专利名称:一种防弹防刺服及其制备方法
技术领域：
本发明涉及安全防护领域，特别涉及一种防弹防刺服及其制备方法。
技术背景
安保工作人员在执勤过程中要面临很多危急情形，如遭遇子弹袭击或匕首刺伤等。为了确保安保工作人员在与犯罪分子的搏斗中的生命安全，为安保工作人员提供具有防弹防刺性的服装用以能抵御外来侵袭，对维护社会公共秩序的具有重要意义。
现有多种防刺服或防弹服，如申请号为97108879. 9的中国专利公开了一种复合防弹衣，该防弹衣的基础防弹材料部分至少包括图瓦隆、迪尼玛、空气泡塑料层和聚乙烯板。此种防弹材料虽具有一定的防弹效果，但是其防刺穿性较弱，难以抵御匕首等利刃的袭击。公开号为CN101357010A的中国专利公开了一种软质防刺鞋垫的制作方法，在该专利中，防刺面料的制备过程是先制备PE短纤，将PE短纤针刺成无纺布后用胶粘剂涂层，将PE 机织布浸泡胶粘剂，最后将一层或多层的PE无纺布和一层或多层的PE机织布复合热压成型。此种防刺面料虽具有较好的防刺效果，但是很明显，此种材料无法抗冲击性不足，难以将其应用于防弹材料领域。
因此，需要提供一种兼具防刺与防弹性能的服装，用以确保安保工作人员的人身安全。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种防弹防刺服及其制备方法，该防弹防刺服具有较高的抗冲击性和抗切割性，具备防刺和防弹的综合性能。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种防弹防刺服的制备方法，包括
将超高分子量聚乙烯纤维均勻铺展并预热；
在预热后的超高分子量聚乙烯纤维上涂覆胶粘剂并干燥，制得面密度为135g/cm2 的单层无纬布；
取36层上述单层无纬布互相叠加，相邻无纬布中纤维呈0° /10°排列，将上述36 层无纬布与1层钛合金片热压复合，得到复合层；
将所述复合层与2层钛合金片进行叠加，复合层形成外层，与复合层相邻的钛合金片形成中间层，另一层钛合金片形成内层，复合层的钛合金面与中间层相接触。
优选的，所述超高分子量聚乙烯纤维的弹性模量为500g/d 650g/d。
优选的，所述钛合金为Ti-6A1_4V或Ti-5A1_2. 5Sn。
优选的，所述胶粘剂包括6wt% 20wt%的环氧树脂、5wt% 10衬％的氯丁橡胶、2wt% 5wt%的聚苯乙烯二嵌段共聚体、0. 5wt% 1. 5wt%的增塑剂和余量的溶剂。
优选的，在将复合层的边缘与2层钛合金片的边缘进行叠加之前，还包括
优选的，所述隔热层包括70wt% 80衬％的有机硅树脂、IOwt % 15wt%的二氧化锆和8wt% 12wt%的硅酸铝粉。[0016]优选的在复合层的无纬布层一面进行打蜡处理。
相应的，本发明还提供一种防弹防刺服，由外至内依次包括复合层、中间钛合金片和内层钛合金片，所述复合层由外至内依次包括36层面密度为135g/cm2的无纬布和1 层钛合金片，相邻无纬布中纤维呈0° /10°排列。
优选的，所述无纬布中的胶粘剂包括6wt % 20wt %的环氧树脂、5wt % 10wt%的氯丁橡胶、2wt% 5wt%的聚苯乙烯二嵌段共聚体、0. 5wt% 1. 5衬％的增塑剂和余量的溶剂。
优选的，所述中间钛合金片表面涂覆隔热层，所述隔热层包括70wt% 80wt% 的有机硅树脂、10wt% 15wt%的二氧化锆和8wt% 12wt%的硅酸铝粉。
优选的，所述复合层的无纬布层一面涂覆蜡层。
