CN107385676B - 一种柔性防刺材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于产业用纺织品技术领域，具体涉及一种柔性防刺材料及其制备方法。本发明公开了一种柔性防刺材料及其制备方法，所述的柔性防刺材料是由舒适层Ⅰ、核心防刺层和舒适层Ⅱ，按照顺序叠放后经过先针刺后水刺而固结成型的复合材料，所述的舒适层可以是聚酯纤维、聚酰胺6纤维、聚酰胺66纤维中的一种或几种纤维组成的无纺布，所述的核心防刺层是超高分子量聚乙烯纤维、对位芳纶纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维纤维、高强碳纤维中的一种或者几种长丝的混合；所述的复合材料的结构特征在于舒适层的纤维以纤维束的形式穿插于核心防刺层内，形成超细纤维通道；所述的柔性防刺材料柔软、舒适、并对液湿的穿透性较好，可以用来制备柔性防刺服。

Description

一种柔性防刺材料及其制备方法

技术领域

本发明属于纺织技术领域，涉及一种防刺材料，具体涉及一种柔性防刺材料及其制备方法。

背景技术

伴随着全球经济一体化的进程，跨行业的交流活动日益频繁，特别是当今恐怖主义和暴力活动日益猖獗的时候，人们自我防护意识逐渐增强。一些国家比如中国对枪支弹药实行严格的管制措施，而来自砍刀、尖刀、匕首、锥子等锐器的伤害成为危害人们生命安全的主要威胁。在此背景下，个体防护领域的重要组成部分—基于舒适性的民用柔性防刺材料的研究与开发成为企业和研究机构跟踪的热点。但是与社会对民用柔性防刺材料的低成本、隐身性和舒适性的需求和期望相比，已开发的防刺服在防护性、舒适性、成本之间很难取得平衡。

申请号：201520683576.2，实用新型名称“柔性防刺面料”，提出利用热塑性高分子材料与高性能增强纤维复合制成的方形或多边形的小块作为防刺小模块，并利用高强度丝或绳进行连接；其制备方法虽然可以获得防水透气柔性防刺面料，但是其制备工艺及其复杂，存在防刺模块连接区域的防刺弱坏；

申请号：201610502713.7，发明名称“三维深角联机织柔性防刺织物及其制造方法”，提出利用三维深角联机织柔性防刺织物及其制造方法，却没有探究其液湿舒适性；

申请号：201610502860.4发明名称“多层多原料柔性防刺织物及其织造方法”提出利用四层不同原料的平纹组织织物来能够满足防刺和轻质柔软的要求；

申请号：201310292596.2发明名称“一种长丝无纺布的制造方法”提出了一种长丝无纺布的制造方法，为高性能长丝纤维的成网提供了方法，却没涉及多层防刺材料的制备。

现有的柔性防刺材料基本上是由高性能短纤维经过梳理-纺纱-织布方法制成的机织布、针织布或利用梳理-针刺方法制成的无纺布。这类制备方法工艺流程长，制备方式复杂，并没有考虑舒适性，特别是没有考虑液湿的传输特性；因此能否制作一种轻柔而有舒适，并能多层叠加来适应于不同的防刺领域的柔性防刺材料就是技术人员需要解决的技术问题，特别是获得一种具有液湿传输特性的柔性防刺材料将为舒适性的防刺服的制备提供基础。

发明内容

本发明为解决现有柔性防刺材料舒适性不足的技术问题，提供了一种柔性防刺材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，采用以下技术方法：

一种柔性防刺材料，包括由自上而下层叠复合固结的舒适层、核心防刺层和舒适层组成的复合材料；所述的舒适层是超细纤维层，超细纤维层可以是聚酯纤维、聚酰胺6纤维、聚酰胺66以及其他种类超细纤维组成的无纺布，超细纤维层即可以是两种或两种以上组分的超细纤维组成的超细纤维层，也可以单一组分的超细纤维层，纤维既可以是长丝，也可也是短纤维，纤维的截面既可以是圆形截面，也可以是橘瓣形、米字型等异形截面，纤维的细度在0.05D~1D之间；

