专利名称：防弹头盔盔体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种防弹头盔盔体及其制备方法。
背景技术：
从战争的对抗性来讲，防弹装备是与子弹类武器相伴相生的必然产物。目前，常规武器发展迅速，对单兵的威胁等级逐步提闻，为提闻单兵的防弹生存能力和战场移动能力，必须发展轻质高效的防弹复合材料体系。金属防弹头盔的缺点是盔体的质量较大，佩戴不灵活，严重影响了士兵战术动作的发挥。而采用高性能纤维，如芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维，通过机械编织获得织物制备的防弹头盔，纤维的力学性能在织造过程中受到剑杆穿梭的影响较大，使得纤维的强度受到一定损失，从而影响头盔制成品的防弹性能。
多轴向经编技术是近年来由德国LIBA公司和KARL MAYER公司分别在各自的经编机型上发展起来的一种新型多头衬纬编织技术。由该技术所制备的多轴向经编织物，在0°、90°和±0 (30° ( 0 <90° )都衬有增强纱线，多层纱片由经平组织或编链组织绑缚在一起。因此，多轴向经编织物是一种多层织物。纤维铺设在面内不同方向(衬纱系统)以及沿厚度方向(绑缚系统)形成由纤维束构成的三维网络整体结构。利用这种技术，平行伸直、无卷曲的纱线(即纤维束)垂直或以所需的角度被引入织物结构中，实现最有效的结构预设计定向增强。在结构稳定性、力学特性、经济性上，多轴向经编织物都具有普通机织物无可比拟的优势。多轴向经编增强织物用于工业复合材料领域的显著特点是结构设计灵活，各向同性的抗应力与应变性能，较高的抗撕裂传递性和良好的适形性。它主要是克服了传统铺层结构层间无联系，剪切强度差，易分层的缺陷；同时也避免了机织物纱线屈曲，强力利用率低，纤维损伤大的缺点，使增强纱线的力学性能得到充分利用。此外，多轴向经编技术还具有生产效率高，技术工艺简单，机械化程度高等优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种防弹头盔盔体及其制备方法。本发明提供的一种织物，由层与层之间覆有胶膜的片层状经编织物组成。上述织物中，构成所述片层状经编织物的纱线选自聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维和玻璃纤维中的至少一种；其中，所述聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的线密度为60(Tl600D，纤维束均由300^1000根单纤维组成，拉伸强度为2. 8 3. 6GPa，拉伸模量为67 179GPa ；所述超高分子量聚乙烯纤维的线密度为20(T2000D，纤维束均由20(T800根单纤维组成，拉伸强度为2. 2^3. 8GPa，拉伸模量为67 130GPa ；所述碳纤维为f 50K的纤维束，拉伸强度为3. 5^6. 4GPa，拉伸模量为230 580GPa ；
所述玻璃纤维的拉伸强度为2. 7^3. OGPa,拉伸模量为72 88GPa ；构成所述胶膜的材料选自聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯、酚醛树脂和聚乙烯醇缩醛中的至少两种；每层上所覆所述胶膜的质量占所述每层片层状经编织物质量的百分含量为8 16% ；每层片层状经编织物的面密度为10(T250g/m2 ；所述片层状经编织物总的面密度为30(T2500g/m2 ；编织角度选自-45°、0。、45。和90。中的至少两种；缝编线的材质选自尼龙和超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种；所述编织线的线密度为4(T80D，编织线间的距离为3 7mm，编链长度为2飞mm。
