一种喷涂成型的防护复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及防弹及防刺材料领域，尤其涉及一种喷涂成型的防护复合材料及其制备方法。

背景技术：

随着社会经济的发展，社会安全问题变得越来越突出，国家及个人越来越意识到安全防护的重要性。在警用方面，警察及其它保安团体不仅会遇到枪弹的伤害，而且还会受到目前日益增多的刀、匕首等锐器的威胁。目前普通的防弹背心无法充分满足广大公安干警对最终安全性的需求，也无法取得有益的防刺效果。而在民用方面，人们的生活水平不断提高，个人防护用品的种类也越来越多，防弹防刺服可以起到保护人身安全和财产安全的作用，所以防弹防刺服的市场需求巨大。

目前市场上主要存在硬质防刺服、柔性防刺服和液体防刺服这几类。如专利CN 99802570.4公开了一种防弹防刺材料，既能防枪弹又符合防刀具刺伤PSDB标准，以金属为基础构件，可以由相互紧锁的金属环或环与金属板的组合件构成；包含冲击能吸收材料、防刺伤材料辅助层及防射击组件。通过相互锁紧的金属环或环与金属板使刀具或弹丸钝化，然后由高强纤维组成吸能材料及防刺材料，用于吸收剩余能量。该防护材料金属环与金属板的组合件之间不可避免地存在防刺防弹薄弱部分，并有可能因弹丸与金属环、板撞击失稳发生“弹跳”而造成二次损伤。CN 200710122028.2公开了一种用剪切增稠液体浸渍在高强度纤维织物上、单层或多层叠加而制成的软质防弹防刺片，剪切增稠液体虽然质轻柔软，性能优异，但是成本较高，并且在存放过程中液体容易流动，防刺性能大打折扣。此外，专利CN 103358659 A公开了一种剪切增稠液/芳纶复合材料制备方法，其“通过多组滚轴挤压使剪切增稠液与芳纶纤维的充分复合，然后在复合材料表面喷涂二甲基硅油，制备的智能抗冲击材料具有常态柔软、冲击变硬特性、耐湿性能优良、抗冲击能力强的特点，但该复合材料存在耐热性能不好，并且长时间静置，剪切增稠液会出现分层，以及二甲基硅油起到了润滑作用，更容易子弹穿透复合材料等问题。因此，针对目前防护材料所存在的缺陷，如何研发一种穿着舒适、灵活、防护性能优异且成型高效、生产成本低的防护复合材料，成为本领域技术人员目前所亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明针对技术中所存在的软质防护材料的防弹功能低、又不具备有效防刺功能的技术问题，提供了一种喷涂成型的防护复合材料及其制备方法。

本发明提供了一种喷涂成型的防护复合材料的制备方法，其采用的技术方案是利用新型一体均匀喷涂技术将刚性粒子均匀涂覆在纤维织物表面，利用热熔胶膜或其它粘结剂热压定型来实现的；采用高效喷涂技术将刚性粒子的高硬度与纤维织物的高强度有机结合起来，刚性粒子材料可以磨蚀、钝化锐器尖部，减弱锐器的剪切力和穿透力，并且可以减速弹丸，吸收冲击能量，降低受冲击后的损伤程度，而纤维织物则可以起到支撑和缓冲的作用，形成对刀刺、弹头具有“软硬结合”特点的防御效果；利用新型高效的喷涂技术，可以使刚性粒子在纤维织物上分布均匀，厚度可控，提高生产效率，所生成的单层防护复合材料具有防切割、耐摩擦的特点，或多层复合防护材料进行叠层，可以达到警用防弹防刺服一级和二级，防刺能够达到GA68~2008《警用防刺服》标准24J能量不穿透，防弹可以阻止7.62mm手枪弹攻击。

本发明还提供了一种采用上述方法制备的喷涂成型的防护复合材料，该复合材料具有更高的防弹功能，同时兼有优异防刺性能，该刚性粒子喷涂形成防护涂层的防护复合材料可用于制备防弹防刺服，单独使用时具有防砍防割功能，多层叠合使用时，防刺效果更佳，并同时具有优异的防弹功能；与既有材料相比，能够在同等重量的情况下，有效提高防护能力；在同等防护级别下，有效减轻装备重量，减小厚度，降低成本。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的第一个方面是提供一种喷涂成型的防护复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）采用有机溶剂对高性能纤维织物进行表面处理，去除织物表面的浆料、蜡质及杂质，烘干备用；

（2）在烘干的高性能纤维织物上覆盖一层粘结材料并进行定位固定，使得高性能纤维织物与粘结材料之间无空隙；

（3）采用喷砂机在固定好的粘结材料的表面喷涂刚性粒子，使刚性粒子均匀分布在粘结材料表面，制得复合织物坯布；

（4）将上述复合织物坯布采用连续平板热压法进行热压处理，使粘结材料与高性能纤维织物充分复合，制得防护复合材料成品。

进一步地，所述高性能纤维织物选自原料玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维、高强尼龙纤维、涤纶纤维、棉纤维中的一种或几种纤维、纱线制成的织物。

进一步地，所述表面处理工艺为：将高性能纤维织物在有机溶剂中浸泡10min~60min，温度为30~60℃；优选地，所述浸泡20min~30min，温度为45~50℃，所述有机溶剂选自无水乙醇、丙酮、二甲基乙酰胺（DMAC）、甲基二异氰酸酯（TDI）中的一种或几种的混合物。

进一步地，所述粘结材料选自EVA胶膜、PA胶膜、PES胶膜、TPU胶膜、PUR胶膜、LDPE胶粉、EVA胶粉、PES胶粉、PA胶粉、PC胶水、PET胶水、ABS胶水或EVA胶水中的一种或几种；所述粘结材料的厚度为0.2~2mm，热压温度为130~180℃。

进一步地，所述刚性粒子选自氧化铝、氮化硅、铬刚玉、锆刚玉、碳化硅、金刚石、玻璃中的一种或几种的混合物，其粒径为20~500μm，优选为50~300μm，更有选为80~100μm。

进一步地，所述喷砂机的喷涂工艺为：喷头的移动速度为10mm~100mm/s，喷嘴均匀喷出刚性粒子，流量为10mm~50mm/s，喷洒范围为直径5~50mm的圆形区域，喷涂厚度为0.1~3mm。

优选地，所述喷头的移动速度为30mm~80mm/s，喷嘴均匀喷出刚性粒子，流量为30mm~40mm/s，喷洒范围为直径25~35mm的圆形区域，喷涂厚度为0.5~1.5mm。

更为优选地，所述喷头的移动速度为50mm/s，喷嘴均匀喷出刚性粒子，流量为35mm/s，喷洒范围为直径30mm的圆形区域，喷涂厚度为1.2mm。

进一步地，所述热压处理工艺为：在连续平板热压机上进行，热压温度为100~180℃，热压时间为5~40s；优选地，所述热压温度为120~160℃，热压时间为5~30s；更为优选地，所述热压温度为145~150℃，热压时间为15~20s。

进一步地，在所述高性纤维织物单面或双面涂覆所述粘结材料和刚性粒子，制得的所述防护复合材料的厚度为0.5~5mm；优选为0.8~3mm；优选为1~2.5mm；优选为1.2~2mm；更为优选地为1.5mm。

本发明的第二个方面是提供一种采用上述方法制备的喷涂成型的防护复合材料。

进一步地，所述喷涂成型的防护复合材料的厚度为0.5~5mm，优选为1~4mm，更有选为2~3mm。

进一步地，所述喷涂成型的防护复合材料为双面涂覆所述粘结材料和刚性粒子，其厚度为1~6mm，优选为3~5mm，更有选为4mm。

本发明的第三个方面是提供一种所述的喷涂成型的防护复合材料制备成的防护内芯在防刺服、防弹衣及防切割手套、护具产品中的应用。

在使用本发明的喷涂成型的防护复合材料时，将1~50层复合材料片材按照一定角度交错叠层，层与层之间组成和结构相互独立、互不干扰；单层使用时，轻便柔软，活动灵活，具备良好的防切割及耐摩擦的效果；多层叠加复合，可以达到GA68-2008《警用防刺服》24J能量不穿透，而且能够达到GA141-2010《警用防弹衣》标准二级和三级。使用高性能纤维织物材料时，还可以起到阻燃作用，并且在复合涂层表面还可以涂覆装饰性涂层或功能性涂层，以达到美观、隐身、防辐射等效果；发明涉及的防护防护材料具有优异的防刺防弹性能，与传统材料相比，可大幅度减小成本，降低重量，提高生产效率，提高防护能力。

本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明采用新型的高效喷涂技术将刚性粒子的高硬度与纤维织物的高强度有机结合起来，性能优异，成型高效，污染少；喷涂的刚性粒子材料可以磨蚀、钝化锐器尖部，并且可以减速弹丸，降低受冲击后的损伤程度，而纤维织物则可以起到支撑和缓冲的作用，具有“软硬结合”的防御效果；且刚性颗粒价格低廉，原料来源广泛，生产成本低；采用的连续平板热压机具备自主监测和控制系统，可以实现连续化生产，效率高，产品性能优异。

附图说明

图1为本发明一种喷涂成型的防护复合材料的正面示意图；

图2为本发明一种喷涂成型的防护复合材料的截面示意图。

具体实施方式

如图1~2所示，本发明提供了一种喷涂成型的防护复合材料，该复合材料包括高性能纤维织物1、热熔胶膜等粘结材料2及通过喷涂技术涂覆在纤维织物表面的刚性粒子涂层3。

本发明还提供了一种喷涂成型的防护复合材料的制备方法，其主要生产工艺为：首先利用丙酮等有机溶剂对高性能纤维织物进行表面处理，去除织物表面的浆料、腊质及杂质，完成后将织物烘干备用；然后将织物表面覆盖一层粘结材料，并进行定位固定，保证粘结材料与织物间没有空隙，并且在后续工艺中不会变形或错位；然后将织物与热熔胶膜等粘结材料固定牢固，使用喷砂机器在粘结材料表面喷涂刚性粒子颗粒，控制喷砂机的喷头流速、喷涂时间、喷涂厚度等工艺参数，使刚性粒子在粘结材料表面分布均匀，厚度适当；最后进行热压工艺，采用连续平板热压法进行连续化生产，利用履带传输将覆有刚性颗粒的织物由喷砂车间传送到热压车间，调节连续平板热压机的热压温度及压力及履带的传输速度，使粘结材料与纤维织物和刚性粒子充分复合，刚性粒子分布均匀，制备出一种新型柔性防刺割、抗穿刺及防弹功能的防护复合材料材料。

下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。

实施例1

采用芳纶1414机织布，面密度为200g/m²，厚度为0.34mm，经纬密度为110*110/（根/10cm），纱线线密度为930D。采用的热熔胶膜为PES胶膜，厚度为0.25mm；选用碳化硅作为刚性粒子材料，粒径为80μm；喷砂机的喷头的移动速度为18mm/s，喷嘴均匀喷出刚性粒子，流量为20mm/s，喷洒范围为直径50mm的圆形区域，喷涂厚度为0.4mm。连续平板热压机的热压温度为150℃，热压时间为15s。

本实施例的刚性粒子涂层复合防护材料的制备过程如下:

（1）利用有机溶剂对芳纶1414机织布进行表面处理，去除织物表面的浆料、腊质及杂质，完成后将织物烘干备用；

（2）然后将织物铺放平整，在表面覆盖一层PES胶膜，固定好PES胶膜，保证PES胶膜与芳纶1414机织布间没有空隙，并且在后续工艺中不会变形或错位；

（3）采用喷砂机器在PES胶膜表面喷涂碳化硅颗粒，控制喷砂机的喷头流速、喷涂时间、喷涂厚度等工艺参数，使碳化硅颗粒在PES胶膜表面分布均匀，厚度一致；

（4）将材料从喷砂车间取出，在连续平板热压机上加压加热，使芳纶1414机织布和碳化硅颗粒充分粘合成型，碳化硅颗粒分布均匀，制备出柔软灵活、防弹防刺性能优异的刚性粒子涂层防护复合材料。

