专利名称：一种防刺材料及其制造方法
技术领域：
本发明涉及功能材料技术，具体为一种防刺材料及其制造方法。
背景技术：
随着社会公共安全意识的增强，防护用品开始逐渐发展起来，尤其是安全执法的 一线人员，突发性的矛盾冲突会导致其受到刀具攻击的伤害。具有防刀具刺伤、割伤功能的 防刺材料，能够有效地防止此类伤亡事件发生。市场中现有的防刺服种类繁多，主要分为硬质和软质两种。硬质防刺服使用金属 丝、金属网、整块的金属板、陶瓷板等刚性材料实现防护功能。例如，中国专利CN92224871.0 报道，使用金属网作为防刺层，由一个金属圈套扣相邻四个金属圈的结构编织制成，用作防 刺背心和防刺手套的夹层；又如，中国专利CN90217733报道，由外套、防刺垫和防刺板组 成，其中作为核心的防刺板使用钢板纸制成。这种硬质的防刺材料虽然防护性能好，但存在 面密度大、灵活性差、穿着不舒适的缺点。软质防刺服主要采用芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维，将其织物、无纺布或经 涂层处理的织物制成防刺层，起到防刺的作用。例如，中国专利CN1727178A报道，在超高分 子量聚乙烯织物表面涂覆碳化硅等耐磨粒子，制成防刺材料；又如，中国专利CN1672917A 报道，将多层无纺布叠合后，在不低于IOMpa的压力下进行压制，然后在常温常压下逐层 剥离，在保证原序列的条件下重新进行叠合，制成可层间滑动的防刺材料，其中压制以在 10-12MPa压力下进行30-80分钟为佳；还如，中国专利CN1911126A和CNlOl 125040报道，使 用热塑性树脂，如聚氨酯、EVA和乳胶作为连接物，在150°C和lOkg/cm2压力下热压，将芳纶 织物粘合成整体，制成防刺材料。这种软质防刺材料(服装)虽然柔软，但防刺性能较差，为 达到较高的防刺性能，需要增大防刺层的厚度，因此穿着比较臃肿、不舒适。此外，2008年， 为进一步规范防刺材料的设计、生产与测试，中华人民共和国公安部发布了 GA 68-2008警 用防刺服标准，其中对刀具的硬度和尺寸、刀刃的锋利程度和背衬材料都做出了详细的规 定，测试条件更加严格，刚刚符合GA 68-2003标准的防刺材料基本达不到公安部新标准的 要求，换言之，要满足新标准要求，必须用更高的面密度，而这将使防刺材料柔软性变差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种防刺材料及其制造 方法，该防刺材料具有防刺性能优异、面密度较低、厚度较小、穿着较舒适的特点，用于人体 躯干部位的防护，可达到公安部《GA 68-2008警用防刺服》标准的要求。该制造方法具有工 艺先进、简单易行、金属模具可长时间反复使用的优点，大幅度减少了织物的用量，降低了 生产成本。本发明解决所述防刺材料技术问题的技术方案是设计一种防刺材料，其特征在 于该防刺材料包括防刺层和缓冲层两部分；防刺层部分位于防刺材料的上层，包括两层以 上的复合材料片层，每层复合材料片层均由规整的增强织物复合材料片以矩阵方式粘贴在机织物的表面上构成，相邻的复合材料片之间留有0. 5-1. 5mm的间隙；复合材料片层的层 间粘贴使用的胶黏剂构成粘合层，并把复合材料片层粘接为防刺层的整体，且相邻的两层 复合材料片层之间的复合材料片交错排列；缓冲层部分位于防刺材料的下层，由软质织物 组成，所述的软质织物包括一层以上的机织物、无纺布或机织三向织物，或者所述机织物、 无纺布和机织三向织物中的任意两种或三种织物的组合；缓冲层的织物层间无粘结，层间 可相对移动；防刺层和缓冲层按设计结构顺序铺放。本发明解决所述制造方法技术问题的技术方案是设计一种本发明所述防刺材料 的制造方法，该制造方法采用如下工艺先以增强织物做原料，采用RTM工艺制造复合材料 板；再按设计要求把复合材料板切割成复合材料片，然后按设计要求把复合材料片以矩阵 方式粘贴在机织物的表面上，制成一层复合材料片层；以同样方法制造另一层或另两层以 上的复合材料片层；然后把复合材料片交错排列的两层以上的复合材料片层的边缘缝合在 一起，制成防刺层整体；再按设计要求顺序铺放好缓冲层的软质织物；最后把所制得的防 刺层放置在所述软质织物的上面，即制成本发明所述防刺材料。本发明的有益效果是为克服传统硬质防刺材料硬度大、重量重，而软质防刺材料 防刺性能较差、面密度较大、厚度较厚的缺点，本发明防刺材料主要由网格状的复合材料片 组成的防刺层，具有高抗冲击剪切强度，足以抵挡GA68-2008标准规定刀具24J的冲击；胶 黏剂成膜柔软，弹性好，保证粘结有复合材料片的织物在网格相接处仍能弯曲，两层以上的 复合材料片交错排列，可有效地填补由于防刺材料随身体弯曲，复合材料片之间产生的空 隙，减少了薄弱点，达到要求的防刺材料厚度只有4-8mm，降低了传统防刺材料的厚度；软 质柔韧的缓冲层可有效地吸收剩余冲击能量，在较大程度上降低了钝伤的损害程度。本发 明防刺材料既有金属防刺材料优异的防刺性能，又有软质纤维织物防刺材料具有的轻质、 柔软的特点，并且大大降低了防刺材料的厚度，防刺性能符合GA 68-2008警用防刺服的标 准。
图1是本发明防刺材料制成的防刺服一种实施例形状示意图；图2是本发明防刺材料一种实施例的(5层)结构示意图；图3是本发明防刺材料一种实施例防刺层的复合材料片层交错排列结构示意图；图4是本发明防刺材料一种实施例的复合材料片层结构示意图；图5是本发明防刺材料制造方法一种实施例的工艺流程图。
具体实施例方式下面结合具体实施例及其附图对本发明作进一步的详细阐述本发明设计的防刺材料(参见图1-5)，其特征在于该防刺材料包括防刺层1和缓 冲层2两部分(参见图2)；防刺层1部分位于防刺材料的上层，包括两层以上的复合材料 片层3，每层复合材料片层3均由规整的增强织物复合材料片4以矩阵方式粘贴在机织物 6的表面上构成，相邻的复合材料片4之间留有0. 5-1. 5mm的间隙，复合材料片层3粘贴使 用的胶黏剂构成粘合层5，经边缘缝合把两层以上的复合材料片层3制成为防刺层1的整 体，且相邻的两层复合材料片层3之间的复合材料片4交错排列；缓冲层2部分位于防刺材料的下层，由软质织物组成，所述的软质织物包括一层以上的机织物、无纺布或机织三向织 物，或者所述机织物、无纺布和机织三向织物中的任意两种或三种织物的组合；缓冲层2的 织物层间无粘结也无缝合，层间可相对移动；防刺层1和缓冲层2按设计结构顺序铺放。本发明同时设计了本发明所述防刺材料的制造方法(简称制造方法，参见图5)， 该制造方法采用如下工艺先以增强织物做原料，采用RTM工艺制造复合材料板；再按设计 要求把复合材料板切割成复合材料片4，然后按设计要求把复合材料片4以矩阵方式粘贴 在机织物6的表面上，制成一层复合材料片层3;以同样方法制造另一层或另两层以上的复 合材料片层3 ；然后把复合材料片4交错排列的两层以上的复合材料片层3的边缘(织物) 缝合在一起，制成整体的防刺层1 ；再按设计要求铺放缓冲层2的软质织物；最后把制得的 防刺层1放置在缓冲层2的软质织物的上面，即制成本发明所述防刺材料。为清洁所制得的防刺材料也可装入包覆的衣套中。本发明所述的增强织物包括玻璃纤维织物、碳纤维织物或超高分子量聚乙烯织 物；优选超高分子量聚乙烯平纹织物；所述增强织物的纱线线密度为400D-1200D，优选为 400D-600D ；增强织物的经纬密为100-240根/10cm，优选160-240根/IOcm ；增强织物的层 数为3-8层，优选6-8层。本发明所述复合材料所用树脂选用热固性树脂，如环氧树脂、乙烯基酯树脂等，优 选乙烯基酯树脂，采用RTM工艺制成厚度为1. 5-2. 5mm的复合材料板，然后将复合材料板切 割成正方形、长方形、圆形或六边形等复合材料片；但优选10-30mmX10-30mm的正方形复 合材料片；所述的切割优选使用水切割的方式。所述粘贴涂覆的胶黏剂包括聚氨酯或聚丙 烯酸酯等，优选聚丙烯酸酯胶黏剂；将切割好的复合材料片紧密排列上述织物表面，制成复 合材料片层。防刺层优选为2层以上的复合材料片4，铺放时，使每层的复合材料片4之间 交错排列。缝合复合材料片层3织物的边缘部分，以限制其层间的相对滑动。缓冲层2由 一层以上的软质织物或柔性材料构成，具有冲击能量进一步缓冲作用。软质织物为1-6层 (优选3-5层)的机织物、无纺布或正交三向织物，或者所述的几种机织物、无纺布或正交三 向织物的任意叠层，这部分织物层间没有粘接也没有缝合，可自由叠放。最后把防刺层1和 缓冲层2按设计结构顺序铺放好即得。本发明防刺材料可方便地加工成防刺服(参见图1)或用具。
本发明未述及之处适用于现有技术。下面给出本发明的具体实施例具体实施例仅用于进一步了解本发明的目的、技 术内容、特点及其所达到的效果，并非用来限定本发明申请的权利要求保护范围。凡依据本 申请权利要求保护范围所述的形状、构造、材质、特征及精神所为，均是等同变化或修饰，均 应包括于本发明申请权利要求的保护范围之内。实施例1本实施例的防刺材料由防刺层1和缓冲层2构成。防刺层1的制作工艺是将6层平纹织物，放入厚度为2mm金属模具中，所述平纹 织物为纱线细度600D，经、纬密为168根/10cm，面密度为0. 177kg/m2的超高分子量聚乙烯 平纹织物；选用乙烯基酯树脂复合，使用RTM工艺制作成厚度为2mm的复合材料板，使用水 切割将所得复合材料板切割成20mmX20mm的复合材料片4 ；再选一层同样规格的平纹织 物，在一面涂覆一层厚度为0. 2mm聚氨酯胶黏剂，将切割好的复合材料片4以矩阵方式紧密排列在平纹织物6上，相邻的复合材料片4之间间隔Imm距离，然后在常温下放置6个小 时，使胶黏剂干燥，即制得一层复合材料片层3 ；以同样方法制作另一层复合材料片层3 ；把 两层复合材料片层3铺放在一起，并使两片层3上的复合材料片4交错排列然后把平纹织 物6的布边缘缝合在一起，限制其层间的移动。缓冲层2选用4层的超高分子量聚乙烯无 纺布，无纺布的厚度为2mm，面密度为0. 23kg/m2，层间无粘结或缝合，可自由移动。将防刺 层1放置在缓冲层2的上面，即制成本发明所述防刺材料。所得防刺材料为软质型防刺材料，面密度为7. 5kg/m2 ；按GA 68-2008标准(规定 材质、规格的标准刀具和背衬材料。下同)进行防刺测试，试样未被刺穿，达到标准要求。对比例1采用纱线细度为600D，经纬密为168根/10cm，面密度为0. 177kg/m2的超高分子量 聚乙烯平纹织物共60层，自由叠放，制成面密度为10kg/m2的防刺材料，同样按GA 68-2008 标准进行测试，防刺材料被刺穿。对比例2采用3层不锈钢丝平纹织物，不锈钢丝直径0. 178mm,经纬密220根/10cm，面密度 0. 97kg/m2 ；4层超高分子量聚乙烯平纹织物，纱线细度为600D，经纬密为168根/10cm，面密 度为0. 177kg/m2 ；22层超高分子量聚乙烯无纺布，面密度0. 225kg/m2，上述织物从上至下叠 放，层间无粘结，总面密度为8. 4kg/m2，按GA 68-2008标准进行测试，防刺材料被刺穿。对比例3采用3层不锈钢丝平纹织物，不锈钢丝直径0. 178mm,经纬密220根/10cm，面密度 0. 97kg/m2 ；4层超高分子量聚乙烯平纹织物，纱线细度为600D，经纬密为168根/10cm，面密 度为0. 177kg/m2 ；28层超高分子量聚乙烯无纺布，面密度0. 225kg/m2，上述织物从上至下叠 放，层间无粘结，总面密度为10kg/m2，按GA 68-2008标准进行测试，防刺材料未被刺穿，但 其厚度达到65mm。对比例4采用4层不锈钢丝平纹织物，不锈钢丝直径0. 178mm,经纬密220根/10cm，面密度 0. 97kg/m2 ；4层超高分子量聚乙烯平纹织物，纱线细度为600D，经纬密为168根/10cm，面密 度为0. 177kg/m2 ；22层超高分子量聚乙烯无纺布，面密度0. 225kg/m2，上述织物从上至下叠 放，层间无粘结，总面密度为9. 8kg/m2，按GA 68-2008标准进行测试，防刺材料被刺穿。对比例5采用5层不锈钢丝平纹织物，不锈钢丝直径0. 178mm,经纬密220根/10cm，面密度 0. 97kg/m2 ；4层超高分子量聚乙烯平纹织物，纱线细度为600D，经纬密为168根/10cm，面密 度为0. 177kg/m2 ；19层超高分子量聚乙烯无纺布，面密度0. 225kg/m2，上述织物从上至下叠 放，层间无粘结，总面密度为9. 8kg/m2，按GA 68-2008标准进行测试，防刺材料未被刺穿，但 厚度为47mm，穿着臃肿。下面表1为实施例1与对比例1-5材料防刺性能对比(测试标准按GA68-2008警 用防刺服标准执行)。表1实施例1与对比例1-5材料防刺性能对比表(冲击能量24J)序号面密度 (kg/m2)厚度(_)穿透深度 (mm)舒适性实施例17. 513未剌穿轻、薄，柔软对比例110.04510重、臃肿、硬对比例28.4483较重、臃肿、硬
对比例310. 065未刺穿重、臃肿、硬对比例49. 8463重、臃肿、硬对比例59. 847未刺穿重、臃肿、硬从上述实施例的比较可明确看出，本发明防刺材料，无论从防刺性能、重量、厚度 和穿着舒适性来说均优于现有技术产品。实施例2本实施例的防刺材料由防刺层1和缓冲层2构成。防刺层1的制作工艺是将一 层针织物放入厚度为2mm金属模具中，该针织物的纱线细度为600D，面密度为0. 3kg/m2的 玻璃纤维纬编双轴向针织物；树脂选用环氧树脂，使用RTM工艺制作成厚为2mm的复合材料 板，使用水切割将此复合材料板切割成30mmX30mm的复合材料片；再制造一层同样规格的 平纹织物6，在该织物的一面涂覆一层厚度为0. 2mm的聚氨酯胶黏剂，将切割好的复合材料 片4以矩阵方式紧密排列在平纹织物6上，复合材料片4之间的间距为1. 5mm,然后在常温 下放置6个小时，使胶黏剂干燥，即制得一层复合材料片层3。以同样方法制作另一层复合 材料片层3，然后把两层复合材料片层3的复合材料片4交错排列后缝合在一起，以限制层 间的移动。缓冲层1选用1层的三向正交机织物，厚度为6mm，面密度为0.9kg/m2。将防刺 层1放置在缓冲层2的上面，制成本发明所述的防刺材料。所得防刺材料为软质型防刺材料，面密度为7. 5kg/m2，按GA 68-2008标准进行防 刺测试，试样未被刺穿，达到标准要求。实施例3本实施例防刺材料由防刺层1和缓冲层2构成。防刺层1的制作工艺是将一层 针织物放入厚度为2mm金属模具中，该针织物为纱线细度为600D，面密度为0. 2kg/m2的超 高分子量聚乙烯纤维纬编双轴向针织物；树脂选用乙烯基酯树脂，并在树脂中添加20nm的 SiO2纳米粒子，其中纳米粒子的质量分数为4%，用来提高复合材料的硬度和冲击性能；使 用RTM工艺制作成厚为2mm的复合材料板，使用水切割将此复合材料板切割成20mmX 20mm 的复合材料片4，再选一层同样规格的平纹织物6，在一面涂覆一层厚度为0. 2mm聚氨酯胶 黏剂，将切割好的复合材料片4紧密排列在平纹织物6上，然后在常温下放置6个小时，使 胶黏剂干燥；即制得一层复合材料片层3。以同样方法制作另一层复合材料片层3 ；然后把 两片层3的复合材料片4交错排列后，把织物边缘缝合在一起，限制层间的移动。缓冲层1
7选用1层三向正交机织物中的一种高厚度织物，厚度为6mm，面密度为0. 9kg/m2。将防刺层 1放置在缓冲层2的上面，即制成本发明所述的防刺材料。 该防刺材料为软质防刺材料，面密度为5. 3kg/m2，按GA 68-2008标准进行测试，试 样未被刺穿，达到标准要求。
权利要求
一种防刺材料，其特征在于该防刺材料包括防刺层和缓冲层两部分；防刺层部分位于防刺材料的上层，包括两层以上的复合材料片层，每层复合材料片层均由规整的增强织物复合材料片以矩阵方式粘贴在机织物的表面上构成，相邻粘贴的复合材料片之间留有0.5 1.5mm的间隙；复合材料片层粘贴使用的胶黏剂构成粘合层，经边缘缝合把两层以上的复合材料片层制成防刺层的整体，且相邻的两层复合材料片层之间的复合材料片交错排列；缓冲层部分位于防刺材料的下层，由软质织物组成，所述的软质织物包括一层以上的机织物、无纺布或机织三向织物，或者所述机织物、无纺布和机织三向织物中的任意两种或三种织物的组合；缓冲层的织物层间无粘结或缝合，层间可相对移动；所述防刺层和缓冲层按设计结构顺序铺放。
2.根据权利要求1所述的防刺材料，其特征在于所述的增强织物为玻璃纤维织物、碳 纤维织物或超高分子量聚乙烯织物；所述增强织物的纱线线密度为400D-1200D ；经纬密为 100-240根/10cm，增强织物的层数为3_8层；所述软质织物1_6层。
3.根据权利要求1或2所述的防刺材料，其特征在于所述的增强织物优选超高分子量 聚乙烯平纹织物；所述增强织物的纱线线密度优选为400D-600D ；所述经纬密优选160-240 根/IOcm ；所述增强织物的层数优选6-8层；所述软质织物3-5层。
4.根据权利要求1或2所述的防刺材料，其特征在于所述的复合材料片为正方形、长方 形、圆形或六边形，厚度为1. 5-2. 5mm。
5.根据权利要求1或2所述的防刺材料，其特征在于所述的复合材料片为 10-30mmX 10_30mm的正方形复合材料片，厚度为2mm。
6.一种权利要求1-5任意一项所述的防刺材料的制造方法，该制造方法采用如下工 艺先以增强织物做原料，采用RTM工艺制造复合材料板；再按设计要求把复合材料板切割 成复合材料片，然后按设计要求把复合材料片以矩阵方式粘贴在机织物的表面上，制成一 层复合材料片层；以同样方法制造另一层或另两层以上的复合材料片层；然后把复合材料 片交错排列的两层以上的复合材料片层的边缘缝合在一起，制成防刺层整体；再按设计要 求顺序铺放好缓冲层的软质织物；最后把所制得的防刺层放置在所述软质织物的上面，即 制成本发明所述防刺材料。
7.根据权利要求6所述的防刺材料制造方法，其特征在于所述粘贴的胶黏剂包括聚氨 酯或聚丙烯酸酯。
8.根据权利要求6所述的防刺材料制造方法，其特征在于所述复合材料所用树脂选用 乙烯基酯树脂，并在树脂中添加20nm的SiO2纳米粒子，其中纳米粒子的质量分数为4%。
全文摘要
本发明公开一种防刺材料及其制造方法。该防刺材料包括防刺层和缓冲层；防刺层位于上层，包括两层以上的复合材料片层，每层复合材料片层均由规整的增强织物复合材料片以矩阵方式粘贴在机织物的表面上构成；经边缘缝合把两层以上的复合材料片层制成防刺层的整体，且相邻的两层复合材料片层之间的复合材料片交错排列；缓冲层位于下层，由软质织物组成，软质织物包括一层以上的机织物、无纺布或机织三向织物，或者所述机织物、无纺布和机织三向织物中的任意两种或三种织物的组合；缓冲层的织物层间无粘结或缝合，层间可相对移动；所述防刺层和缓冲层按设计结构顺序铺放。本发明同时设计了所述防刺材料的制造方法。
文档编号B32B7/12GK101922893SQ201010232589
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者焦亚男, 王东宁, 陈利 申请人:天津工业大学