本发明提供的制备所述织物的方法，包括如下步骤将纱线通过多轴向经编机编织成片层状经编织物后，将所得片层状经编织物和覆有胶膜的离型纸进行热压，得到所述织物。上述方法的所述编织步骤中，所用设备为多轴向经编机。所述编织步骤如图I所示，具体可为I)纱线整经。纱线经检验合格后进入整经，整经纱线卷绕成特定头份数和米长的盘头(整经车间要求恒温恒湿，整经穿纱顺序为张力盘、瓷眼、张力瓷柱、传动臂瓷圈、托纱棒瓷眼、断纱自停、接触片眼、集丝板瓷眼、分纱针、张力罗拉、毛仪、分纱针、贮纱分纱针、力口油器、人字筘分纱针、盘头卷绕)，经检验合格后进入经编织造。2)经编织造。织造根据“织造工艺单”上轴(把规定盘头架在经编机上)、分纱、穿纱。上轴的同时也上经、纬纱(把增强纤维无捻粗纱按工艺要求放在规定纱架上)，经纱穿纱经过各道瓷眼、分纱板、过渡辊、分纱板、衬经片、牵拉辊，纬纱穿纱经过各道瓷眼、张力片、过渡辊、恒张力控制装置、铺纬小车、分纱瓷眼、分纱针板、纬纱耙，0°细纱穿纱经过细纱纱架、各道瓷眼、过渡辊、分纱板、牵拉辊，90°细纱穿纱经过细纱纱架、各道瓷眼、张力片、过渡辊、恒张力控制装置、铺纬小车、分纱瓷眼、分纱针板、纬纱耙。捆绑纱、经纱、纬纱、细纱全部穿好后平车，平好车后经检验合格后正常开车。上述本发明提供的织物在制备抗冲击材料和/或减震材料中的应用及含有所述织物的抗冲击材料和/或减震材料，也属于本发明的保护范围。其中，所述抗冲击材料为防弹材料，优选防弹头盔；所述减震材料为防弹材料，优选防弹头盔。本发明提供的制备防弹头盔盔体的方法，包括如下步骤将前述本发明提供的所述织物裁剪后将所得覆有胶膜的片层状经编织物置于盔型模具上模压得到所述防弹头盔盔体。所述裁剪步骤中，裁剪的形状为风叶轮形状。裁剪后的尺寸可依据盔型模具的尺寸而定。所述模压步骤中，模压设备为四柱液压机，压力为5 15MPa，温度为ll(Tl7(TC，成型时间为12 30min。在模压后，还可将体系冷却至40°C开模，对盔体进行修边和表面处理。所述成型模具为盔型模具。上述方法制备得到的防弹头盔盔体及含有上述防弹头盔盔体的抗冲击材料和减震材料中的至少一种以及该防弹头盔盔体在制备抗冲击材料和减震材料中的至少一种中的应用，也属于本发明的保护范围。其中，所述抗冲击材料为防弹材料，优选防弹头盔；所述减震材料为防弹材料，优选防弹头盔。本发明提供的防弹头盔的盔体，在材料结构设计上，采用国际上先进的多轴向经编技术将高性能纤维编织而成。这种多轴向经编织物与传统的机织物相比，由于多轴向织物没有经纬向纱线的弯曲，从而更有利于能量的快速传播，而且捆绑纱线的作用提高了织物层间性能，不仅使能量在单层平面内传播，而且可沿纵向传播，从而有效提高了织物的抗冲击性能。另外，这种新型防弹头盔的盔体材料，由多种经编织物混编组成，从而使该盔体在满足使用要求的前提下，生产成本可有效降低。
图I片层状多轴向经编织物编织过程。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。 本发明提供的制备防弹头盔盔体的方法，具体包括如下步骤(一)覆有胶膜的多轴向经编织物的编织将对位芳纶纱线和尼龙缝编线分别按照预先设定的编织角度、织入顺序、缝编线间距和编链长度进行编织得到片层状多轴向经编织物。然后将经编织物和覆有酚醛树脂-丙烯酸树脂胶膜的离型纸一起通过热压辊，通过热压辊将胶膜转移到单层织物的表面上，得到覆有胶膜的多轴向对位芳纶经编织物。(二)盔体模压成型方法将编织好的片层状对位芳纶织物，按照头盔模具的大小，经过裁剪叠合后置于模具的凹、凸模之间。启动四柱液压机使凸模缓慢下行，将片层状对位芳纶织物压入凹模型腔中，模具在盔体上形成的压力为lOMPa，模具温度为170°C，保压时间为30min，然后将模具冷却至40°C开模，对盔体进行修边、表面处理后即可本发明提供的防弹头盔盔体。实施例I(一)多轴向经编织物的编织(I)机器参数设备多轴向经编机；幅宽1. 