本发明提供一种防弹防刺服及其制备方法，现对于现有的防刺服或防弹服，本发明提供的防弹防刺服中的复合层具有较高的抗切割性和抗冲击性，中间层钛合金片和内层钛合金片用于进一步提高防弹性能，使其足以抵御多次袭击。经过测试证明本发明提供的防弹防刺服具有优异的防弹防刺综合性能，符合警用反弹衣和防刺衣的标准，并且本发明提供的防弹防刺衣质量较轻，不对着装人员的行动造成阻碍。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求
的限制。
本发明实施例公开了一种防弹防刺服的制备方法，包括
a)、将超高分子量聚乙烯纤维均勻铺展并预热；
b)、在预热后的超高分子量聚乙烯纤维上涂覆胶粘剂并干燥，制得面密度为135g/ cm2的单层无纬布；
C)、取36层上述单层无纬布互相叠加，相邻无纬布中纤维成0° /10°排列，将上述36层无纬布与1层钛合金热压复合，得到复合层；
d)、将所述复合层与2层钛合金片进行叠加，复合层形成外层，与复合层相邻的钛合金片形成中间层，另一层钛合金片形成内层，复合层的钛合金面与中间层相接触。
超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)，又称高强高模聚乙烯(HSHMPE)纤维或伸长链 (ECPE)聚乙烯纤维，是指相对分子质量在(1 6) X IO6的聚乙烯经过纺丝-拉伸之后制成的超高分子量聚乙烯纤维。超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料与其他纤维增强复合材料相比具有较高的耐冲击性，比能量吸收大，具有突出的抗切割性，并且超高分子量聚乙烯纤维的密度较低，约为0. 97g/cm3,因而由此纤维制备的增强复合材料质轻，特别适合用于加工制备防御服。为了使防弹防刺服具有较好的抗冲击性能，本发明优选选用弹性模量为 500g/d 650g/d的超高分子量聚乙烯纤维。
对于超高分子量聚乙烯纤维的纺丝方法，优选为凝胶纺丝法，例如可按照专利 GB2042414或W001/73173中所描述的凝胶纺丝工艺制备，具体如制备具有高特性黏度的线性聚乙烯溶液，将该溶液在高于溶解温度的温度下纺成丝，将该丝冷却到凝胶温度以下产生凝胶，并且在除去溶剂之前、期间或以后拉伸丝，得到超高分子量聚乙烯纤维。[0030]步骤a和b为制备无纬布工序，无纬布是将聚乙烯纤维经过均勻、平行、挺直排列成连续带之后进行浸胶、干燥制得，相对于经纬纺织布，无纬布避免了经纬纱线的交织，纤维不会发生多次的折压弯曲，因此不会降低纤维的原始力学性能；同时，经纬交织处容易出现空隙，影响复合材料的性能，而无纬布是纤维平行排列，因此会在最大程度上继承纤维的力学性能。
步骤a中将纤维均勻铺展的目的在于后续的上胶工序中，使胶粘剂均勻分布在纤维之间。对于纤维的铺展方法，优选采用专利CN1291090C中描述的技术使纤维以 ^ 0. lg/d的牵引张力通过摩擦体摩擦使纤维带上静电铺展开，所述摩擦体是氧化铬、氧化镁或氧化铝材质或其材质涂层的多边棱形体或圆形体，摩擦体的数量为一个或多个。由于聚乙烯纤维是一种绝缘体，当其与绝缘性质的陶瓷材料摩擦时，极易带上负电，这种累计的静电可以高达万伏以上，纤维带上高压静电后，纤维之间互相排斥，可以均勻铺展。纤维带上静电均勻铺展开后，再使用本领域技术人员熟知的方法消除纤维上的静电。
步骤a中将纤维进行预热的目的在于一方面去除纤维的内应力，另一方面是胶粘剂与纤维具有更好的复合效果，预热温度优选为40°C 50°C。
步骤a中将纤维进行上胶的目的在于使纤维结合更加紧密，上胶后在纤维表面附着的胶粘剂在步骤c的热压复合中，还作为连接无纬布与钛合金的粘合剂。上述胶粘剂优选包括以下成分6wt% 20wt%的环氧树脂、5wt% IOwt %的氯丁橡胶、2wt% 5wt% 的聚苯乙烯二嵌段共聚体、0. 5wt% 1. 5wt%的增塑剂和余量的溶剂。
