CN106702573A - 一种超轻防弹布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超轻防弹布及其制备方法，属于纺织材料与防护材料技术领域。以改性碳纤维长丝为中心芯线，以改性超高分子量聚乙烯为中间包覆层，以醋酸纤维为外包覆层，制备包芯纱；将改性芳纶1414、改性超高分子量聚乙烯、石墨烯纤维和醋酸纤维混纺，制得混纺纱；将包芯纱与混纺纱机织成布；其中，经纱按1根包芯纱配1根混纺纱的顺序排列，纬纱按1根包芯纱配2根混纺纱的顺序排列，即得超轻防弹布。本发明采用全高分子改性材料，引入碳纤维骨架设计，强度高，韧性强，抗冲击性好，可有效抵抗低速子弹、炸弹破片等对的穿透，保护人体安全。

Description

一种超轻防弹布及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种超轻防弹布及其制备方法，属于纺织材料与防护材料技术领域。
背景技术
和平与发展是当今世界发展的主题，但仍然存在大量的偶然不和平因素。执勤、作战、消防人员在时刻保卫着国家安全和保障社会稳定的过程中，付出了大量的辛苦和汗水。在一些动荡地区、消防场合以及特殊的执勤场合，为防止随时而来的小规模爆炸、枪击等事故发生，执勤人员需要全天候穿戴防弹衣，以保证生命安全。
众所周知，防弹衣用于防护弹头或弹片对人体的伤害。传统的防弹衣主要由衣套和防弹层两部分组成，衣套为常用织物，防弹层用于防护低速弹头或弹片对人体的伤害，多采用金属、陶瓷片、玻璃钢、尼龙、凯夫拉、超高分子量聚乙烯纤维、液体防护材料等材料，以插板形式为主，构成单一或复合型防护结构，这种防弹衣体积笨重，极大的限制了穿配人员的运动能力，且穿着舒适性极差，非常不适用于全天候穿戴；与此同时，含有插板结构的防弹衣，在遭遇火灾、高温等复杂作战情况下，往往对作战人员的安全逃生造成消极且致命影响。
如何在最大程度保障执勤、作战、消防人员的人身安全的基础上，保障和改善人员的工作环境质量，是防弹衣发展必须解决的主要矛盾，也是现代作战、执勤、消防防护中所面临的热点问题，这对防弹衣提出了轻便、多功能性的需求。除此之外，超轻且具有多种功能性的防弹衣，也是众多企业家、政客、明星人员、动荡地区工作人员的需求热点，这进一步揭示了军用及军民两用防弹衣的需求和发展方向。因此，发明一款超轻防弹布，具有极大的军事意义与社会意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决常规防弹布笨重、功能性差的问题，而提供的一种超轻防弹布及其制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种超轻防弹布，其各组分所占质量百分比如下：
一种超轻防弹布的制备方法，具体步骤如下：
步骤一、以改性碳纤维长丝为中心芯线，以改性超高分子量聚乙烯为中间包覆层，以醋酸纤维为外包覆层，制备包芯纱；
所述改性碳纤维长丝、改性超高分子量聚乙烯、醋酸纤维质量比为(10～30)：(5～30)：(5～15)；
所述中间包覆层纤维和中心芯线的螺旋夹角为15°～25°，外包覆层纤维和中心芯线的螺旋夹角为55°～85°；
所述改性碳纤维长丝制备方法为：将碳纤维长丝置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，按照1.02:1的摩尔比加入对苯二胺、均苯四甲酸二酐，100～170℃反应0.5～8小时后，取出，继而于100～300℃下干燥0.5～15小时，制得改性碳纤维长丝；
所述改性超高分子量聚乙烯制备方法为：将超高分子量聚乙烯在5～20℃的浓硫酸溶液中浸渍10～80秒后取出，清水洗涤干燥后，置于氧化石墨烯溶液中，浸渍1～10分钟后，取出干燥，继而置于80～300℃乙醇蒸汽中，10～200分钟后，取出干燥，即得改性超高分子量聚乙烯；
步骤二、以改性芳纶1414、改性超高分子量聚乙烯、石墨烯纤维、醋酸纤维按照的质量比(10～40)：(3～37)：(5～25)：(3～22)混纺，制得混纺纱；