27m ;带有纬纱衬入系统和增强纤维衬入装置( 2 )原料(基层织物)斜向衬纱+45° 1000D对位芳纶(也即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)织物衬纬纱90° : 1000D对位芳纶(也即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)织物斜向衬纱-45° 1000D对位芳纶(也即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)织物缝编线40D尼龙(3)组织地组织编链织入顺序增强纤维/+45° /90° /-45° //(4)织物参数缝编线间的距离为3mm，编链长度2mm ;每层片层状经编织物的面密度为250g/m2 ;片层状织物总的面密度800g/m2 ；将对位芳纶(也即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)纱线和尼龙缝编线分别按照预先设定的编织角度、织入顺序、缝编线间距和编链长度进行编织得到片层状多轴向经编织物。然后将经编织物和覆有酚醛树脂-丙烯酸树脂胶膜的离型纸一起通过热压辊，通过热压辊将胶膜转移到单层织物的表面上，得到覆有胶膜的多轴向对位芳纶经编织物，其中每层经编织物上所覆胶膜的质量为单层经编织物质量的10%。(二)盔体模压成型方法将编织好的片层状芳纶织物，按照头盔模具的大小，经过裁剪成风叶轮形状叠合后置于模具的凹、凸模之间。启动四柱液压机使凸模缓慢下行，将片层状芳纶织物压入凹模型腔中，模具在盔体上形成的压力为lOMPa，模具温度为110°C，保压时间为30min，然后将模具冷却至40°C开模，对盔体进行修边、表面处理后即可本发明提供的防弹头盔盔体。与传统铺层结构相比，本发明所制备的防弹头盔盔体对子弹冲击具有更好的抗撕 裂传递性，相同条件下的靶击实验测试(9mm巴拉贝鲁姆手枪弹)结果表明，本发明所制备的防弹头盔盔壳内产生的凹陷深度和凹陷直径值明显减小，靶击测试结果如下表I所示表I、革巴击对比实验测试结果
蓝体成型结构射序I I I 2 I 3 I 4 I 5
々从a似姑#仏盔体凹陷深度/mm 15^6 173 9J 132 13.8
多咖经编结构難凹随
盔体凹陷深度/mm 17.2 19.1 12.1 14.1 15.2 P[盜体凹陷直径/mm 25.7 34.2 24.8 23.2 28.2由表可知，采用本发明所制备的防弹头盔盔体具有更好的防弹效果。实施例2(一)多轴向经编织物的编织(I)机器参数设备多轴向经编机；幅宽1. 27m ;带有纬纱衬入系统和增强纤维衬入装置( 2 )原料(基层织物)斜向衬纱+45 ° :600D对位芳纶织物斜向衬纱-45° :1000D超高分子量聚乙烯纤维织物缝编线80D超高分子量聚乙烯纤维(3)组织地组织编链织入顺序增强纤维/+45° /-45° //(4)织物参数缝编线间的距离为7mm，编链长度5mm ;每层片层状经编织物的面密度为200g/m2 ;片层状织物总的面密度500g/m2 ；将对位芳纶纱线和尼龙缝编线分别按照预先设定的编织角度、织入顺序、缝编线间距和编链长度进行编织得到片层状多轴向经编织物。然后将经编织物和覆有酚醛树脂-丙烯酸树脂胶膜的离型纸一起通过热压辊，通过热压辊将胶膜转移到单层织物的表面上，得到覆有胶膜的多轴向对位芳纶经编织物，胶膜质量为单层经编织物质量的16%。(二)盔体模压成型方法将编织好的片层状芳纶织物，按照头盔模具的大小，经过裁剪成风叶轮形状叠合后置于模具的凹、凸模之间。启动四柱液压机使凸模缓慢下行，将片层状芳纶织物压入凹模型腔中，模具在盔体上形成的压力为5MPa，模具温度为110°C，保压时间为20min，然后将模具冷却至40°C开模，对盔体进行修边、表面处理后即可本发明提供的防弹头盔盔体。与传统铺层结构相比，本发明所制备的防弹头盔盔体对子弹冲击具有更好的抗撕裂传递性，相同条件下的靶击实验测试(9mm巴拉贝鲁姆手枪弹)结果表明，本发明所制备的防弹头盔盔壳内产生的凹陷深度和凹陷直径值明显减小，靶击测试结果如下表2所示表2、靶击对比实验测试结果
权利要求
1.一种织物，由层与层之间覆有胶膜的片层状经编织物组成。