环氧树脂粘合力强，用以保证无纬布与钛合金的复合强度，胶粘剂中环氧树脂的含量为6wt% 20wt%，环氧树脂含量过高则使胶粘剂的粘度过大，增加上胶难度，且影响纤维间胶粘剂的均勻性。
向胶粘剂中加入氯丁橡胶一方面使由于其对聚乙烯纤维具有较高的附着力，另一方面是为了缓和无纬布与钛合金片在热压复合过程中由于二者的热胀系数不同而造成的应力集中，同时提高复合层的提高抗冲击性和抗剥离性。
聚苯烯二嵌段共聚体具有较好粘性和热塑性，所以作为胶粘剂将所述高强度纤维粘结后不会影响纤维原有的塑性，从而使制得的防刺面料具备较高的耐冲击性，聚苯烯二嵌段共聚体还作为增容剂，增加环氧树脂与氯丁橡胶的相容性，强化相间粘结。对于聚苯烯二嵌段共聚体优选采用聚苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚体或聚苯乙烯-聚异戊二烯二嵌段共聚体。
在胶粘剂中加入增塑剂可提高胶粘剂的塑性，赋予胶粘剂更好的蠕变性能，使制得的防弹防刺面料具有更好的吸收和传递能量的特性。按照本发明，所述增塑剂可以为邻苯二甲酸酯、脂肪族二元酸酯或环氧化合物，优选为脂肪族二元酸酯或环氧化合物，更优选为D0A(已二酸二辛酯)或环氧化大豆油。所述溶剂可以为苯、甲苯、氯仿、四氯化碳、己烷、 环己烷、氯化环己烷、二乙醚、甲基异丁基醚、醋酸乙酯或醋酸戊酯。本发明优选2，3-丁二酮、环己烷、醋酸乙酯或甲基异丁基醚。
本发明使用的胶粘剂可以用本领域技术人员熟知的技术配制，具体过程为在配有转子的带夹套混合釜，优选在带夹套重负混合器内，加入部分溶剂和所有的环氧树脂和聚苯乙烯二嵌段共聚体，然后将温度升高至160°C 175°C，待环氧树脂和聚苯乙烯二嵌段共聚体溶化后，将温度降至150°C 155°C，待溶液混合均勻后依次加入增塑剂、氯丁橡胶
5和余量的溶剂，将溶液继续混合均勻制得胶粘剂。对于混合器可以使用本领域技术人员熟知的设备，本发明对此并无特别限制。
由于无纬布中起主要防弹防刺作用的是超高分子量聚乙烯纤维，因此胶粘剂含量过高则会影响防弹防刺服的抗冲击性和抗切割性，但是如果含量过低则会影响无纬布与钛合金片的复合强度，无纬布中胶粘剂的含量优选为32wt% 40wt%。
将纤维进行上胶的方法可以采用喷洒的方法，即向纤维上喷洒胶粘剂。优选将超高分子量聚乙烯纤维通过上胶辊涂覆胶粘剂。纤维经过上胶后需要进行干燥处理，以使胶粘剂中的溶剂挥发掉并且固化胶粘剂，干燥温度可以为40°C 70°C，干燥后制得到面密度为135g/cm2的单层无纬布。
步骤c中取36层步骤b制得单层无纬布互相叠加，相邻无纬布成0° /10°排列是为了使制得复合层在各个方向上均勻有较好的力学传递性能。钛合金具有强度高且密度小的特点，因而将无纬布与钛合金复合可以提高不仅可以提高防弹防刺服的强度，并且不会像传统的带金属板的防弹服那么笨重，有效减轻防弹防刺服的重量。本发明选用的钛合金类型可以为 Ti-6Al-4V、Ti-5Al-2. 5Sn、Ti_2Al_2. 5Zr、Ti_32Mo、Ti-Mo-Ni、Ti-Pd、SP-700、 Ti-6242、Ti-1023、Ti-10-5-3、Ti-1023、BT9、BT20、IMI829 或 IMI834。优选选用 Ti_6Al_4V 或 Τ -5Α1-2. 5Sn。
将上述36层无纬布与钛合金片热压复合的过程中，无纬布中胶粘剂熔融，并作为单层无纬布间、以及无纬布和钛合金片之间复合的粘合剂，热压温度控制为100°c 130°C，优选为110°C 120°C，热压压力控制为^Mpa 30Mpa，得到复合层。