所述的核心防刺层是高性能纤维层，高性能纤维可以是超高分子量聚乙烯纤维、对位芳纶纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维纤维、高强碳纤维以及其他高性能防刺纤维的一种或者几种混合；其高性能纤维是长丝结构；

所述的复合材料，其结构特征在于舒适层的超细纤维以纤维束的形式穿插于核心防刺层内，形成超细纤维通道。

本申请率先将超细纤维层作为舒适层用于柔性防刺材料，超细纤维层作为舒适层具有典型的超细纤维网状结构，具有较大的比表面积和较高的芯吸效应，因此可以快速的吸收和传输液湿。

本申请将超细纤维层和高性能长丝纤维层有机结合起来，通过将超细纤维以纤维束的形式穿插于核心防刺层内，形成超细纤维通道，来满足防刺性能要求的同时提高其液湿传输能力。本申请的一种实现方式中，25层柔性防刺材料叠加在一起可以抵抗冲击能量为24J的防刺测试（按照GA68-2008 《警用防刺服》，冲击角度0°）其穿刺厚度为35.5mm。

用于舒适层的超细纤维层的克重为30～60g/m²，用于核心防刺层的高性能长丝纤维层的克重为150~360g/m²；

本申请的另一面公开了本申请的一种柔性防刺材料的制备方法，包括：先准备超细纤维层用于舒适层，再以高性能长丝纤维为原料，采用长丝铺放成网方式制备核心防刺层，然后，按照顺序叠放后利用先针刺后水刺的复合方式制备成柔性防刺材料。

其中，长丝铺放成网方式是指利用高速摆动的分丝器将高性能长丝纤维均匀铺放成网。

其中，先针刺后水刺的复合方式的特征在于，按照顺序叠放的舒适层和核心防刺层首先经过针刺密度在300~750刺/cm²的针刺固结，再经过水刺能量为10000~30000Kj/KG的水刺固结。

本申请的关键在于柔性防刺材料是一种由两侧舒适层夹持核心防刺层组成的三层结构的复合材料，其中上下两侧舒适层为超细纤维层，并且舒适层的超细纤维以纤维束的形式穿插于核心防刺层内，形成超细纤维通道，进而赋予复合材料一定的液湿传输能力。

柔性防刺材料的制备方法，具体步骤为：

（1）核心防刺层的准备：将超细纤维从纤维筒上退绕下来，然后送入气流牵伸器中，摆丝并均匀通过在机械分丝器，铺放在托网帘上，完成核心防刺层的铺设；

（2）舒适层的准备：将舒适层Ⅰ和舒适层Ⅱ从布卷筒Ⅰ和布卷筒Ⅱ上退绕下来，铺放在托网帘15上，完成舒适层的铺设；

（3）多层纤维网的制备：纤维筒设于布卷筒Ⅰ和布卷筒Ⅱ之间，保证核心防刺层位于舒适层Ⅰ和舒适层Ⅱ之间，在真空抽吸装置的作用下，形成舒适层Ⅰ-核心防刺层-舒适层Ⅱ三明治结构的多层纤维网；

（4）柔性防刺材料的制备：将步骤（3）得到的多层纤维网送入预针刺机和主针刺中进行层间复合，最后送入预水刺机和主水刺机中，经固网获得到柔性防刺材料。

所述步骤（1）中，气流牵伸器设定的牵伸气流压力为0.35~0.6Mpa，托网帘速度4~9m/min。

所述步骤（2）中，舒适层Ⅰ和舒适层Ⅱ以4~9m/min的速度从布卷筒Ⅰ和布卷筒Ⅱ上退绕下来，托网帘速度4~9m/min。

所述步骤（4）中，针刺密度在300~750刺/cm²的针刺固结，再经过水刺能量为10000~30000Kj/KG的水刺固结。

本发明的有益效果为：

（1）本发明涉及的一种柔性防刺材料制备方法简单，工艺流程短，对长丝纤维损伤小，适合于工业化生产；

（2）本发明的柔性复合防刺材料，核心防护层采用的为高性能长丝纤维层，具有很大的强力和防刺性能，可有效提高高性能防刺纤维长丝的使用率，在达到同样防刺性能的标准下，较之短纤针刺无纺布材料和平纹机织布使用的高性能防刺纤维使用量要小的多，可有效降低产品成本；

