；顒印⒉牧弦椎?，價廉。
申請?zhí)枮镃N90224720，實用新型名稱為高強(qiáng)輕質(zhì)復(fù)合層防刺服，本實用新型涉及一種高強(qiáng)輕質(zhì)復(fù)合裝甲材料制成的防刺服，其裝甲層設(shè)計成正六邊形，且成平面網(wǎng)狀蜂窩結(jié)構(gòu)分布，可制作具有良好防刺功能的防護(hù)服及防護(hù)裝備。
申請?zhí)?2144149.9，發(fā)明名稱為鎧甲防刺背心，是一種人體胸背防護(hù)用具，它由不銹鋼沖成鎧甲陰片、鎧甲陽片、雙軸鉸鏈、肩片、胸上片、頸背片、長脊片等結(jié)合鑲邊的塑料條，粘貼橫脊的布條組成，鎧甲防刺背心可提高抵擋刺戳功效，克服了僵硬、穿脫不便的技術(shù)難點。
還有采用高強(qiáng)纖維并用樹脂基作基體的防刺材料，如申請?zhí)枮镃N00802697，實用新型名稱為防刺穿復(fù)合材料，包含多層機(jī)織芳族聚酰胺紗線織物與基質(zhì)樹脂的組合，作為防刺穿鞋底復(fù)合材料。
申請?zhí)?00410058543.5，發(fā)明名稱為全效適體復(fù)合防彈防刺衣，是由面料、衣里及設(shè)于其間的防護(hù)層構(gòu)成，防護(hù)層由軟質(zhì)特種纖維布、硬質(zhì)特種合金片組成，使其達(dá)到全方位有效防彈防刺又適體。
目前防刺材料及其制作防刺服的經(jīng)濟(jì)成本偏高，舒適度較差，制造工藝相對復(fù)雜，在一些特殊行業(yè)和地區(qū)難以實現(xiàn)普遍應(yīng)用的裝備。
因此，能否制作一種較輕、較柔軟、舒適而又經(jīng)濟(jì)適用的防刺材料就是技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種軟質(zhì)防刺層狀材料，該材料輕便、柔軟、舒適，具有良好的防動態(tài)穿刺性能。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種軟質(zhì)防刺層狀材料的制備方法，該制備方法無需使用特殊設(shè)備，簡便易行，降低了經(jīng)濟(jì)成本，并且可制得輕便、柔軟、舒適，具有良好的防動態(tài)穿刺性能的防刺材料。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種軟質(zhì)防刺層狀材料的用途。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的軟質(zhì)防刺層狀材料，為多層無紡布疊加而成，且層間可自由滑動。
其中，本發(fā)明所述的軟質(zhì)防刺層狀材料可由5層以上無紡布疊加而成，優(yōu)選采用5～30層無紡布疊加。
所述的軟質(zhì)防刺層狀材料的面密度為4.6～5.6kg/m2(按警標(biāo)GA68-2003)，優(yōu)選為4.8～5.4kg/m2。
所述的無紡布可采用粘均分子量為300～500萬單位的線性聚乙烯粉末(為超高分子量聚乙烯)為原料，其重均分子量與數(shù)均分子量比值小于4。
所述的線性聚乙烯粉末(為超高分子量聚乙烯)采用凍膠紡工藝制成100～120mm的短纖維，其拉伸強(qiáng)度大于20g/d，模量不低于800g/d，單絲纖度在3～5d之間。
所述的短纖維經(jīng)過防靜電處理。例如添加聚乙炔型、聚氯乙烯型、或苯硫醚型等的抗靜電劑或其他本領(lǐng)域常用的防靜電處理方法。
為了使所制成的無紡布更加密實，可用針刺或水刺設(shè)備將短纖維纏結(jié)致密，針刺密度在150～300針/cm2之間，所得的無紡布面密度達(dá)180～220g/m2之間。
所述的軟質(zhì)防刺層狀材料中無紡布的層間有潤滑劑，比如石蠟油、滑石粉、立得粉、納米二氧化硅粉等。
所述的軟質(zhì)防刺層狀材料由多層無紡布疊加后、并在10～12MPa下進(jìn)行壓制，然后在常溫常壓下逐層剝離，再按原順序疊加而成。
