一种复合材料及其构成的运动护具以及制备方法

专利名称：一种复合材料及其构成的运动护具以及制备方法
技术领域：
本发明涉及运动护具，特别是涉及一种由纤维层压而成的具有透气性的摩 托车手用运动护具和护具的制造方法。
背景技术：
随着体育运动的日益盛行和摩托车的普及，对摩托车手、自行车运动员、 曲棍球运动员等的肩、肘、胸、背和脚踝部位的保护越来越关注。为此，相关 运动规则中已经规定，这类运动的运动员与架乘者必须事先配戴适当的护具， 以减少外来撞击对运动员造成的伤害，藉以降低运动员不必要的受伤几率，保 护运动员的安全。护具产品种类繁多，此前根据所采用的不同材质基本上可以分为针织类、 织带类和橡塑类三种类型。针织类产品是市场上最常见的套管式护具产品，该类产品主要用于运动员 的曰常保护，防止皮肤擦伤，对于快速冲击的防护能力较差，难以对高速度运 动的运动员，如摩托车手给予有效的保护。为了满足速度较快的运动员的防护 要求，该类产品在制造的过程中往往还需要加入不同的纤维材料或塑胶片状物， 以达到防冲击要求。织带类产品主要以护腰为主，该类产品也是以运动员的日常保护为主，防 止运动员的腰部扭伤，对防冲击能力也比较差，难以对运动速度较快的运动员 进行有效的保护。为了满足高速运动员的防护要求，该类产品也往往需要衬入 不同的高硬度和高强度塑胶类防护板，以达到防冲击要求。塑胶类护具包括塑胶发泡类、塑胶注射类、塑胶吹塑类护具。塑胶类护具 的产品繁多，有护肩、护膝、护背、护肘、护腕和护胸等。该类产品主要用于 防护冲击损伤，如安置在摩托车服的肩部，可防护意外冲击对肩部造成的伤害。 同样，安置在的摩托车服的膝盖部位，可防护意外冲击对膝盖部位造成的伤害。 适宜于高速运动者的防护。在各塑胶类护具中，以塑胶发泡护具手感较为柔软， 缓冲能力较好，比较受消费者欢迎，近几年来发展较快。但塑胶发泡类产品对 冲击的扩散能力较差，如用塑胶发泡类材料来制做尺寸较大的防冲击护具产品， 如护胸或护背时，防护能力较差，往往需要与具有一定硬度的塑胶板相复合。 塑胶注射类、塑胶吹塑类护具的防冲击能力较好，但手感硬，穿戴不舒适。
另外，塑胶类护具还存在一些共同的缺点
1、 透气性差，容易造成皮肤过敏反应；
2、 重量较重，有的有异味，易老化；
3、 塑胶类产品多是热固性材料，尤其是塑胶发泡类产品，难以回收再利用，
不利于资源的再生利用和环保。
为改进护具的防护性能和灵活性，近年来国内外投入了大量的人力、物力 进行研究开发，取得的了许多成果和专利。
实用新型CN28655337Y涉及一种由聚乙烯(PE)板材和抗震缓冲乙烯-乙 酸乙烯酯共聚物(EVA)材料经复合成型而制成的复合型运动护具，它多层构 成，当使用者身体弯曲时，该实用新型可以在不降低护具的防护效能下，增加 护具弯曲的灵活性。
发明专利CN1126579C设计一种运动护具外壳的制作方法，它选择石化板 材或合成纤维板料，表面先经化学处理后，将所需的图案印刷在上述材料上，
再根据材料特性与厚薄及图案的复杂程度进行加热处理，使其材质软化，然后 配合压铸成型，再仲裁出所需的形状，置于烘箱内，经加温后冷却定型，形成 合乎人体工学要求的弧度造型的护具外壳。利用此种工艺，可克服射出成型和 吹塑成型的缺陷，提高产品的价值，'其模具制作简单快捷，可降低成本。《中国纺织》2004年第六期"摩托车防护用具的开发设计介绍了" 一文，
介绍了ToryLeeSE公司生产的防护裤，其前片部位采用强化尼龙布面料，以增 加其耐久性；膝部内面采用弹性Kevlar面料；膝部外面用强化尼龙面料进行风 箱褶剪设计，大大增加了活动性；在腰部至胯部间，用变向的螺纹弹性布作V 形设计，可增加其合身性与舒适度；防护服内里采用网状设计，可增加透气性。 另外，Sixsixone公司生产的护臂、护肘和护膝采用舒适透气的EVA发泡材 料制得。该公司生产的防护上衣适用于越野骑车时穿着，防护服的前后均有塑 料硬壳给予防护，上装配有弹性宽护腰带，在前臂与肘部均有特别防护，后背 装有用于防护的塑料硬壳。
与本发明相关的现有技术是热熔非织造布技术。但现有的热熔非织造布技 术都是用来加工大幅宽、等厚度、等密度产品。其基本工艺流程为混合——开 松——梳理成网——纤网铺叠——热熔定型——冷却巻绕——包装。热熔非织 造布主要用于坐垫、床垫、隔热保温等大面积产品。因此，在制造异厚度、等 密度、三维异型和具有特定防护功能的热熔非织造护具产品的方面，在此之前 未见任何报道。

发明内容
本发明目的在于提供一种复合材料，该复合材料的原料包括热熔黏结纤维和 被黏结纤维，可在抗冲击性能、透气性、重量和成形方面达到运动护具的要求。
本发明的目在于提供一种新颖的运动护具，特别是一种由上述复合材料经由 单一纤维或多种纤维复合层压而成，该运动护具具有透气性尤其适用于摩托车 手用运动护具，从根本上解决当前塑胶护具的透气性差，环保性差，以及冲击 吸收和冲击扩散难以兼顾的缺点。