（3）本发明柔性复合防刺材料由两层超细纤维无纺布上下包覆高性能防刺纤维长丝纤网而成，包覆层之间的高性能防刺纤维长丝纤网强力高，经水刺加固后缠结效果好，可有效的增大刀具刺入是刀刃处的的纤维聚集，提高其防刺性能，且超细纤维以纤维束的形式穿插于核心防刺层内，形成超细纤维通道，制备而成的防刺材料柔软度高，液湿传输性能好，服用性好。

附图说明

图1为柔性防刺材料的结构示意图。

图2为实施例1的工艺流程图。

图3为实施例1中柔性防刺材料的电镜图。

具体实施方式

应当理解此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

本申请综合超细纤维材料和高性能长丝纤维材料的使用特点，创造性的提出超细纤维层作为舒适层用于柔性防刺材料，进而将两层超细纤维层夹持高性能长丝纤维层制备出柔性防刺材料，同时舒适层的超细纤维以超细纤维束的形式存在于核心防刺层内提高其液湿传输能力，进而提高舒适性。

本申请的柔性防刺材料利用超细纤维层所具有较大的比表面积和较高的芯吸效应来提高其快速的吸收和传输液湿，利用高性能长丝纤维层的高强度、高模量来提高其防刺能力，将超细纤维层的网状超细纤维结构特性和高性能长丝纤维层的防刺结构特性结合起来获得一种兼具有防刺性和一定舒适性的柔性防刺材料。

在本申请柔性防刺材料的发明构思下，本申请进一步的对柔性防刺材料的制备方法进行了研究。在本申请的制备方法中，特别是采用先针刺后水刺的复合方式将上下两层超细纤维层和中间的高性能长丝纤维层固结在一起形成复合结构的柔性防刺材料，并同时利用针刺的穿刺作用将超细纤维层的超细纤维穿插于高性能长丝纤维层内形成超细纤维束。具体包括：先准备超细纤维层用于舒适层，再以高性能长丝纤维为原料，采用长丝铺放成网方式制备核心防刺层，然后，按照顺序叠放后利用先针刺后水刺的复合方式制备成柔性防刺材料。

下面通过具体实施例和附图对本申请作进一步详细说明。以下实施例仅对本申请进行进一步说明，不应理解为对本申请的限制。

实施例1

超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维-橘瓣型长丝超细纤维柔性防刺材料的制备：

本实施例的超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维-橘瓣型长丝超细纤维柔性防刺材料的工艺流程参见图2，具体步骤：

1）超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维网的准备：将400D的超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维束4从纤维筒5上退绕下来后送入到气流牵伸器6、机械分丝器7内以一定速度前进、并均匀分散，此后均匀分散的超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维在托网帘15上铺放成高性能长丝纤维网，设定牵伸气流压力0.45Mpa，托网帘速度10m/min；

2）橘瓣型长丝超细纤维层的准备：将40g/m²的聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚酰胺6橘瓣型双组分超细纤维非织造材料（纤维细度0.16D）按照10m/min的速度从布卷筒上退绕下来铺放在托网帘15，布卷筒包括布卷筒Ⅰ和布卷筒Ⅱ，此后在抽吸装置8的作用下，两层聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚酰胺6橘瓣型双组分超细纤维非织造材料夹持超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维层形成组合成三明治结构的多层纤维网9。

3）复合加固：将两层聚对苯二甲酸乙二醇酯-聚酰胺6橘瓣型双组分超细纤维非织造材料夹持超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维层形成组合成三明治结构的多层纤维网送入到预针刺机11和主针刺12中进行层间复合，设定预针刺11的针刺频率300刺/min、主针刺12的针刺频率300刺/min，总针刺密度为600刺/min，最后进行预水刺机13和主水刺机14固网获得一种柔性防刺材料10，预水刺机13内2个水刺头压力设定为40bar、80bar，主水刺机14内3个水刺头压力设定为110bar、160bar和60bar。