一般對于纖維制品來說，牛、羊、禽類纖毛制氈較容易，因為其纖毛的微觀表面多呈現(xiàn)鱗片狀，表面磨擦力較大，有利于氈接工藝，制造較易，即使手工加工也能夠制造出優(yōu)良的產(chǎn)品。用人造化纖材料超高分子量聚乙烯纖維制氈，有兩點困難一是其表面過于光滑不利于氈接工藝；其二是在梳理工藝中化纖之間的表面摩擦?xí)a(chǎn)生大量的靜電，這種靜電的產(chǎn)生會使纖維之間更緊的扭粘在一起，無法進(jìn)行開松和梳理工序。針對上述問題本發(fā)明的技術(shù)人員對材料進(jìn)行前期處理。
在實驗過程中發(fā)現(xiàn)使用“皂化液”加適量比例的水可以很容易的洗去纖維表面的油污和浮土，經(jīng)60℃熱風(fēng)干燥后再進(jìn)行表面粗糙處理。
表面粗糙處理的方法很多，如放射原素鈷60的γ射線照射法；直線加速器的x射線照射法；紫外線照射法；電暈法；等離子射擊法；酸蝕法；膠涂法等。技術(shù)人員在實驗中采用了鉻酸加上2％的緩蝕劑，常溫常壓下逆流浸洗3分鐘方法，使其表面出現(xiàn)微蝕，再在弱堿水合溶液中中和使纖維表面呈化學(xué)中性。待其干燥后采用0.1％聚醚酯型抗靜電劑噴淋蒸透干燥待用。當(dāng)然抗靜電的方法很多，例如聚乙炔型，聚氯乙烯型，聚苯硫醚型的抗靜電劑都可使用，此處不加以限制，關(guān)鍵是采用的類型與整體工藝流程是否相適應(yīng)。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的另一發(fā)明目的，本發(fā)明所述的一種軟質(zhì)防刺層狀材料的制備方法，其包括如下步驟先采用超高分子量聚乙烯原料制成無紡布，然后將多層無紡布經(jīng)壓制后剝離，剝離后并按原序列疊合，形成層間可自由滑動的防刺材料。
其中，所述的超高分子量聚乙烯的粘均分子量為300～500萬單位，其重均分子量與數(shù)均分子量比值小于4。
超高分子量聚乙烯原料采用本領(lǐng)域常用的凍膠紡工藝制成100～120mm的短纖維，其拉伸強(qiáng)度大于20g/d，模量不低于800g/d，單絲纖度在3～5d之間。
為了纖維混合均勻，還需將所得的短纖維采用本領(lǐng)域常用技術(shù)進(jìn)行開松、梳理。為了防止纖維表面摩擦產(chǎn)生大量的靜電，纖維之間扭粘，無法進(jìn)行開松和梳理工序，還需作表面粗糙處理及經(jīng)防靜電表面處理，例如添加聚乙炔型、聚氯乙烯型、或苯硫醚型等的抗靜電劑或其他本領(lǐng)域常用的防靜電處理方法。
制備過程中，為了使纖維纏結(jié)致密，所制成的無紡布更加密實，所述的短纖維經(jīng)針刺或水刺工藝，針刺密度在150～300針/cm2之間，所得的無紡布面密度達(dá)180～220g/m2之間?？刹捎眉徔椫谐Ｓ玫尼槾袒蛩淘O(shè)備進(jìn)行。
將經(jīng)過開松處理后的短纖維通過梳理設(shè)備進(jìn)行梳理，使纖維成為單一取向的無紡網(wǎng)。將梳理后的至少5層無紡網(wǎng)疊加在一起，通過成網(wǎng)機(jī)構(gòu)來回折疊層壓形成無序排列的疊層無紡布。
這樣的無紡布實際上是一個薄氈片，其厚度范圍在0.25～0.35mm之間。需特別說明的是，在以往的專利中所披露的關(guān)于防彈、防刺材料的制作中都強(qiáng)調(diào)氈片要厚，因為氈片的通常概念就是要密實要厚，在防彈、防刺材料領(lǐng)域中過薄的無紡氈，并無通常意義上的防護(hù)作用。在以往的有關(guān)的專利申請中單片的氈片厚度都在10mm以上，在某些專利申請中還特別強(qiáng)調(diào)，應(yīng)根據(jù)防護(hù)的力度來設(shè)計氈片的厚度，因此根據(jù)要求，防護(hù)材料的絕對吸收能量越大防護(hù)層越厚。也就是說以往的氈片防刺材料在理論上是越厚越密防刺能力越強(qiáng)，而且是一個整片。
進(jìn)一步說，所述的軟質(zhì)防刺層狀材料由多層無紡布疊加后、并在不低于10Mpa的壓力下進(jìn)行壓制，然后在常溫常壓下逐層剝離，在保證原序列的條件下重新進(jìn)行疊合而成。其中壓制以在10～12MPa壓力下進(jìn)行30～80分鐘為佳。