将上述复合层与2层钛合金片按照步骤d进行叠加后得到防弹防刺服。
当防弹防刺面料在遭受利刃或子弹袭击作用时，由于短时的高强度摩擦会产生大量热量，为了减小这种短时高热量对人体的伤害，本发明还优选在将复合层和2层钛合金片进行复合前，在中间层钛合金片表面涂覆隔热层，所述隔热层包括70wt % SOwt %的有机硅树脂、10wt% 15wt%的二氧化锆和8wt% 12wt%的硅酸铝粉。二氧化锆和硅酸铝粉熔点较高且热导率较低，有机硅树脂具有优异的耐潮防锈性能，将上述比例的二氧化锆、硅酸铝粉和有机硅树脂混合后，其具有较好的隔热性并且热膨胀率与钛合金较为接近， 进而不会产生拉伸应力。在中间层表面涂覆隔热层的方法可以为将上述隔热层原料混合均勻后涂覆于中间层，然后在300°C 400°C烘烧30分钟 40分钟。
为了增大防弹防刺服表面的的光滑度，使子弹或利刃不易刺入防弹防刺服内部， 还优选在防弹防刺服的表面，即复合层的无纬布层，进行打蜡处理，对于打蜡可以采用本领域技术人员熟知的方法，本发明对此并无特别限制。
相应的，本发明还提供一种由上述方法制备的防弹防刺服，其兼具优异的防刺和防弹效果，且质量较轻，适于穿着。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的防弹防刺服进行描述。 以下实施例中的环氧树脂为陶氏化学生产的D. Ε. N. 酚醛环氧树脂；聚苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚体由美国Wiillips石油公司提供，商品牌号为Solprene 406 ；聚苯乙烯-聚异戊二烯二嵌段共聚体由巴陵石化公司提供，商品牌号为1105 ；氯丁橡胶由日本DENKA公司提供，商品牌号为A-70 ；钛合金是由天津格瑞新金属材料有限公司提供的Ti-6A1-4V ；有机硅树脂由湖北德邦化工新材料有限公司提供，商品牌号为DB-8030。
6[0048]实施例1
1、将400旦宁波荣溢化纤科技有限公司生产的RYX90超高分子量聚乙烯纤维放置在纱架上，纱架上的纱锭经过集束架后集结成束，经由静电生成装置后进入静电消除装置， 消除静电，然后将均勻铺展的超高分子量聚乙烯纤维经过热甬道在50°C的温度下预热。
2、将预热后的纤维导入上胶装置通过上胶辊上胶，上胶辊中胶粘剂包括15wt% 的环氧树脂、8wt %的氯丁橡胶、%的聚苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚体、Iwt %的DOA和余量的120号溶剂油(2，3-丁二酮)，制得面密度为135g/cm2的无纬布，无纬布中胶粘剂的含量为35wt%0
3、取36层步骤2制得无纬布互相叠加，相邻无纬布中纤维呈0° /10°排列，将上述36层无纬布与1层钛合金片热压复合，设置压力为^Mpa，温度为120°C，得到复合层 ’然后将此复合层作为外层，将其与2层钛合金片叠加，其中，复合层的钛合金面与中间层相接触，叠加后得到防弹防刺服。
实施例2
1、将400旦宁波荣溢化纤科技有限公司生产的RYX90超高分子量聚乙烯纤维放置在纱架上，纱架上的纱锭经过集束架后集结成束，经由静电生成装置后进入静电消除装置， 消除静电，然后将均勻铺展的超高分子量聚乙烯纤维经过热甬道在45°C的温度下预热。
2、将预热后的纤维导入上胶装置通过上胶辊上胶，上胶辊中胶粘剂包括10wt% 的环氧树脂、6wt%的氯丁橡胶、5wt%的聚苯乙烯-聚异戊二烯二嵌段共聚体、0. 6wt%的 DOA和余量的120号溶剂油(2，3- 丁二酮)，制得面密度为135g/cm2的无纬布，无纬布中胶粘剂的含量为38wt%。