实施例2

超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维-海岛短纤维纤维柔性防刺材料的制备：

本实施例的超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维-海岛短纤维纤维柔性防刺材料的工艺流程参见图2，具体步骤：

1）超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维网的准备：将400D的超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维束4从纤维筒5上退绕下来后送入到气流牵伸器6、机械分丝器7内以一定速度前进、并均匀分散，此后均匀分散的超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维在托网帘15上铺放成高性能长丝纤维网，设定牵伸气流压力0.45Mpa，托网帘速度4m/min；

2）海岛短纤维超细纤维层的准备：将48g/m²的COPET/PA海岛纤维短纤维无纺布（纤维细度0.08D）按照4m/min的速度从布卷筒上退绕下来铺放在托网帘15，布卷筒包括布卷筒Ⅰ和布卷筒Ⅱ，此后在真空抽吸装置8的作用下，两层聚COPET/PA海岛纤维短纤维无纺布，夹持超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维层形成组合成三明治结构的多层纤维网9。

3）复合加固：将两层聚COPET/PA海岛纤维短纤维无纺布，夹持超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维层形成组合成三明治结构的多层纤维网送入到预针刺机11和主针刺12中进行层间复合，设定预针刺11的针刺频率200刺/min、主针刺12的针刺频率300刺/min，总针刺密度为500刺/min，最后进行预水刺机13和主水刺机14固网获得一种柔性防刺材料10，预水刺机13内2个水刺头压力设定为40bar、80bar，主水刺机14内3个水刺头压力设定为110bar、160bar和60bar。

实施例3

对位芳纶纤维-聚酯米字型短纤维超细纤维柔性防刺材料的制备：

本实施例的对位芳纶纤维-聚酯米字型短纤维超细纤维柔性防刺材料的工艺流程参见图2，具体步骤：

1）对位芳纶纤维长丝纤维网的准备：将400D的对位芳纶纤维长丝纤维束4从纤维筒5上退绕下来后送入到气流牵伸器6、机械分丝器7内以一定速度前进、并均匀分散，此后均匀分散的对位芳纶纤维长丝纤维在托网帘15上铺放成高性能长丝纤维网，设定牵伸气流压力0.35Mpa，托网帘速度9m/min；

2）米字型短纤维超细纤维层的准备：将30g/m²的聚酯米字型短纤维超细纤维非织造材料（纤维细度0.1D）按照9m/min的速度从布卷筒上退绕下来铺放在托网帘15，布卷筒包括布卷筒Ⅰ和布卷筒Ⅱ，此后在抽吸装置8的作用下，两层聚酯米字型短纤维超细纤维非织造材料夹持对位芳纶纤维长丝纤维层形成组合成三明治结构的多层纤维网9。

3）复合加固：将两层聚酯米字型短纤维超细纤维非织造材料夹持对位芳纶纤维长丝纤维层形成组合成三明治结构的多层纤维网送入到预针刺机11和主针刺12中进行层间复合，设定预针刺11的针刺频率200刺/min、主针刺12的针刺频率400刺/min，总针刺密度为600刺/min，最后进行预水刺机13和主水刺机14固网获得一种柔性防刺材料10，预水刺机13内2个水刺头压力设定为40bar、80bar，主水刺机14内3个水刺头压力设定为110bar、160bar和60bar。

实施例4

聚对苯撑苯并双噁唑纤维-聚酰胺66圆型短纤维超细纤维柔性防刺材料的制备：

本实施例的聚对苯撑苯并双噁唑纤维-聚酰胺66圆型短纤维超细纤维柔性防刺材料的工艺流程参见图2，具体步骤：

1）聚对苯撑苯并双噁唑纤维长丝纤维网的准备：将400D的聚对苯撑苯并双噁唑纤维纤维长丝纤维束4从纤维筒5上退绕下来后送入到气流牵伸器6、机械分丝器7内以一定速度前进、并均匀分散，此后均匀分散的聚对苯撑苯并双噁唑纤维纤维长丝纤维在托网帘15上铺放成高性能长丝纤维网，设定牵伸气流压力0.6Mpa，托网帘速度6m/min；