（5）采用13层芳纶涂层防护复合材料进行叠层固定，经过裁剪制成防护内芯，用这种防护内芯制备的0.3m²防弹防刺服，可以达到GA68-2008警用防刺服24J能量不穿透，而且达到GA141-2010警用防弹衣2级，重量为2.2kg，厚度为7.6mm。

实施例2

采用玻璃纤维机织布，面密度为240g/m²，厚度为0.4mm，经纬密度为85*85/（根/10cm），纱线线密度为1600D。采用的热熔胶膜为PA胶膜，厚度为0.3mm；选用锆刚玉作为刚性粒子材料，粒径为100μm；喷砂机的喷头的移动速度为16mm/s，喷嘴均匀喷出刚性粒子，流量为20mm/s，喷洒范围为直径50mm的圆形区域，喷涂厚度为0.5mm。连续平板热压机的热压温度为165℃，热压时间为20s。

本实施例的刚性粒子涂层复合防护材料的制备过程如下:

（1）采用有机溶剂对玻璃纤维机织布进行表面处理，去除织物表面的浆料、腊质及杂质，完成后将织物烘干备用；

（2）然后将织物铺放平整，在表面覆盖一层PA胶膜，固定好PA胶膜，保证PA胶膜与玻璃纤维机织布间没有空隙，并且在后续工艺中不会变形或错位；

（3）采用喷砂机器在PA胶膜表面喷涂锆刚玉颗粒，控制喷砂机的喷头流速、喷涂时间、喷涂厚度等工艺参数，使锆刚玉颗粒在PA胶膜表面分布均匀，厚度一致；

（4）将材料从喷砂车间中取出，在连续平板热压机上加压加热，使玻璃纤维机织布和锆刚玉颗粒充分粘合成型，锆刚玉颗粒分布均匀，制备出柔软灵活、防弹防刺性能优异的刚性粒子涂层防护复合材料。

（5）采用16层玻纤涂层防护复合材料进行叠层固定，经过裁剪制成防护内芯，用这种防护内芯制备的0.3m²防弹防刺服，可以达到GA68-2008警用防刺服24J能量不穿透，而且能够满足标准所规定的各项指标要求，重量为2.4kg，厚度为9.2mm。

实施例3

采用玄武岩纤维机织布，面密度为180g/m²，厚度为0.28mm，经纬密度为130*130/（根/10cm）未知，纱线线密度为600D。采用的热熔胶膜为PUR胶膜，厚度为0.3mm；选用氧化铝作为刚性粒子材料，粒径为60μm；喷砂机的喷头的移动速度为16mm/s，喷嘴均匀喷出刚性粒子，流量为24mm/s，喷洒范围为直径50mm的圆形区域，喷涂厚度为0.2mm。连续平板热压机的热压温度为150℃，热压时间为25s。

本实施例的刚性粒子涂层复合防护材料的制备过程如下:

（1）利用有机溶剂对玄武岩纤维机织布进行表面处理，去除织物表面的浆料、腊质及杂质，完成后将织物烘干备用；

（2）然后将织物铺放平整，在表面覆盖一层PUR胶膜，固定好PUR胶膜，保证PUR胶膜与玄武岩纤维机织布间没有空隙，并且在后续工艺中不会变形或错位；

（3）采用喷砂机器在PUR胶膜表面喷涂氧化铝颗粒，控制喷砂机的喷头流速、喷涂时间、喷涂厚度等工艺参数，使氧化铝颗粒在PUR胶膜表面分布均匀，厚度一致；

（4）将材料从喷砂车间中取出，在连续平板热压机上加压加热，使PUR胶膜与玄武岩纤维机织布和氧化铝颗粒充分复合，氧化铝颗粒分布均匀，制备出柔软灵活、防弹防刺性能优异的刚性粒子涂层防护复合材料。

采用单层该涂层防护复合材料进行加工裁剪，可以制备防切割护臂，防割性能可以达到欧洲EN388防割性能5级，并且柔软灵活，佩戴方便。以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。