3、取36层步骤2制得无纬布互相叠加，相邻无纬布中纤维呈0° /10°排列，将上述36层无纬布与1层钛合金片热压复合，设置压力为^Mpa，温度为110°C，得到复合层。
4、另取一层钛合金片，在其表面涂覆隔热剂，隔热剂包括75wt%的有机硅树脂、 12wt%的二氧化锆和余量的硅酸铝粉末，然后将此钛合金片在350°C烘烧30分钟，在钛合金片表面形成隔热层；
测试隔热层的热膨胀系数为9. 5X 10_6/°C，与钛合金的热膨胀系数8. 8X 10_6/°C 较为接近，300°C的热导率仅为1. 34ff/m · k，具有较好的隔热效果。
5、将步骤3得到复合层作为外层，步骤4得到钛合金片作为中间层，再另取一层钛合金片作为内层，将上述三层进行叠加，复合层的钛合金面与中间层相接触，叠加后得到防弹防刺服。
实施例3
1、将400旦宁波荣溢化纤科技有限公司生产的RYX90超高分子量聚乙烯纤维放置在纱架上，纱架上的纱锭经过集束架后集结成束，经由静电生成装置后进入静电消除装置， 消除静电，然后将均勻铺展的超高分子量聚乙烯纤维经过热甬道在50°C的温度下预热。
2、将预热后的纤维导入上胶装置通过上胶辊上胶，上胶辊中胶粘剂包括18wt% 的环氧树脂、8wt%的氯丁橡胶、3wt%的聚苯乙烯-聚异戊二烯二嵌段共聚体、1.3Wt%的 DOA和余量的120号溶剂油(2，3- 丁二酮)，制得面密度为135g/cm2的无纬布，无纬布中胶粘剂的含量为3#t%。
3、取36层步骤2制得无纬布互相叠加，相邻无纬布中纤维呈0° /10°排列，将上
7述36层无纬布与1层钛合金片热压复合，设置压力为^Mpa，温度为120°C，得到复合层。
4、另取一层钛合金片，在其表面涂覆隔热剂，隔热剂包括72wt%的有机硅树脂、 14wt %的二氧化锆和余量的硅酸铝粉末，然后将此钛合金片在330°C烘烧40分钟，钛合金表面形成隔热层；
测试隔热层的热膨胀系数为9. 5X 10_6/°C，与钛合金的热膨胀系数8. 8X 10_6/°C 较为接近，300°C的热导率仅为1. 36ff/m · k，具有较好的隔热效果。
5、将步骤3得到复合层作为外层并在无纬布面进行打蜡处理，以步骤4得到钛合金片作为中间层，再另取一层钛合金片作为内层，将上述三层进行叠加，复合层的钛合金面与中间层相接触，叠加后得到防弹防刺服。
比较例1
1、制备防刺面料
将PE纤维卷曲后在110°C进行干燥，将干燥后的短纤维切断成70mm的短纤维，将短纤维进行开松、梳理，将梳理后的PE短进行三层叠加铺网后针刺成无纺布，针刺密度为 3000 针 /cm2 ；
将PE纤维加捻200个后用箭杆织机制成面密度为150g/cm2的平纹状PE机织布；
将制备的无纺布和机织布依次导入上胶槽进行上胶，胶粘剂包括20wt%的 KARTON G-1650、5Wt%松香和余量的120号溶剂油，无纺布中胶粘剂的含量为12wt%，机织布中胶粘剂的含量为20wt% ；
将上胶后的机织布和3层上胶后的无纺布进行叠合后送入液压机热压成型，热压温度为100°c、压力为8Mpa、热压时间为lOmin，制得防刺面料。
2、将步骤1制得的防刺面料依次与图瓦隆、聚乙烯板、空气泡沫塑料板和铝合金板复合。
将实施例1 3和比较例1制备的防弹防刺服依次进行第一次防刺性能、第一次防弹性能测试，第一次防刺性能测试结果列于表1，第一次防弹性能测试结果列于表2。然后将经过上述测试的样品再依次进行第二次防刺性能、第二次防弹性能测试，第二次防刺性能测试结果列于表3，第二次防弹性能测试结果列于表4。