一般可采用5層以上的無紡布疊加，其疊加厚度經(jīng)壓制后在0.25～0.35mm之間為宜，并且不加任何基體材料，疊加后在10～12MPa壓力下進(jìn)行30～80分鐘的壓制。
將疊層不少于5層的無紡布基材放入壓制設(shè)備，在自然狀態(tài)下，在不低于10MPa的壓力下進(jìn)行30～80分鐘的壓制，層數(shù)的選取要根據(jù)設(shè)計的“比吸收能”的大小來確定其多少；壓力的大小、時間的長短與層數(shù)正相關(guān)。
其后是要在壓制的基礎(chǔ)上進(jìn)行有序的剝離和有序的疊加。所謂有序的疊加是指單片的疊加順序不能破壞壓制前的疊加順序，否則其防刺能力將下降。之所以強(qiáng)調(diào)壓制后要有序剝離有序疊加是因為這樣作才能保證基材的面與面能夠最“充分”的進(jìn)行面接觸，避免有“空洞”出現(xiàn)。無序疊加或隨意疊加能制造層間“空洞”，當(dāng)有“空洞”出現(xiàn)時，造成材料的最大缺陷就是材料的“防刺面密度”不均勻。在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)測試方法下，按此方法制作的防刺服比簡單無序疊加的防刺服的“防刺面密度”要小，整體防刺服的重量要輕。
在強(qiáng)調(diào)有序的“剝離”和有序的疊加的同時，還需要指出的有別于以往的技術(shù)是一定要保證層與層之間要確保具有層間滑移。因為在刺刀扎入防護(hù)層的瞬間，層間滑移可使刺刀產(chǎn)生偏斜，從而偏離原來前進(jìn)的方向，這種“偏斜”會給刺刀造成巨大的前進(jìn)阻力。眾所周知，當(dāng)?shù)扼w的“對稱中心”與刺刀的“受力方向”、“瞬時速度方向”相重合時，刺刀的破壞力是最大的，但是基片之間在受力的瞬間由于產(chǎn)生了相對滑移，這種相對滑動破壞了前面提到的“重合因素”，以至瓦解了刺刀的前進(jìn)能量。從力學(xué)的角度講，就是“滑移”使刺刀在前進(jìn)的力的方向上受到了多個分阻力的干擾，合力變小，分散了刀體前進(jìn)的能量；從運(yùn)動學(xué)的角度講，“滑移”使刀體產(chǎn)生了曲線前進(jìn)，速度下降，慣量減??；從防護(hù)的角度講，“滑移”使防刺材料增加了受力面積，減少對自身的壓力?？傊ＷC防護(hù)基材的這種層間滑移對防護(hù)材料的防護(hù)能力至關(guān)重要，為此可對基材表面作些必要的處理。包括表面壓光；扎紋等，具體要視整體工藝而定。
總之“剝離”和“有序疊加工藝”產(chǎn)生了兩點重要的效果一是材料的防刺能力加強(qiáng)了，因此材料的面密度減小了；二是使防刺材料的柔軟性、舒適度增加了。
本發(fā)明所述的一種軟質(zhì)防刺層狀材料具有在制備防刺服、防破片、排爆服或戰(zhàn)時防護(hù)墻等方面的應(yīng)用價值。
本發(fā)明所述的軟質(zhì)防刺層狀材料具有良好的防刺性能和柔軟性能，重量輕，還具備良好的防動態(tài)穿刺性能，滿足新警標(biāo)GA68-2003的測試要求，特別不影響公安、武警和保安人員的各種戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)動作的正常發(fā)揮。而且本發(fā)明所述軟質(zhì)防刺層狀材料的制備方法無需使用特殊設(shè)備，簡便易行，降低了經(jīng)濟(jì)成本，所得輕便、柔軟、舒適，具有良好的防動態(tài)穿刺性能的防刺材料不但可制成防刺服，也可應(yīng)用于防破片、排爆服、戰(zhàn)時防護(hù)墻等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明所述的軟質(zhì)防刺層狀材料的制備流程圖具體實施方式

下面由具體實施例詳加說明，以便更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點及其所達(dá)成的功效。