2.根据权利要求I所述的织物，其特征在于构成所述片层状经编织物的纱线选自聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维和玻璃纤维中的至少一种； 其中，所述聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的线密度为60(Tl600D，纤维束均由30(Tl000根单纤维组成，拉伸强度为2. 8^3. 6GPa，拉伸模量为67 179GPa ； 所述超高分子量聚乙烯纤维的线密度为20(T2000D，纤维束均由20(T800根单纤维组成，拉伸强度为2. 2^3. 8GPa，拉伸模量为67 130GPa ； 所述碳纤维为I 50K的纤维束，拉伸强度为3. 5 6. 4GPa，拉伸模量为23(T580GPa ； 所述玻璃纤维的拉伸强度为2. I、. OGPa，拉伸模量为72 88GPa ； 构成所述胶膜的材料选自聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯、酚醛树脂和聚乙烯醇缩醛中的至少两种；每层上所覆所述胶膜的质量占所述每层片层状经编织物质量的百分含量为.8 16% ； 每层片层状经编织物的面密度为10(T250g/m2 ； 所述片层状经编织物总的面密度为30(T2500g/m2 ； 编织角度选自-45°、0°、45°和90°中的至少两种； 缝编线的材质选自尼龙和超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种； 所述编织线的线密度为4(T80D，编织线间的距离为3 7mm，编链长度为2 5mm。
3.一种制备权利要求1-2任一所述织物的方法，包括如下步骤将纱线通过多轴向经编机编织成片层状经编织物后，将所得片层状经编织物和覆有胶膜的离型纸进行热压，得到所述织物。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述编织步骤中，所用设备为多轴向经编机。
5.权利要求1-2任一所述织物在制备抗冲击材料和/或减震材料中的应用； 含有权利要求1-2任一所述织物的抗冲击材料和/或减震材料。
6.根据权利要求5所述的应用或材料，其特征在于所述抗冲击材料为防弹材料，优选防弹头盔；所述减震材料为防弹材料，优选防弹头盔。
7.一种制备防弹头盔盔体的方法，包括如下步骤将权利要求1-2任一所述织物裁剪后将所得覆有胶膜的片层状经编织物置于盔型模具上模压得到所述防弹头盔盔体。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述裁剪步骤中，裁剪的形状为风叶轮形状； 所述模压步骤中，模压设备为四柱液压机，压力为5 15MPa，温度为11(T17(TC，成型时间为12 30min ； 所述成型模具为盔型模具。
9.权利要求6-7任一所述方法制备得到的防弹头盔盔体。
10.含有权利要求9所述防弹头盔盔体的抗冲击材料和减震材料中的至少一种； 权利要求9所述防弹头盔盔体在制备抗冲击材料和减震材料中的至少一种中的应用； 所述抗冲击材料为防弹材料，优选防弹头盔；所述减震材料为防弹材料，优选防弹头
全文摘要
本发明公开了一种防弹头盔盔体及其制备方法。该防弹头盔的制备方法包括将纱线编织成片层状经编织物后，将所得片层状经编织物和覆有胶膜的离型纸进行热压，得到层与层之间覆有胶膜的裁剪，将所得裁剪后的覆有胶膜的片层状经编织物置于盔型模具上模压得到所述防弹头盔盔体。这种新型防弹头盔在盔体材料的结构设计上，由于采用了先进的多轴向经编技术和混编技术，从而使得该防弹头盔的盔体与相同材质的盔体相比具有更好的抗冲击性能。该防弹头盔的盔体具有质量轻、强度高、抗冲击性能好、成本低等特点。
文档编号B32B5/26GK102806716SQ201210168408
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者张建春, 马天, 张涛, 谈昆仑, 刘黎明, 张华 , 郝新敏, 高鹏刚, 沈凤川 申请人:中国人民解放军总后勤部军需装备研究所, 常州市宏发纵横新材料科技股份有限公司