本发明的目的还在于提供上述一种复合材料和运动护具的制作方法，通过该 方法可以将热熔黏结纤维和被黏结纤维制成一种适合做运动护具的材料，以及 采用该材料制成透气性好的环保的运动护具。本发明提供了一种复合材料，该复合材料的原料包括热熔黏结纤维和被黏结 纤维，该热熔黏结纤维包括共聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯和热塑性聚氨 酯；被黏结纤维为纺织纤维；所述的热熔黏结纤维和被黏结纤维在该复合材料 中的重量含量分别为10% 100%和0% 90%。
上述的被黏结纤维一般为纺织纤维，如棉纤维、毛纤维、麻纤维、涤纶、锦 纶、腈纶、维纶，氨纶，以及差别化纤维，如三维高巻曲纤维、中空纤维、异
形截面纤维、阻燃纤维等；中空纤维包括中空巻曲纤维，该中空巻曲纤维可以
是二维巻曲纤维，或三维巻曲纤维；可以是多组分纤维，或单组分纤维；可以 是单孔型纤维，也可以是多孔型纤维。
纤维是天然或人工合成的细丝状物质，本发明上述的纺织纤维是指用来纺织 布的纤维。本发明优选单孔型三维巻曲中空涤纶。
本发明所述的复合材料中，原料热熔黏结纤维和被黏结纤维在该复合材料中 的重量含量优选为15% 90%和10% 85%，更优选为20%~50%和50%~80%， 在本发明的优选实施例中，热熔黏结纤维和被黏结纤维在该复合材料中的重量 含量最优选为30% 40%和60%~70%;以上重量百分比的计算基准是以该复合材 料的重量为100%计的。
在本发明所述的复合材料中，所述的热熔黏结纤维和/或被黏结纤维的纤维 细度优选在1.2D 20D，长度优选在5mm 120mm，断裂强度优选》1.5g/d，断 裂伸长优选20~400%，热收縮率优选<20%。
需要说明的是在本文中，本发明为了规范技术术语，消除歧义，将热熔黏 合纤维、热熔粘合纤维统称为热熔黏结纤维或者热熔粘结纤维(Application of Thermofusible Fiber)。
本发明上述的共聚酯(PETT)，其结构式可表述为式(l)的结构。
+ 0—6'^^>~6 —0 —C H「C H J^O—6^^^>~6'—CI—C H「C + ("
7本发明上述的共聚酰胺由二种或二种以L的聚酰胺(尼龙)单体或縮聚体，按 不同的比例，通过高温加压制得从高软化点、坚硬的、不易溶解的到低软化点、
柔软的、易溶解的产物。例如，如申请号为98807315.3记载的共聚酰胺，再此 引用作为示例之一和参考。
本发明的聚乙烯英文名polyethylene,简称PE，是乙烯经聚合制得的热塑 性树脂。在工业上包括乙烯与少量a—烯烃的共聚物。其结构式为 CH2=CH2+CH2=CH2+……—一CH2—CH2—CH2—CH2……。 聚乙烯的种类(1) LDPE:低密度聚乙烯、高压聚乙烯；(2) LLDPE: 线形低密度聚乙烯；(3) MDPE:中密度聚乙烯、双峰树脂；(4) HDPE: 高密度聚乙烯、低压聚乙烯；(5)UHMWPE:超高分子量聚乙烯；(6)改 性聚乙烯CPE、交联聚乙烯(PEX) ;(7)乙烯共聚物乙烯-丙烯共聚物(塑 料)、EVA、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其它烯烃(如辛烯POE、环烯烃)的共聚 物、乙烯-不饱和酯共聚物(EAA、 EMAA 、 EEA、 EMA、 EMMA、 EMAH); 分子量达到3， 000， 000-6， 000， OOO的线性聚乙烯称为超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)。
本发明上述的聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，英文名 称:Polypropylene，分子式:[C3Hg]n，简称PP。
本发明上述的热塑性聚氨酯也称热可塑性TPU弹性体，简称TPU，是由含 NCO官能基的MDI与含OH官能基的POLYOL、 1.4BG，经押出混炼而制成。
本发明的复合材料的制作方法包括，以纯热熔粘合纤维，或以热熔粘合纤 维其它纤维相混和的多种纤维为原料，经混合——开松——梳理成网——纤网 铺叠——剪裁——叠片预赋型——模压成形，多道工艺过程，借此开发成具有 质量轻、透气性好，防护性能优良的运动护具用复合材料，特别适用于摩托车 手用护具。
本发明的复合材料也可以以热熔非织造布为本发明的原料，直接进行剪裁 ——叠片预赋型——模压成形工艺过程实现本发明的复合材料。本发明的原料之一的热熔黏结纤维(简称热熔纤维)具有在热的作用下能 将其它纤维黏合在一起而成为一个具有与模具形状相适应的复合材料的特点， 而其它的纤维因不具有热熔性，或因熔点高，尚未熔融，仍保持原有的形态和 性能，可以使该复合材料既具有较好的冲击防护能力，又具有较好的透气性。