實施例1本實施例所述的軟質(zhì)防刺層狀材料由24層無紡布疊加而成，且層間可自由滑動。
制備過程如下以粘均分子量為350萬單位的線性聚乙烯粉末(重均分子量與數(shù)均分子量比值為4)作原料，采用凍膠紡工藝制成拉伸斷裂強(qiáng)度為25g/d，模量為1000g/d，單絲纖度為3d，平均長度為100mm的高強(qiáng)度聚乙烯纖維，并用聚苯硫醚型作防靜電表面處理。
然后進(jìn)行開松、梳理，用針刺設(shè)備，針刺密度為250針/cm2，制成面密度為200g/m2的無紡布基材，然后用24層疊加，12MPa壓力加壓40分鐘，在常溫常壓下逐層剝離，原順序疊加，層間加噴石臘油，制成防刺面密度4.8kg/m2的軟質(zhì)防刺材料，按GA68-2003標(biāo)準(zhǔn)測試合格(注我國警用防刺材料標(biāo)準(zhǔn))。
對比例1采用實施例1的方法進(jìn)行24層單片基材壓制，但不進(jìn)行“剝離”處理，制成面密度4.87kg/m2的防刺材料，按GA68-2003標(biāo)準(zhǔn)測試，防刺材料被標(biāo)準(zhǔn)刀刺穿。
對比例2采用實施例1的工藝方法制成防刺單片基材，使用丙烯酸脂類水乳型膠體進(jìn)行噴涂，干燥，其含膠量10％，單片面密度110g/m2，壓制，剝離，按原序疊加45層，制成防刺材料面密度為5kg/m2，用GA68-2003標(biāo)準(zhǔn)測試，失敗。
對比例3采用例1的工藝方法制成55層單片基材，使用噴膠法加入水溶性丙烯酸脂膠體10％作基體，烘干，壓制，剝離按序疊加，按GA68-2003標(biāo)準(zhǔn)測試，雖未刺穿，但其面密度達(dá)6.2kg/m2，過于厚重。
下面表1為實施例1與對比例1-3產(chǎn)品性能比較(測試標(biāo)準(zhǔn)按GA68-2003，為中國警用防刺標(biāo)準(zhǔn))。
表1實施例1與對比例1-3產(chǎn)品性能比較

從上述實施例的比較可明確的看出，在其它基本工藝相似的條件下，層數(shù)雖然相同，未按序“剝離”和加入膠體的材料防刺效果都不理想，而加入了膠體的能夠達(dá)到防刺效果的材料的綜合效果以及性價比也都不理想。
實施例2本實施例所述的軟質(zhì)防刺層狀材料由5層無紡布疊加而成，且層間可自由滑動。
制備過程如下以粘均分子量為500萬單位的線性聚乙烯粉末作原料，采用凍膠紡工藝制成拉伸斷裂強(qiáng)度為28g/d，模量為900g/d，單絲纖度為5d，平均長度為110mm的高強(qiáng)度聚乙烯纖維，并用聚氯乙烯型作防靜電表面處理。
然后進(jìn)行開松、梳理，用針刺設(shè)備，針刺密度為300針/cm2，制成面密度為220g/m2的無紡布基材，然后用5層疊加，10MPa壓力加壓30分鐘，在常溫常壓下逐層剝離，原順序疊加，層間加噴石蠟油，制成防刺面密度5.6kg/m2的軟質(zhì)防刺材料，按GA68-2003標(biāo)準(zhǔn)測試合格(注我國警用防刺材料標(biāo)準(zhǔn))。
實施例3本實施例所述的軟質(zhì)防刺層狀材料由30層無紡布疊加而成，且層間可自由滑動。
制備過程如下以粘均分子量為400萬單位的線性聚乙烯粉末作原料，采用凍膠紡工藝制成拉伸斷裂強(qiáng)度為22g/d，模量為900g/d，單絲纖度為3d，平均長度為120mm的高強(qiáng)度聚乙烯纖維，并用聚乙炔型作防靜電表面處理。
然后進(jìn)行開松、梳理，用針刺設(shè)備，針刺密度為150針/cm2，制成面密度為180g/m2的無紡布基材，然后用30層疊加，12MPa壓力加壓80分鐘，在常溫常壓下逐層剝離，原順序疊加，層間加噴石蠟油，制成防刺面密度5.4kg/m2的軟質(zhì)防刺材料，按GA68-2003標(biāo)準(zhǔn)測試合格(注我國警用防刺材料標(biāo)準(zhǔn))。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明實施的范圍。所以凡依本發(fā)明申請范圍所述的形狀、構(gòu)造、材質(zhì)、特征及精神所為均是等同變化或修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明的申請專利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種軟質(zhì)防刺層狀材料，其特征在于，為多層無紡布疊加而成，且層間可自由滑動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)防刺層狀材料，其特征在于，由5層以上無紡布疊加而成，優(yōu)選為5～30層無紡布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)防刺層狀材料，其特征在于，所述的軟質(zhì)防刺層狀材料的面密度為4.6～5.6kg/m2，優(yōu)選為4.8～5.4kg/m2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)防刺層狀材料，其特征在于，所述的無紡布以粘均分子量為300～500萬單位的線性聚乙烯粉末為原料，其重均分子量與數(shù)均分子量比值小于4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)防刺層狀材料，其特征在于，所述的多層無紡布的層間噴有潤滑劑。
6.一種制備權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)防刺層狀材料的方法，其特征在于，包括如下步驟先采用超高分子量聚乙烯原料制成無紡布基材，然后將多層無紡布經(jīng)壓制后剝離，剝離后并按原序列疊合，形成層間可自由滑動的軟質(zhì)防刺層狀材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軟質(zhì)防刺層狀材料的制備方法，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯原料先采用凍膠紡工藝制成100～120mm的短纖維，其拉伸強(qiáng)度大于20g/d，模量不低于800g/d，單絲纖度在3～5d之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的軟質(zhì)防刺層狀材料的制備方法，其特征在于，所述的短纖維經(jīng)針刺或水刺工藝，針刺密度在150～300針/cm2之間，所得的無紡布面密度達(dá)180～220g/m2之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的軟質(zhì)防刺層狀材料的制備方法，其特征在于，所述的壓制的壓力不低于10MPa，以在10～12MPa壓力下進(jìn)行30～80分鐘的壓制為佳。
10.一種權(quán)利要求1所述的軟質(zhì)防刺層狀材料在制備防刺服、排爆服、防破片材料或戰(zhàn)時防護(hù)墻方面的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種軟質(zhì)防刺層狀材料，為多層無紡布疊加而成，且層間可自由滑動，該材料是采用超高分子量聚乙烯纖維制成無紡布，多層無紡布經(jīng)壓制、逐層剝離，再按原順序疊加制成可層間滑動的防刺材料；本發(fā)明所述的軟質(zhì)防刺層狀材料輕便、柔軟、舒適，有良好的防動態(tài)穿刺性能，可制成防刺服，也可應(yīng)用于排爆服、防破片、戰(zhàn)時防護(hù)墻等領(lǐng)域。
文檔編號B32B9/00GK1672917SQ2005100708
公開日2005年9月28日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月20日
發(fā)明者馮向陽, 薛東升, 盧玉和, 喬獻(xiàn)榮, 杜偉 申請人:中紡?fù)顿Y發(fā)展股份有限公司