表1第一次防刺性能测试结果
权利要求
1.一种防弹防刺服的制备方法，其特征在于，包括将超高分子量聚乙烯纤维均勻铺展并预热；在预热后的超高分子量聚乙烯纤维上涂覆胶粘剂并干燥，制得面密度为135g/cm2的单层无纬布；取36层上述单层无纬布互相叠加，相邻无纬布中纤维呈0° /10°排列，将上述36层无纬布与1层钛合金片热压复合，得到复合层；将所述复合层与2层钛合金片进行叠加，复合层形成外层，与复合层相邻的钛合金片形成中间层，另一层钛合金片形成内层，复合层的钛合金面与中间层相接触。
2.根据权利要求
1所述的方法，特征在于，所述超高分子量聚乙烯纤维的弹性模量为 500g/d 650g/d。
3.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于，所述钛合金为Ti-6A1-4V或 Τ -5Α1-2. 5Sn。
4.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于，所述胶粘剂包括6wt% 20wt%的环氧树脂、5wt % IOwt %的氯丁橡胶、2wt % 5wt %的聚苯乙烯二嵌段共聚体、0. 5wt % 1. 5wt%的增塑剂和余量的溶剂。
5.根据权利要求
4所述的方法，其特征在于，在将复合层的边缘与2层钛合金片的边缘进行叠加之前，还包括在一层钛合金片表面涂覆隔热层并将此层作为中间层，所述隔热层包括70wt% 有机硅树脂、IOwt% 15wt%的二氧化锆和8wt% 12wt%的硅酸铝粉。
6.根据权利要求
5所述的方法，其特征在于，还包括在复合层的无纬布层一面进行打蜡处理。
7.一种防弹防刺服，其特征在于，由外至内依次包括复合层、中间钛合金片和内层钛合金片，所述复合层由外至内依次包括36层面密度为135g/cm2的无纬布和1层钛合金片， 相邻无纬布中纤维呈0° /10°排列。
8.根据权利要求
7所述的防弹防刺服，其特征在于，所述无纬布中的胶粘剂包括 6wt% 20wt%的环氧树脂、5wt% IOwt%的氯丁橡胶、2wt% 5wt%的聚苯乙烯二嵌段共聚体、0. 5wt% 1. 5wt%的增塑剂和余量的溶剂。
9.根据权利要求
8所述的防弹防刺服，其特征在于，所述中间钛合金片表面涂覆隔热层，所述隔热层包括70Wt% 80wt%的有机硅树脂、10wt% 15wt%的二氧化锆和 8wt% 12wt%的硅酸铝粉。
10.根据权利要求
9所述的防弹防刺服，其特征在于，所述复合层的无纬布层一面涂覆蜡层。
专利摘要
本发明提供一种防弹防刺服及其制备方法，该防弹防刺服由外至内依次包括复合层、中间钛合金片和内层钛合金片，所述复合层由外至内依次包括36层面密度为135g/cm2的无纬布和1层钛合金片，相邻无纬布中纤维呈0°/10°排列。本发明提供的防弹防刺服中的复合层具有较高的抗切割性和抗冲击性，中间层钛合金片和内层钛合金片用于进一步提高防弹性能，使其足以抵御多次袭击。经过测试证明本发明提供的防弹防刺服具有优异的防弹防刺综合性能，符合警用反弹衣和防刺衣的标准，并且本发明提供的防弹防刺衣质量较轻，不对着装人员的行动造成阻碍。
文档编号F41H1/02GKCN102435104SQ201010505201
公开日2012年5月2日 申请日期2010年9月29日
发明者周奇迪, 赵罗杰, 陈永银, 陈钢, 黄金帮 申请人:宁波荣溢化纤科技有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan