CN103673768A

CN103673768A - 一种复合柔性防弹材料

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Publication number: CN103673768A
Application number: CN201310738856.4A
Authority: CN
Inventors: 杨晓波
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2013-12-30
Publication date: 2014-03-26
Also published as: CN104748624A

Abstract

一种复合柔性防弹材料，克服了现有防弹服材料抗冲击力差，寿命短，防潮性差的缺点，提供一种复合柔性防弹材料该复合柔性防弹材料，是按照下述工艺制备的：A.将经过处理的凯夫拉纤维与超高分子量聚乙烯制成的纤维混纺编织为复合凯夫拉纤维层；B.将织成的复合凯夫拉纤维层在真空环境中，通过红外线加热至150-200℃，然后在200-450℃温度下进行硫化反应；C.将反应后的复合凯夫拉纤维层进行编织，勾连上另一层复合凯夫拉纤维层，重复步骤2，每一复合凯夫拉纤维层与另一复合凯夫拉纤维层错开0.25-0.5个编织套；D.多次重复步骤3，然后将经过多层编制的复合凯夫拉纤维层进行下表面碳化处理。本发明复合柔性防弹材料抗冲击力强，防弹效果好，寿命长，防潮性好，适宜推广应用。

Description

一种复合柔性防弹材料

技术领域

本发明涉及一种复合柔性防弹材料。属于材料技术领域。

背景技术

现有技术的防弹服，可分为软体、硬体和软硬复合体三种。软体防弹衣的材料主要以高性能纺织纤维为主，这些高性能纤维远高于一般材料的能量吸收能力，赋予防弹衣防弹功能，并且由于这种防弹衣一般采用纺织品的结构，因而又具有相当的柔软性，称为软体防弹衣。硬体防弹衣则是以特种钢板、超强铝合金等金属材料或者氧化铝、碳化硅等硬质非金属材料为主体防弹材料，由此制成的防弹衣一般不具备柔软性。软硬复合式防弹衣的柔软性介于上述两种类型之间，它以软质材料为内衬，以硬质材料作为面板和增强材料，是一种复合型防弹衣。

作为一种防护用品，防弹衣首先应具备的核心性能是防弹性能。同时作为一种功能性服装，它还应具备一定的服用性能。

防弹衣的防弹性能主要体现在以下三个方面：

一、防手枪和步枪子弹目前许多软体防弹衣都可防住手枪子弹，但要防住步枪子弹或更高能量的子弹，则需采用陶瓷或钢制的增强板。

二、防弹片各种爆炸物如炸弹、地雷、炮弹和手榴弹等爆炸产生的高速破片是战场上的主要威胁之一。据调查，一个战场中的士兵所面临的威胁大小顺序是：弹片、枪弹、爆炸冲击波和热。所以，要十分强调防弹片的功能。

三、防非贯穿性损伤子弹在击中目标后会产生极大的冲击力，这种冲击力作用于人体所生产的伤害常常是致命的。这种伤害不呈现出贯穿性，但会造成内伤，重者危及生命。所以防止非贯穿性损伤也是防弹衣防弹性能的一个重要方面。

现有防弹衣防弹层用金属、玻璃钢、陶瓷、尼龙、开夫拉等硬质和软质材料单一或复合制作，使弹头、弹片弹开或嵌伎，并消释冲击动能，起到防护作用。

硬质材料的防弹服抗冲击效果好，但是由于服体不能形变，对于身体活动有影响，为了避免对必要的活动的限制，硬质材料防弹服往往防护面积小，无法起到更全面的保护的目的。

现有技术的软质材料，也就是柔性材料，如凯夫拉等，虽然采取多层复合织法，但是凯夫拉材料层往往抗冲击能力差。

英文原名KEVLAR，也译作克维拉或凯芙拉。是美国杜邦(DuPont)公司研制的一种芳纶纤维材料产品的品牌名，材料原名叫“聚对苯二甲酰对苯二胺”，化学式的重复单位为-[-CO-C6H4-CONH-C6H4-NH-]-接在苯环上的醯胺基团为对位结构。

在上世纪60年代，美国杜邦公司研制出一种新型芳纶纤维复合材料----芳纶1414，此芳纶复合材料在1972年正式实现商品化并为该产品注册商标为Kevlar。型号分为K29，K49，K49AP等。

由于这种新型材料密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，其强度为同等质量钢铁的5倍，但密度仅为钢铁的五分之一(Kevlar密度为每立方厘米1.44克，钢铁密度为每立方厘米7.859克)，而受到人们

的重视。由于凯夫拉品牌产品材料坚韧耐磨、刚柔相济，具有刀枪不入的特殊本领。在军事上被称之为″装甲卫士″。

芳纶主要分为两种，“对位”芳酰胺纤维(PPTA)和“间位”芳酰胺纤维(PMIA)。

杜邦的对位芳纶品牌名为KEVLAR，间位芳纶品牌名为NOMEX。

日本人的对位芳纶名为TWARON，TECHNORA。间位芳纶名为CONEX。

韩国的有Kolon以及Hyosung。

我国有烟台(Tayho)和四川商业化的芳纶产品对位芳纶TAPARAN和间位芳纶TAMETAR。

2相关资料反坦克武器的出现，又促使人们改进坦克、装甲车的装甲性能。通常要提高坦克、装甲车的防护性能，就要增加金属装甲的厚度，这样势必影响它的灵活机动性能。″凯夫拉″材料的出现使这个问题迎刃而解，坦克、装甲车的防护性能提高到了一个崭新的阶段。与玻璃钢相比，在相同的防护情况下，用″凯夫拉″材料时重量可以减少一半，并且″凯夫拉″层压薄板的韧性是钢的3倍，经得起反复撞击。″凯夫拉″薄板与钢装甲结合使用更是威力无比。如果采用″钢*芳纶*钢″型复合装甲，能防穿甲厚度为700毫米的反坦克导弹，还可防中子弹。

3应用领域目前，“凯夫拉”层压薄板与钢、铝板的复合装甲，不仅已广泛应用于坦克、装甲车，而且用于核动力航空母舰及导弹驱逐舰，使上述兵器的防护性能及机动性能均大为改观。″凯夫拉″与碳化硼等陶瓷的复合材料是制造直升飞机驾驶舱和驾驶座的理想材料。据试验，它抵御穿甲子弹的能力比玻璃钢和钢装甲好得多。为了提高战场人员的生存能力，人们对避弹衣的研制越来越重视。″凯夫拉″材料还是制造避弹衣的理想材料。据报道，用″凯夫拉″材料代替尼龙和玻璃纤维，在同样情况下，其防护能力至少可增加一倍，并且有很好的柔韧性，穿着舒适。用这种材料制作的防弹衣只有2～3公斤重，穿着行动方便，所以已被许多国家的警察和士兵采用。

在20世纪80年代，中国进口杜邦的产品的时候，美国政府不允许杜邦公司把凯夫拉品牌产品进口到中国，后来才慢慢的放开进口的限制。

现今用于传输的光纤也是用凯夫拉来形成一层保护膜，凯夫拉层有很好的柔韧性，保护光纤不受损害。凯夫拉层一般称为缓冲层或涂覆层，在光纤以外，外表皮以内。

7.1mm双核摩托RAZR手机(摩托罗拉将凯夫拉品牌产品材质引入到Andorid手机当中，成为超薄材质当中的佼佼者，只有0.3毫米厚度)

性能参数

力学性能：

强度：3.6GPa

伸长模量：131GPa

断裂伸长率：2.8％

热学性能：

长期使用温度：180℃

轴向热胀系数：-2×10^(-6)/K

热导率：0.048W(m·K)

4凯夫拉纤维特性1、永久的耐热阻燃性，极限氧指数Loi大于28。

2、永久的抗静电性。

3、永久的耐酸碱和有机溶剂的侵蚀。

4、高强度、高耐磨、高抗撕裂性。

5、遇火无熔滴产生，不产生有毒气体。

6、火烧布面时布面增厚，增强密封性，不破裂。

为了提高凯夫拉纺织物的抗冲击力，现有技术中有些采用接枝技术，但是从效果看，没有达到增加强度和弹性，提高抗冲击力的目的；也有的采用树脂与凯夫拉纺织物

还有的用金属织物与凯夫拉混纺进行编织的，但是

但是，做为防弹材料，凯夫拉有几个致命的缺陷，首先，凯夫拉保质期短，易分解失效；即便是将凯夫拉材料包裹在密封遮光的防弹服外层之内，其保质期也只能勉强达到5年，而若是在紫外线照射下，会加快其老化速度。

现有技术中的

发明内容

本发明的目的在于克服现有防弹服材料抗冲击力差，寿命短，防潮性差的缺点，提供一种复合柔性防弹材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种复合柔性防弹材料，是按照下述工艺制备的：

A.将经过处理的凯夫拉纤维与超高分子量聚乙烯制成的纤维混纺编织为复合凯夫拉纤维层；

B.将织成的复合凯夫拉纤维层在真空环境中，通过红外线加热至150-200℃，然后在200-450℃温度下进行硫化反应；

C.将反应后的复合凯夫拉纤维层进行编织，勾连上另一层复合凯夫拉纤维层，重复步骤2，每一复合凯夫拉纤维层与另一复合凯夫拉纤维层错开0.25-0.5个编织套；

D.多次重复步骤3，然后将经过多层编制的复合凯夫拉纤维层进行下表面碳化处理。

所述经过处理的凯夫拉纤维是按照下述方法处理的：

纤维素醚，硬脂酸钠，聚氨酯树脂，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，硅树脂聚醚乳液，水，按照10-30∶5-8∶20-40∶6-9∶10-20∶20-30的比例混合，在80-100℃超声波的环境下混合均匀后，涂覆在凯夫拉纤维外表面，冷却干燥后即可。所述涂覆的厚度为1-200微米。所述冷却是指自然降温至室温。

在步骤B之后，还可以包括涂层喷覆步骤，将间层喷涂液均匀喷涂在经过硫化反应的复合凯夫拉纤维层上，喷涂厚度为1-200微米。

所述间层喷涂液由如下成分原料制成：

纳米级石墨烯，纳米级二氧化钛，N，N-二甲基甲酰胺，硅胶，按照10-30∶15-28∶20-40∶10-20的比例混合后，在超声波环境下混合均匀形成溶胶。

凯夫拉纤维韧性好，塑性变形可以吸收能量，而碳纤维是脆性的，一到极限就会瞬间断裂，所以模量更高的碳纤维却无法取代凯夫拉制造防弹设施，但是，凯夫拉和碳纤维如果能够结合，将复合凯夫拉纤维层的下表面进行碳化，则能起到更好的抗冲击力的效果，防弹效果更好。

硅树脂聚醚乳液(硅树脂聚氧乙烯醚-硅树脂和环氧乙烷的加成物)能够使助剂分子在聚氨酯树脂

中更均匀有序的分布，更好的包覆在凯夫拉丝表层，赋予复合柔性防弹材料更好的稳定性

本发明的有益效果在于：

本发明中各个物质都不是单独作用的，各种原料相互配合，产生了极佳的效果，

超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)是一类主要包含乙烯单元的线型聚合物的常用名称，其中聚合物具有约1-5.106g/mol或甚至更高的重均分子量。这些聚合物由于它们的高冲击强度和高耐磨强度在本领域熟知，这使它们在这方面的应用效果优良，ticona公司生产的超高分子量聚乙烯；

聚氨酯树脂：英文名称：Polyurethane^[1]英文别名：Polyurethane foam；Polyurethane foams；Polyisocyanurate resins；Polyurethanes，cellular；PU foam；The following companies react isocyanates or prepolymers withpolyols to produce polyurethane foams.The list is incomplete.；POLYURETHANEOLIGOMERS；POLYURETHANEVARNISH；PU；Acrylic polyurethanepaint；Acrylic polyurethane anticorrosive coating；Polyurethane mixedcomponent；1-ethylurea

CAS：9009-54-5

EINECS：210-898-8

分子式：C3H8N2O

分子量：88.1084

主链含-NHCOO-重复结构单元的一类聚合物。英文缩写PU。由异氰酸酯(单体)与羟基化合物聚合而成。由于含强极性的氨基甲酸酯基，不溶于非极性基团，具有良好的耐油性、韧性、耐磨性、耐老化性和粘合性。用不同原料可制得适应较宽温度范围(-50～150℃)的材料，包括弹性体、热塑性树脂和热固性树脂。高温下不耐水解，亦不耐碱性介质。

常用的单体如甲苯二异氰酸酯、二异氰酸酯二苯甲烷等。多元醇分3类：简单多元醇(乙二醇、丙三醇等)；含末端羟基的聚酯低聚物，用来制备聚酯型聚氨酯；含末端羟基的聚醚低聚物，用来制备聚醚型聚氨酯。聚合方法随材料性质而不同。合成弹性体时先制备低分子量二元醇，再与过量芳族异氰酸酯反应，生成异氰酸酯为端基的预聚物，再同丁二醇扩链，得到热塑弹性体；若用芳族二胺扩链并进一步交联，得到浇铸型弹性体。预聚物用肼或二元胺扩链，得到弹性纤维；异氰酸酯过量较多的预聚体与催化剂、发泡剂混合，可直接得到硬质泡沫塑料。如将单体、聚醚、水、催化剂等混合，一步反应即可得到软质泡沫塑料。单体与多元醇在溶液中反应，可得到涂料；胶粘剂则以多异氰酸酯单体和低分子量聚酯或聚醚在使用时混合并进行反应。^[2]聚氨酯的成分

二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物作用而成的高分子化合物的总称

聚氨酯-PU，根据应用不同填料不同，有CPU，TPU，MPU等简称。

聚氨酯树脂(Polyurethane Resin)作为一种具有高强度、抗撕裂、耐磨等特性的高分子材料，在日常生活、工农业生产、医学等领域广泛应用。

具体实施方式

下面对本发明进行进一步详细的描述，给出本发明盾构同步注浆浆液原料组配比的几个具体实施例。

实施例1

是按照下述工艺制备的：

所述经过处理的凯夫拉纤维是按照下述方法处理的：

实施例2：在步骤B之后，还可以包括涂层喷覆步骤，将间层喷涂液均匀喷涂在经过硫化反应的复合凯夫拉纤维层上，喷涂厚度为1-200微米。

所述间层喷涂液由如下成分原料制成：

Claims

1.一种复合柔性防弹材料，其特征在于是按照下述工艺制备的：

2.根据权利要求1所述的复合柔性防弹材料，其特征在于：所述经过处理的凯夫拉纤维是按照下述方法处理的：

3.根据权利要求2所述的复合柔性防弹材料，其特征在于：纤维素醚，硬脂酸钠，聚氨酯树脂，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠，硅树脂聚醚乳液，水，按照15-25∶6∶25-35∶7-8∶15-18∶22-25的比例混合。

4.根据权利要求1所述的复合柔性防弹材料，其特征在于：在步骤B之后，还可以包括涂层喷覆步骤，将间层喷涂液均匀喷涂在经过硫化反应的复合凯夫拉纤维层上，喷涂厚度为1-200微米。

5.根据权利要求3所述的复合柔性防弹材料，其特征在于：所述间层喷涂液由如下成分原料制成：

纳米级石墨烯，纳米级二氧化钛，N,N-二甲基甲酰胺，硅胶，按照10-30∶15-28∶20-40∶10-20的比例混合后，在超声波环境下混合均匀形成溶胶。