本发明还提供了一种运动护具，该运动护具由本发明的上述复合材料经过 混合与开松、梳理成网、纤维网铺叠、裁片和预赋型以及模压成型的步骤制得。
上述运动护具所采用的复合材料中，热熔黏结纤维和被黏结纤维在该复合材
料中的重量含量分别为15% 90%和10% 85%;更优选为20%~50%和 50% 80%，在本发明的优选实施例中，热熔黏结纤维和被黏结纤维在该复合材 料中的重量含量最优选为30%~40%和60o/。 70%;以上重量百分比的计算基准是 以该复合材料的重量为100%计的。
本发明所述的运动护具，其中，制作该运动护具的工艺步骤中，所述的模压 成型是利用模具加热产生的温度(高温，即比热熔黏结纤维的熔点高5 5(TC) 和压力(在0.1 20Mpa)使所述的热熔黏结纤维熔融继而与所述的被黏结纤维 粘结。热气流可以是热空气，也可以是热蒸汽。热气流的压力1 20Mpa。
具体的模具加热的方式包括在上、下模具上安装单独加热装置，同时在模 具的内腔体上钻有孔眼，通过该孔眼(优选直径为0.1 3mm的细小的孔眼)向 模具内装设的纤维层喷射高温热气流，以使所述的纤维层的内部的纤维在较短 的时间内被均匀地加热到设定的温度。
上述的运动护具的制作步骤中，优选所述的模具的内腔体上钻有的孔眼(孔 眼的密度和直径可以是均匀的，也可以是不均匀的)的直径为0.1 3mm，孔眼 的密度为1 20个/mm2。
对于异厚度的护具，可在模腔厚度大的部位，将孔眼的密度和孔径相应加大。 模具的单独加热装置，可以是加热板，也可以是加热片，或加热管；这些加热
装置可以分别安装在上、下模具外，也可以安装在模具内。模具的加热温度和 热气流的温度一般高于热熔黏结纤维的熔点5 50°C。模压时间一般在0.5 30min，压力一般在0.1 20Mpa。。热气流可以是热空气，也可以是热蒸汽。热 气流的压力1 10Mpa。加工模具的材料可以是金属材料，如铝、铜、铁、钢及 其以这些金属材料为主体的合金材料；也可以是耐高温塑胶材料，或无机材料， 其中首选模具用铝合金材料。
本发明所述的护具可以等厚度，也可以是异厚度的；可以是等密度的，也可 以是异密度的；可以是平板状的也可以是三维异形的。
对于上述的运动护具的一般生产过程是混合与开松——梳理成网——纤维 网铺叠——裁片——叠片预赋型——模压成型。也可以以热熔非织造布为原料， 釆用下列生产过程完成本发明热熔非织造布——裁片——叠片预赋型——模 压成型。
对于等厚度且等密度的护具也可以采用下列生产过程完成本发明纤维混合 与开松——梳理成网——纤维网铺叠——烘房热熔——模压成型。以及，还可 以以热熔非织造布为原料，采用下列生产过程完成本发明热熔非织造布—— 裁片——模压成型。
本发明上述制作运动护具的步骤中所述的混合，可以是人工混合，也可以是 机械混合。混合机械可以是单棉仓混棉机，也可以是多棉仓混棉机，如六棉仓 混棉机。所述的开松，可以是单打手开松机，也可以使多打手开松机。
本发明上述制作运动护具的步骤中所述的梳理成网可以采用罗拉式梳理 机，或盖板式梳理机。对于纤维长度短于20 45mm的纤维最好用盖板式梳理 机，对于纤维长度在45 120mm的纤维最好用罗拉式梳理机。纤维网的面积密 度宜控制在5 20g/m2。
本发明上述制作运动护具的步骤中所述的纤维网铺叠，可以采用专门的铺网 机，对从梳理机上出来的纤维网进行交叉铺叠，也可以采用带有气流杂乱成网， 或带有机械杂乱装置的梳理机，直接进行生产。纤维在纤维网中的排列形态可 以是平行于纤维网平面的，可以是垂直于纤维网平面的。
本发明上述制作运动护具的步骤中所述的裁片，可以是人工裁片，也可用采
10用服装加工中常用的裁床，进行机械裁片。纤维网的裁片形状应满足护具最终 形状的要求。
本发明上述制作运动护具的步骤中所述的叠片预赋型，是为满足护具的密 度相同而厚度不同的要求，而采取的专门步骤。叠片时，既可以是小片在中间， 大片在外；也可以是小片在外，大片在中间。本发明强调首先推荐小片在中间， 大片在外的排列方式，以使产品的外观平整。对于密度和厚度相同的产品可以 省略该工序。
本发明还提供一种制备上述运动护具的方法，该方法包括采用权利要求1 所述的复合材料，经过混合与开松、梳理成网、纤维网铺叠、裁片和预赋型以 及模压成型的步骤制得所述的运动护具。
上述的制备方法中，所采用的复合材料中的热熔黏结纤维和被黏结纤维在该 复合材料中的重量含量分别为15% 90%和10% 85%，更优选为20%~50%和 50% 80%，在本发明的优选实施例中，热熔黏结纤维和被黏结纤维在该复合材 料中的重量含量最优选为30%~40%和60%~70%;以上重量百分比的计算基准是 以该复合材料的重量为100%计的。