所述改性芳纶1414制备方法为：将芳纶1414用N,N-二甲基乙酰胺溶液进行润湿后，50～150℃处理1～30分钟，清水洗涤后进行干燥，继而置于氧化石墨烯溶液中，浸渍2～15分钟后，取出干燥，继而置于80～300℃乙醇蒸汽中，10～150分钟后，取出干燥，即得改性芳纶1414；
步骤三、将步骤一所制备的包芯纱与步骤二所制备的混纺纱，经纱按1根包芯纱配1根混纺纱的顺序排列，纬纱按1根包芯纱配2根混纺纱的顺序排列，织成布，即得超轻防弹布。
有益效果
1、一种超轻防弹布，采用全高分子改性材料，引入碳纤维骨架设计，强度高，韧性强，抗冲击性好，可有效抵抗低速子弹、炸弹破片等对的穿透，保护人体安全；
2、一种超轻防弹布，不含任何金属结构件，质量轻，质地柔软，吸湿排汗性好，舒适性好，与皮肤接触无任何毒害作用，且在高温环境下不燃烧、无滴落，耐强酸、强碱、有机溶剂等侵蚀，功能性优异，适合用做防弹衣、防弹背心布料，且能够在高低温、酸碱等任何环境下使用，大大解决了传统防弹布的笨重与功能性差等问题；
3、一种超轻防弹布的制备方法，工艺简单，生产过程无三废排放，适合工厂操作，并能适应大规模工业化生产，具有显著的经济效益与社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做详细说明。
实施例1
一种超轻防弹布，其各组分所占质量百分比如下：
将10kg碳纤维长丝置于盛有50升N-甲基吡咯烷酮溶液的反应釜中，按照摩尔比，加入30g对苯二胺、62g均苯四甲酸二酐，150℃反应4小时后，取出，继而于180℃下干燥8小时，制得10.07kg改性碳纤维长丝；
将35kg超高分子量聚乙烯纤维在10℃的浓硫酸溶液中浸渍12秒后取出，清水洗涤、干燥后，置于氧化石墨烯溶液中，浸渍8分钟后，取出干燥，继而置于150℃乙醇蒸汽中，50分钟后，取出干燥，制得35.15kg改性超高分子量聚乙烯；
将30kg芳纶1414用N,N-二甲基乙酰胺溶液进行润湿后，150℃处理20分钟，清水洗涤后进行干燥，继而置于氧化石墨烯溶液中，浸渍10分钟后，取出干燥，继而置于155℃乙醇蒸汽中，60分钟后，取出干燥，得30.12kg改性芳纶1414；
取上述制备的10.07kg改性碳纤维长丝为中心芯线，取上述制备的改性超高分子量聚乙烯20kg为中间包覆层，以10kg醋酸纤维为外包覆层，设置中间包覆层纤维和中心芯线的螺旋夹角为20°，外包覆层纤维和中心芯线的螺旋夹角为60°，制备40.07kg包芯纱；
取上述制备的30.12kg改性芳纶1414、上述制备剩余的15.15kg改性超高分子量聚乙烯、另取10kg石墨烯纤维、另取5kg醋酸纤维，混纺，制得60.27kg混纺纱；
将上述所制备的包芯纱与混纺纱，经纱按1根包芯纱配1根混纺纱的顺序排列，纬纱按1根包芯纱配2根混纺纱的顺序排列，织成95.26kg超轻防弹布，余料5.08kg。
所制备的超轻防弹布，经理化性能测试，不含任何金属结构件，质量轻，质地柔软，吸湿排汗性好，舒适性好，与皮肤接触无任何毒害作用，且在高温环境下不燃烧、无滴落，耐强酸、强碱、有机溶剂等侵蚀，功能性优异，适合用做防弹衣、防弹背心布料，且能够在高低温、酸碱等任何环境下使用；
经枪击测试，该防弹布能防御54式7.62mm手枪或7.62mm轻型冲锋枪子弹贯穿；经弹片毁伤测试，用一公斤TNT炸药，在30米处，防弹布被破片贯穿率为5％，50米处，防弹布被破片贯穿率为1％，100米处，防弹布被破片贯穿率为0％。
实施例2
一种超轻防弹布，其各组分所占质量百分比如下：
将10kg碳纤维长丝置于盛有50升N-甲基吡咯烷酮溶液的反应釜中，加入30g对苯二胺、61.5g均苯四甲酸二酐，160℃反应4.2小时后，取出，继而于185℃下干燥7.5小时，制得10.08kg改性碳纤维长丝；
将30kg超高分子量聚乙烯纤维在5℃的浓硫酸溶液中浸渍10秒后取出，清水洗涤、干燥后，置于氧化石墨烯溶液中，浸渍10分钟后，取出干燥，继而置于120℃乙醇蒸汽中，70分钟后，取出干燥，制得30.13kg改性超高分子量聚乙烯；
将30kg芳纶1414用N,N-二甲基乙酰胺溶液进行润湿后，160℃处理20分钟，清水洗涤后进行干燥，继而置于氧化石墨烯溶液中，浸渍10分钟后，取出干燥，继而置于155℃乙醇蒸汽中，60分钟后，取出干燥，得30.11kg改性芳纶1414；
以上述制备的10.08kg改性碳纤维长丝为中心芯线，称取上述制备的改性超高分子量聚乙烯20kg为中间包覆层，称取10kg醋酸纤维为外包覆层，其中，中间包覆层纤维和中心芯线的螺旋夹角为20°，外包覆层纤维和中心芯线的螺旋夹角为60°，制备40.08kg包芯纱；
取上述制备的30.11kg改性芳纶1414、上述制备剩余的10.13kg改性超高分子量聚乙烯，并另称取15kg石墨烯纤维、5kg醋酸纤维，混纺，制得60.24kg混纺纱；
将上述所制备的40.08kg包芯纱与所制备的60.24kg混纺纱，经纱按1根包芯纱配1根混纺纱的顺序排列，纬纱按1根包芯纱配2根混纺纱的顺序排列，织成布，即得96.27kg超轻防弹布，余料4.05kg。
所制备的超轻防弹布，经理化性能测试，不含任何金属结构件，质量轻，质地柔软，吸湿排汗性好，舒适性好，与皮肤接触无任何毒害作用，且在高温环境下不燃烧、无滴落，耐强酸、强碱、有机溶剂等侵蚀，功能性优异，适合用做防弹衣、防弹背心布料，且能够在高低温、酸碱等任何环境下使用；经枪击测试，该防弹布能防御54式7.62mm手枪或7.62mm轻型冲锋枪子弹贯穿；经弹片毁伤测试，用一公斤TNT炸药，在30米处，防弹布被破片贯穿率为3.5％，50米处，防弹布被破片贯穿率为0.3％，100米处，防弹布被破片贯穿率为0％。

Claims (8)

1.一种超轻防弹布，其特征在于：其各组分所占质量百分比如下：
2.一种超轻防弹布的制备方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、以改性碳纤维长丝为中心芯线，以改性超高分子量聚乙烯为中间包覆层，以醋酸纤维为外包覆层，制备包芯纱；
步骤二、将改性芳纶1414、改性超高分子量聚乙烯、石墨烯纤维和醋酸纤维混纺，制得混纺纱；
步骤三、将步骤一所制备的包芯纱与步骤二所制备的混纺纱机织成布；其中，经纱按1根包芯纱配1根混纺纱的顺序排列，纬纱按1根包芯纱配2根混纺纱的顺序排列，即得超轻防弹布。
3.如权利要求1所述的防弹布或权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述改性碳纤维长丝制备方法为：将碳纤维长丝置于N-甲基吡咯烷酮溶液中，并向N-甲基吡咯烷酮溶液中加入对苯二胺和均苯四甲酸二酐；N-甲基吡咯烷酮、对苯二胺与均苯四甲酸二酐的摩尔比为1.02:1，100～170℃反应0.5～8小时后，取出，继而于100～300℃下干燥0.5～15小时，制得改性碳纤维长丝。
4.如权利要求1所述的防弹布或权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述改性超高分子量聚乙烯制备方法为：将超高分子量聚乙烯在5～20℃的浓硫酸溶液中浸渍10～80秒后取出，清水洗涤干燥后，置于氧化石墨烯溶液中，浸渍1～10分钟后，取出干燥，继而置于80～300℃乙醇蒸汽中，10～200分钟后，取出干燥，即得改性超高分子量聚乙烯。
5.如权利要求1所述的防弹布或权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述改性芳纶1414制备方法为：将芳纶1414用N,N-二甲基乙酰胺溶液进行润湿后，在50～150℃温度下处理1～30分钟，清水洗涤后进行干燥，继而置于氧化石墨烯溶液中，浸渍2～15分钟后，取出干燥，继而置于80～300℃乙醇蒸汽中，10～150分钟后，取出干燥，即得改性芳纶1414。
6.如权利要求2所述的一种超轻防弹布的制备方法，其特征在于：步骤一所述改性碳纤维长丝、改性超高分子量聚乙烯、醋酸纤维质量比为(10～30)：(5～30)：(5～15)。
7.如权利要求2所述的一种超轻防弹布的制备方法，其特征在于：步骤一所述中间包覆层纤维和中心芯线的螺旋夹角为15°～25°，外包覆层纤维和中心芯线的螺旋夹角为55°～85°。
8.如权利要求2所述的一种超轻防弹布的制备方法，其特征在于：步骤二所述改性芳纶1414、改性超高分子量聚乙烯、石墨烯纤维和醋酸纤维的质量比为(10～40)：(3～37)：(5～25)：(3～22)。
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