2）圆型短纤维超细纤维层的准备：将30g/m²的聚酰胺66圆型短纤维超细纤维非织造材料（纤维细度0.08D）按照6m/min的速度从布卷筒上退绕下来铺放在托网帘15，布卷筒包括布卷筒Ⅰ和布卷筒Ⅱ，此后在抽吸装置8的作用下，两层聚酰胺66圆型短纤维超细纤维非织造材料夹持聚对苯撑苯并双噁唑纤维长丝纤维层形成组合成三明治结构的多层纤维网9。

3）复合加固：将两层聚酰胺66圆型短纤维超细纤维夹持聚对苯撑苯并双噁唑纤维长丝纤维层形成组合成三明治结构的多层纤维网送入到预针刺机11和主针刺12中进行层间复合，设定预针刺11的针刺频率100刺/min、主针刺12的针刺频率200刺/min，总针刺密度为300刺/min，最后进行预水刺机13和主水刺机14固网获得一种柔性防刺材料10，预水刺机13内2个水刺头压力设定为40bar、80bar，主水刺机14内3个水刺头压力设定为110bar、160bar和60bar。

将上述实施例制备成柔性防刺复合材料，测试本发明的防刺复合材料，将测试结果与纯超高分子量聚乙烯纤维长丝纤维防刺材料进行对比，结果如下：

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种柔性防刺材料的制备方法，其特征在于：所述的柔性防刺材料为层叠复合固结的复合材料，柔性防刺材料自上而下依次为舒适层Ⅰ（1）、核心防刺层（2）和舒适层Ⅱ（3），舒适层Ⅰ（1）和舒适层Ⅱ（3）分别以纤维束的形式穿插于核心防刺层（2）内；

制备方法，步骤为：

1）核心防刺层的准备：将高性能防刺纤维从纤维筒（5）上退绕下来，然后送入气流牵伸器（6）中，并经过机械分丝器（7）的高速摆动作用而均匀的铺放在托网帘（15）上，完成核心防刺层（2）的铺设；

2）舒适层的准备：将舒适层Ⅰ（1）和舒适层Ⅱ（3）从布卷筒Ⅰ（a）和布卷筒Ⅱ(b)上退绕下来，铺放在托网帘（15）上，完成舒适层的铺设；

3）多层纤维网的制备：纤维筒设于布卷筒Ⅰ（a）和布卷筒Ⅱ（b）之间，保证核心防刺层位于舒适层Ⅰ（1）和舒适层Ⅱ（3）之间，在真空抽吸装置（8）的作用下，形成舒适层Ⅰ-核心防刺层-舒适层Ⅱ三明治结构的多层纤维网；

4）柔性防刺材料的制备：将步骤3）得到的多层纤维网送入预针刺机（11）和主针刺（12）中进行层间复合，最后送入预水刺机（13）和主水刺机（14）中，经固网获得到柔性防刺材料；

所述舒适层Ⅰ（1）和舒适层Ⅱ（3）为超细纤维层，超细纤维层为一种或多种超细纤维组成的无纺布，所述的超细纤维为聚酯、聚酰胺6或聚酰胺66，超细纤维的截面异形截面，超细纤维的细度为0.05D~1D，所述超细纤维为长丝或是短纤维，舒适层的克重为30～60g/m²；

所述核心防刺层（2）为高性能纤维层，高性能纤维层由超高分子量聚乙烯纤维、对位芳纶纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维或高强碳纤维中的一种或者几种组成，核心防刺层（2）的克重为150~500g/m²；

所述步骤1）中，气流牵伸器（6）设定的牵伸气流压力为0.35~0.6Mpa，机械分丝器的摆动频率为15~30HZ，托网帘速度4~9m/min。

2.如权利要求1所述的柔性防刺材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中，舒适层Ⅰ（1）和舒适层Ⅱ（3）以4~9m/min的速度从布卷筒Ⅰ（a）和布卷筒Ⅱ（b）上退绕下来，托网帘速度4~9m/min。

3.如权利要求1所述的柔性防刺材料的制备方法，其特征在于：所述步骤4）中，材料受到的总针刺密度为300~750刺/cm²，总水刺能量为10000~30000Kj/KG。