上述的制备方法中，所述的模压成型是利用模具加热产生的温度(高温，即 比热熔黏结纤维的熔点高5 5(TC)和压力(在0.1 20Mpa)使所述的热熔黏 结纤维熔融继而与所述的被黏结纤维粘结。热气流可以是热空气，也可以是热 蒸汽。热气流的压力1 20Mpa。
具体的模具加热的方式包括在上、下模具上安装单独加热装置，同时在模 具的内腔体上钻有孔眼，通过该孔眼向模具内装设的纤维层喷射高温热气流， 以使所述的纤维层的内部的纤维在较短的时间内被均匀地加热到设定的温度。 为了更好地解释本发明的运动护具的制备方法和步骤工艺，特详述如下， 本发明的上述采用复合材料制备运动护具的技术方案即工艺步骤主要包括以下 几部分
(1)混合与开松在梳理成网之前，需要将热熔黏 纤维和被黏结纤维按比例均匀混合，并将其开松为小块。如果原料采用100%的热熔黏结纤维就不需 要混合了，直接进行开松就可以了。开松是为下一道的梳理成网工序做准备， 以使纤维原料能够更好地被梳理成单纤维状，无论是100%的热熔黏结纤维，还 是多种纤维混合都要进行开松。
混合的方法可以是人工混合，也可以是机械混合。混合机械可以是单棉仓 混棉机，也可以是多棉仓混棉机，如六棉仓混棉机。将纤维混合均勻后，喂入 开松设备，将纤维块通过机械打击和撕扯，松解成小块的纤维束，并使纤维间 进一步充分混合，为下一步梳理做好准备。开松机可以是单打手开松机，也可
以使多打手开松机。对纤维来说， 一般不少于2次打击开松。
(2) 梳理成网纤维经过混合开松处理后，纤维大多呈束状，为了使其 成为单纤维网状，无论纤维的状态、种类如何，必须对其进行梳理。
所用设备可以是罗拉式梳理机，也可以是盖板式梳理机。对于纤维长度短
于20 45臓的纤维最好用盖板式梳理机，对于纤维长度在45 120mm的纤维最好 用罗拉式梳理机。纤维网的面积密度宜控制在5 20g/m2。
(3) 纤维网铺叠从梳理下来的纤维网都很轻薄，定量一般只有10克/米 2左右，强力较低，而且纤维多沿纤维网长度的方向呈单向排列，使之横向强力 很低。为了使纤维网具有一定的纵、横向强力和定量(面积密度)，可进行铺 叠，或杂乱成网。同时，使纤维网的厚度满足下一道裁片的要求。
纤维网铺叠的方法很多，如交叉折叠成网，或气流成网，或杂乱辊成网。 不同的方法方法适用于不同的场合，如气流杂乱成网，适合定量40 80g/ra 交 叉铺网适合定量大于100g/V;其它范围的定量则可以采用带机械杂乱装置的梳 理机生产。纤维在纤维网中的排列形态可以是平行于纤维网平面的，可使护具 具有较好的扩散冲击力的效果；纤维在纤维网中的排列形态也可以是垂直于纤 维网平面的。
(4) 裁片、预赋型铺叠后的纤维网呈平面巻材，宽度一般在l米以上，
而护具的形状多为三维的方形、圆形，或椭圆形，面积只有0.01 0. 10米2左右，为了使加工的护具的形状符合设计要求，减少原料浪费，需要根据模具的形状 要求对纤维网进行裁片。
预赋型是为下一步模压成型做准备的，是指将裁好的纤维网片按设计要求 叠合起来，使之与模具的形状相适应。因为护具的形状往往是三维异厚度的， 一般中间要厚一些，厚的地方应多叠几层纤维网片，叠的层数应于护具的厚度 梯度相一致，这是实现等密度的必要步骤。对于等厚度的产品，可制备相应厚 度的纤维网，直接裁片，省掉预赋型工序。
(5)模压成型模压成型是指将预赋型的纤维网叠片放入模具中，然后 对模具进行加热和加压，使热熔纤维熔融，并与周围的纤维黏合形成具有一定
抗冲击力的护具。
本发明的运动护具的创新性之一在于制作该运动模具的模压成型技术，其 也是本发明的制备方法的独特之处，在于模具的设计和加热方式。设计上，在 上、下模具的底部安装单独加热装置为模具加热，同时还在模具的内腔体上钻 有若干热气流喷孔。高温热气流在一定的压力下经热气流喷孔可直接喷向模具 内的纤维层，从而使纤维层内部的纤维能够在较短的时间内被均匀地加热到设 定的温度，既縮短了加热时间，也有效的解决了单靠模具传导加热纤维层而带 来的加热时间长、纤维层内外受热不均匀的缺点。热气流喷孔的密度和直径可 以是均匀的，也可以是不均匀的，热气流喷孔的密度、直径应于形状、性能要 求应适应，并应使护具的中间层的热熔纤维都刚好能够热融粘合为准。单独加 热装置可以是加热板，或加热片，或加热管；这些加热装置可以分别安装在上、 下模具外，也可以安装在模具内。模具的加热温度和热气流的温度一般控制在
比热熔黏结纤维的熔点高5 5(TC。加热纤维层的时间控制在0.5 30min，压力 在0.1 20Mpa。孔眼直径0.1 3mm，孔眼的密度为1 20个/mm2。热气流可以 是热空气，也可以是热蒸汽。热气流的压力l 20Mpa。加工模具的材料可以是 金属材料，如铝、铜、铁、钢及其以这些金属材料为主体的合金材料；也可以 是耐高温塑胶材料，或无机材料，其中首选模具用铝合金材料。本发明的具体实施办法如下
(1)纤维原料的选用 本发明原料为热熔黏结纤维和被黏结纤维。热熔黏结纤维(也称为热熔黏合
纤维、热熔粘合纤维，Application of Thermoflisible Fiber)是一种受热后能够熔 融黏结的纤维。可以是受热后能够全部熔融的单一组分纤维，也可以是受热后 能够部分熔融的二组、或多组分的复合纤维。原则上讲，凡是通过熔融法纺丝 制成的，或纤维外层具有热塑性组分的，如聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、 热塑性聚氨酯的纤维都可以作为本发明的热熔黏结纤维。但是，有些纤维因熔 点太高，如涤纶的熔点是285° C左右，能耗太大不利于节约能源， 一般不作为 首选。从节约能源，并使护具产品在曰常使用中具有较好的热稳定性能出发， 选用的热熔黏结纤维和组分的最适宜的熔点范围在11(TC 24(TC，这些黏结纤 维或组分可以是共聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯和热塑性聚氨酯。为了使 产品具有良好的透气性，本发明首选具有双组分皮芯结构，或双边结构的复合 纤维。以双组分皮芯结构的热熔黏结纤维为例，其皮层的熔点一般选择在110 24(TC，其成分可以是聚乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚氨酯纤维、共聚酯、共聚酰 胺。其中，常用的皮层为共聚酯(熔点为10(TC 18(TC左右)，或共聚酰胺(熔点 为100。C 18(TC左右)，或聚乙烯(熔点为130。C左右)。上述纤维是天然或人工 合成的细丝状物质，本发明的纺织纤维则是指用来纺织布的纤维，该概念为本 领域公知，是清楚的。
两大类型热熔粘合复合纤维(聚烯烃类和聚酯/共聚酯类)，热粘合复合纤 维是由低熔点聚合物为皮层，高熔点聚合物为芯层的皮芯复合纤维。该纤维通 过热风或热辊，皮层的低熔点组份熔化而把其他纤维粘合起来，使纤维网得到 加固，而芯部的高熔点组份保持纤维的形态。
被黏结纤维可以是常规的纺织纤维，如棉纤维、毛纤维、麻纤维、涤纶、锦 纶、腈纶、维纶，氨纶，以及差别化纤维，如三维高巻曲纤维、中空纤维、异 形截面纤维、阻燃纤维。中空巻曲纤维可以是二维巻曲，或三维巻曲；可为多组分或单组分；可是单孔或是多孔。本发明首选单孔型三维巻曲中空涤纶。
本发明选用的热熔黏结纤维和被黏结纤维的用量分别为10% 100%和 0% 90%。所用纤维细度在1.2D 20D，长度在5mm 120mm，断裂强度》 1.5g/d，断裂伸长20~400%，热收縮率<20%。所用纤维本身可以是无色透明的， 也可以是白色的，也可以是红色、黄色、兰色，以及由这些颜色混合搭配而成 的颜色。
(2)护具的的主要生产过程与工艺 护具的的主要生产过程是混合与开松——梳理成网——纤维网铺叠——裁 片预赋型——模压成型。
1) 混合与开松在梳理成网之前，需要将热熔黏结纤维和被黏结纤维按比 例均匀混合。混合的方法可以是人工混合，也可以是机械混合。混合机械可以 是单棉仓混棉机，也可以是多棉仓混棉机，如六棉仓混棉机。将纤维混合均匀 后，喂入开松设备，将纤维块通过机械打击和撕扯，松解成小块的纤维束，并 使纤维间进一步充分混合，为下一步梳理做好准备。开松机可以是单打手开松 机，也可以使多打手开松机。对纤维来说， 一般不少于2次打击开松。
2) 梳理成网纤维经过混合开松处理后，纤维大多呈束状，为了使其成为 单纤维网状，必须对其进行梳理，所用设备可以是罗拉式梳理机，也可以是盖
板式梳理机。对于纤维长度短于20 45mm的纤维最好用盖板式梳理机，对于 纤维长度在45 120mm的纤维最好用罗拉式梳理机。纤维网的面积密度宜控制 在5 20g/m2。
3) 纤维网铺叠为了使纤维网具有一定的纵、横向强力和定量(面积密度)， 可进行铺叠和杂乱，如采取交叉折叠成网，或气流成网，或杂乱辊成网。不同 的方法适用于不同的场合，如气流杂乱成网，适合定量40 80g/m2;交叉铺网 适合定量大于100g/m2;其它范围的定量则可以采用带机械杂乱装置的梳理机生 产。纤维在纤维网中的排列形态可以是平行于护具平面的，可使护具对冲击力 具有较好的扩散防护效果；纤维在纤维网中的排列形态也可以是垂直于护具平
15面的，可使护具对冲击力具有较好的缓冲防护效果。 4)裁片、预赋型
为了使加工的护具的形状设计要求，减少原料浪费，需要根据护具的形状要 求对纤维网进行裁片，并将裁好的纤维网片按设计要求叠合起来，即预赋型。 预赋型是为下一步模压成型做准备的，因为护具的形状往往是三维异厚度的， 一般中间要厚一些，为了使各处的密度相同，厚的地方应多叠几层纤维网片。 对于等厚度的产品，可制备相应厚度的纤维网，直接裁片即可。 5)模压成型
模压成型是最关键的工序，本发明中的模压成型技术的独特之处在于模具 的设计和加热方式。其设计上的独特之处在于在上、下模具安装单独加热装置 的同时，还在模具的内腔体上钻有热气流喷孔，通过模具上的这些细小的孔眼， 可以向模具内的纤维层喷射高温热气流，以使纤维层内部的纤维能够在较短的 时间内被均匀地加热到设定的温度，既縮短了加热时间，也有效的解决了单靠 模具传导加热纤维层而带来的加热时间长、纤维层内外受热不均匀的缺点。孔 眼的密度和直径可以是均匀的，也可以是不均匀的，以满足护具异厚度的结构 要求。模腔厚度大的部位，孔眼的密度和孔径可相应加大。单独加热装置可以 是加热板，或加热片，或加热管；这些加热装置可以分别安装在上、下模具外， 也可以安装在模具内。模具的加热温度和热气流的温度一般控制在热熔黏结
纤维的熔点+5 5(TC。加热纤维层的时间控制在0.5 30min，压力在0.1 20Mpa。孔眼直径0.1 3mm，孔眼的密度为1 20个/mm2。热气流可以是热空 气，也可以是热蒸汽。热气流的压力1 10Mpa。加工模具的材料可以是金属材 料，如铝、铜、铁、钢及其以这些金属材料为主体的合金材料；也可以是耐高 温塑胶材料，或无机材料，其中首选模具用铝合金材料。
本发明的热熔黏结纤维最适宜的熔点范围在11(TC 24(TC，这些黏结纤维 或组分可以是共聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯和热塑性聚氨酯。常用的热 熔组分的熔点为10(TC 18(TC左右。而被黏结纤维可以是常规的纺织纤维，如棉纤维、毛纤维、麻纤维、涤纶、 锦纶、腈纶、维纶，氨纶，以及差别化纤维。所用纤维本身可是无色透明，也 可是白色的，也可以是红色、黄色、兰色以及由这些颜色混合搭配而成的颜色。
本发明还提供了上述复合材料在制备运动护具中的应用，该运动护具尤其 是指摩托车所用的运动护具，该运动护具例如护具(手用)、护肩、护背等。
在现有技术中，纤维层压复合材料加工技术中未见如本发明的上述在模具上 钻孔眼，并用高压热气流加热纤维的技术。本发明的在模具中安装加热装置为 常见技术，使用的加热管和加热板为常用电热器材。
本发明带来的有益效果从产品的结构来看，用该产品有许多较强的实用 性。 一是，由于采用纯纤维加工，热熔黏结纤维之间，以及热熔黏结纤维与其 它纤维的黏结为点黏合，因此该产品具有很好的透气性，这是塑胶类产品难以 做到的；二是，该产品完全有纤维复合而成，无其它助剂和塑胶，因而具有很 好的卫生性，无异味，重量轻；三是，当这些产品不用时，以及生产过程中的 下脚完全可以回收利用，具有良好的环保性。
从加工技术上看，该技术显著的先进性。 一是，通过改变纤维原料中的热 熔纤维及其他纤维的品种、规格和含量，可以得到具有不同手感和防护性能的 护具产品，从而可以使护具产品满足不同用途、不同防护级别、不同防护部位 的性能要求；二是，通过优化模压的温度、压力和时间，就能在稳定护具产品 的手感和性能的同时，稳定加工质量，提高生产效率；三是，通过改变模具的 加热的方式、结构形状，可以加工出具有不同黏结特点和形状的护具产品，从 而满足不同防护部位要求的护具。
从技术方案来看，通过该技术方案具有很强的灵活性。 一是，由于采用纤 维层铺叠的方式形成纤维聚合体，通过改变铺网方式，可以使护具产品具有不 同力学性质和防护性能，如竖直排列，可以使护具产品具有较好的缓冲性能； 如果采水平交叉排列，可以使护具具有较好的扩散性能。二是，由于裁片和叠 片的方式进行预赋型，可以使产品的各个部位具有均匀的体积密度。三是，由
17于采用模具加热与热气流加热的方式并举的方式对模具内的预赋型的纤维网体 进行加热，可以使模具内的纤维网的各个部位同时受热，即实现了内外均匀加 热，又可以縮短加热时间。
具体实施例方式
以下结合附实施例详细说明本发明，但不限定本发明的实施范围。 实施例一 一种摩托车服用护肩的制备 所述摩托车服用护肩，具有三维异厚度的特点。
1、 纤维原料的选用
热熔黏结纤维为白色，3D的PET/COPET皮芯复合纤维，皮层的共聚酯 COPET的熔点为130°C，而其芯层的聚酯PET的熔点则为275°C ，长度在65mm， 断裂强度》4g/d，断裂伸长28%，用量35%。
被黏结纤维为白色，20D单孔型三维巻曲中空涤纶，长度在65mm，断裂 强度》4.2g/d，断裂伸长40%，用量为65%。
2、 生产工艺流程是成网前准备一纤维梳理一成网一裁片预赋型一模压 成型。
(1) 混合与开松在梳理成网之前，需要将被黏结纤维和热熔黏结纤维按 65/35的比例均匀混合。混合的方法采用六棉仓混棉机。将纤维混合均匀后，喂 入单打手开松机开松。
(2) 梳理成网采用罗拉式梳理^l梳理成网，纤维网的面积密度宜控制在 15g/m2。
(3) 纤维网铺叠为了使纤维网具有一定的纵横向强力，采取交叉折叠铺 网，使纤维网的定量达到200g/m、通过对纤维网的再次折叠使纤维垂直于纤维 网平面。
(4) 裁片、预赋型
为了使加工的护具的形状、重量复合设计的要求，减少原料浪费，根据所
18需的护肩的形状，将纤维网裁成形状所需形状或者与所需相^^的形状，但大小 不同的多个平面片状纤维网块。将这些裁片定重心叠合起来，即可实现中间厚， 向周边逐渐减薄的结构要求，也便于控制各个护具之间的重量差异。 (5)模压成型
模具由模具专用铝合金制成。为了便于热气流通过，在模具上钻有若干直
径为0.5mm的孔眼，孔眼的密度为10个/mm2。上、下模具本身的加热是通过 在模具中安装加热管实现的。模具的温度和热气流的温度控制在150°C±3。加 热的时间为5min，压力12Mpa。孔眼直径0.5mm。热气流采用干热空气，以0.5Mpa 的压力喷入。
实施例二 一种摩托车服用护背的制备
所述另一种摩托车服用护肩，厚度比较均匀，正面带有凹槽。
1、 纤维原料的选用
热熔黏结纤维为黑色，10D的PP/PE皮芯复合纤维，皮层的聚乙烯的熔 点为130'C，而其芯层的聚酯PET的熔点则为170°C，长度在51mm，断裂强度 >4.2g/d，断裂伸长30%，用量70%。
被黏结纤维为黑色，30D单孔型三维巻曲中空涤纶，长度在51mm，断裂 强度》4.0g/d，断裂伸长29%，用量为30%。
2、 生产工艺流程是成网前准备一纤维梳理一成网一裁片和预赋型——模 压成型。
(1) 混合与开松在梳理成网之前，需要将被黏结纤维和热熔黏结纤维按 70/30的比例均匀混合。混合的方法采用六棉仓混棉机。将纤维混合均匀后，喂 入单打手开松机开松。
(2) 梳理成网采用盖板式梳理机梳理成网，纤维网的面积密度宜控制在 15g/m2。
(3) 纤维网铺叠为了使纤维网具有一定的纵横向强力和厚度，采取交叉 折叠铺网，使纤维网的定量达到2400g/m 纤维在纤维网中平行于纤维网平面。(4) 裁片和预赋型 根据所需的护背的形状裁剪纤维网。
(5) 模压成型
将裁剪好的纤维网放入钢模具中。为了皮层为共聚酯(熔点为10(TC 18(TC 左右)，或共聚酰胺(熔点为10(TC 18(TC左右)，或聚乙烯(熔点为130。C左右) 便于热气流通过，在模具上钻有若干直径为O.Smni的孔眼，孔眼的密度为20 个/mm2。上、下模具本身的加热是通过在上、下模具上中安装加热板实现的。 加热板采用油加热，模具的温度和热气流的温度控制在160°C±3。加热的时间 为5min，压力12Mpa。热气流分配孔直径8mm， 1个/cm2。热气流采用干热空 气，以2Mpa的压力喷入。
实施例三以热熔法非织造布为原料生产摩托车服用护背
所述摩托车服用护肩，厚度比较均匀，正面带有凹槽。
1、 热熔法非织造布原料的选用
热熔法非织造布用的热熔黏结纤维为黑色，10D的PP/PE皮芯复合纤维， 皮层的聚乙烯的熔点为130°C，而其芯层的聚酯PET的熔点则为17CTC,长度在 51mm，断裂强度^4.2g/d，断裂伸长30%，用量70%。
被黏结纤维为黑色，30D单孔型三维巻曲中空涤纶，长度在51mm，断裂 强度X0g/d，断裂伸长29%，用量为30%。
2、 生产工艺流程是热熔法非织造布一裁片——模压成型。
(1) 裁片和预赋型 根据所需的护背的形状裁剪热熔法非织造布。
(2) 模压成型
将裁剪好的热熔法非织造布放入钢模具中。为了便于热气流通过，在模具 上钻有若干直径为0.8mm的孔眼，孔眼的密度为20个/mm2。上、下模具本身的 加热是通过在上、下模具上中安装加热板实现的。加热板采用油加热，模具的 温度和热气流的温度控制在18(TC士3。加热的时间为5min，压力12Mpa。热气流分配孔直径8mm， l个/cm2。热气流采用干热空气，以2Mpa的压力喷入。 实施例四另一种摩托车服用护肩的制备
1、 纤维原料的选用
热熔黏结纤维为白色，1.2D的PET/COPET皮芯复合纤维，皮层的共聚 酯COPET的熔点为180°C，而其芯层的聚酯PET的熔点则为275°C，长度在 105mm，断裂强度》4.2g/d，断裂伸长200%，用量50%。
被黏结纤维为白色，20D单孔型三维巻曲中空涤纶，长度在85mm，断裂 强度》4.2§/山断裂伸长40%，用量为50%。
2、 生产工艺流程参见实施例一。 实施例五另一种摩托车服用护肩的制备
1、 纤维原料的选用
热熔黏结纤维为白色，1.2D的PET/COPET皮芯复合纤维，皮层的共聚 酯COPET的熔点为15(TC，而其芯层的聚酯PET的熔点则为275°C，长度在 105mm，断裂强度》4.2g/d,断裂伸长200%,用量15%。
被黏结纤维为白色，20D单孔型三维巻曲中空涤纶，长度在85mm，断裂 强度》4.2g/d，断裂伸长40%，用量为80%。
2、 生产工艺流程参见实施例一。 实施例六另一种摩托车服用护肩的制备
1、 纤维原料的选用
热熔黏结纤维为白色，20D的PET/COPET皮芯复合纤维，皮层的共聚酯 COPET的熔点为130°C，而其芯层的聚酯PET的熔点则为275°C，长度在25mm， 断裂强度》4.2g/d，断裂伸长200%，用量卯％。
被黏结纤维为白色，20D单孔型三维巻曲中空漆纶，长度在15mm，断裂 强度》1.5g/d，断裂伸长40%，用量为10%。
2、 生产工艺流程参见实施例一。
权利要求
1、一种复合材料，其特征在于，该复合材料的原料包括热熔黏结纤维和被黏结纤维，该热熔黏结纤维包括共聚酯、共聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯和热塑性聚氨酯；被黏结纤维为纺织纤维，所述的热熔黏结纤维和被黏结纤维在该复合材料中的重量含量分别为10％～100％和0％～90％。
2、 权利要求1所述的复合材料，其中，所述的热熔黏结纤维和/或被黏结纤 维的纤维细度在1.2D 20D，断裂强度》1.5g/d，热收縮率<20%。
3、 权利要求1所述的复合材料，其中，所述的热熔黏结纤维为由皮层和芯 层构成的皮芯结构的复合纤维。
4、 权利要求3所述的复合材料，其中，所述的皮层为共聚酯、共聚酰胺或 聚乙烯。
5、 权利要求1所述的复合材料，其中，所述的热熔黏结纤维和被黏结纤维 在该复合材料中的重量含量分别为15% 90%和10% 85%。
6、 一种运动护具，其采用权利要求1所述的复合材料经过混合与开松、梳 理成网、纤维网铺叠、裁片和预赋型以及模压成型的步骤制得。
7、 权利要求6所述的运动护具，其中，所采用的复合材料中的热熔黏结纤 维和被黏结纤维在该复合材料中的重量含量分别为15% 90%和10% 85%。
8、 权利要求6所述的运动护具，其中，所述的模压成型是利用模具加热产 生的温度使所述的热熔黏结纤维熔融继而与所述的被黏结纤维粘结。
9、 权利要求8所述的运动护具，其中，所述的利用模具加热产生的温度为 比热熔黏结纤维的熔点高5 5(TC的温度，且压力在0.1 20Mpa，使所述的热 熔黏结纤维熔融继而与所述的被黏结纤维粘结。
10、 权利要求9所述的运动护具，其中，所述的模具加热的方式包括在上、 下模具上安装单独加热装置，同时在模具的内腔体上钻有孔眼，通过该孔眼向 模具内装设的纤维层喷射高温的热气流，以使所述的纤维层的内部的纤维在较短的时间内被均匀地加热到设定的温度；所述的高温是比热熔黏结纤维的熔点 高5 50。C的温度，所述的热气流的压力1 20Mpa。
11、 权利要求10所述的运动护具，其中，所述的模具的内腔体上钻有的孔 眼的直径为0.1 3mm，孔眼的密度为1 20个/mm2。
12、 制备权利要求6所述的运动护具的方法，该方法包括采用权利要求l 所述的复合材料，经过混合与开松、梳理成网、纤维网铺叠、裁片和预赋型以 及模压成型的步骤制得所述的运动护具。
13、 权利要求12所述的制备方法，其中，该方法所采用的复合材料中的热 熔黏结纤维和被黏结纤维在该复合材料中的重量含量分别为15% 90%和 10% 85%。
14、 权利要求12所述的制备方法，其中，该方法所述的模压成型是利用模 具加热产生的温度使所述的热熔黏结纤维熔融继而与所述的被黏结纤维粘结。
15、 权利要求14所述的制备方法，其中，所述的模具加热的方式包括在 上、下模具上安装单独加热装置，同时在模具的内腔体上钻有孔眼，通过该孔 眼向模具内装设的纤维层喷射高温的热气流，以使所述的纤维层的内部的纤维 在较短的时间内被均匀地加热到设定的温度；所述的高温是为比热熔黏结纤维 的熔点高5 5(TC的温度，，所述的热气流的压力1 20Mpa。
16、 权利要求1所述的复合材料在制备运动护具中的应用。
全文摘要
本发明提供了一种复合材料，原料包括热熔黏结纤维和被黏结纤维，该复合材料可在抗冲击性能、透气性、重量和成形方面达到运动护具的要求；还提供一种由复合材料模压而成的运动护具以及该运动护具的制备方法，该运动护具具有透气性，从根本上解决了现有技术的护具透气性差、环保性差以及冲击吸收和冲击扩散难以兼顾的缺点。
文档编号D04H1/54GK101634084SQ20091016939
公开日2010年1月27日 申请日期2009年8月27日 优先权日2009年8月27日
发明者宏 王, 马建伟 申请人:泰安东升服装有限公司;马建伟