CN109141121A - 一种新型防弹材料及防弹衣 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型防弹材料及防弹衣，其特征在于，由浸渍剪切增稠液体的纤维编织物层、气凝胶材料层和保护套构成，所述保护套具有两个空腔，所述浸渍剪切增稠液体的纤维编织物层和气凝胶材料层分别填充在保护套的两个空腔中。本发明提供的一种新型防弹材料具有防弹等级高、轻质等特点，利用本发明的防弹材料制得的防弹衣不仅具有优异的防止子弹贯穿、吸收子弹冲击波的特性，还具有轻便、柔软、舒适、保温、防火等服用性能，市场前景巨大。
Description
技术领域
本发明涉及防弹材料领域和防弹衣领域，尤其涉及一种含气凝胶的新型防弹复合材料领域和含气凝胶的新型防弹衣领域。
背景技术
防弹衣是在特定的环境下为了保证人的生存而穿戴的个体防护装备，其主要保护前胸和后背，防止子弹及破片对人体重要部位造成伤害。防弹衣应当具备两方面性能：（1）功能性，即阻挡子弹进入人体，缓冲和吸收子弹产生的冲击力和震动波，抵抗多次射击；（2）服用性，即质轻、柔软、舒适以及军警穿戴防弹衣后具有良好的战斗机动性。
防弹衣可分为三类：（1）硬体防弹衣：以特种钢板、超强铝合金等金属材料或者氧化铝、碳化硅陶瓷等为主体防弹材料，其防弹行能优异，但是服用性差，影响军警的战斗机动性，军警只在十分危险的情况下使用；（2）软体防弹衣：以高性能纺织纤维（主要为芳纶纤维和超高模量聚乙烯纤维）为主，采用纺织品结构，质轻舒适，防弹等级只能达到Ⅱ级（GJB4300-2002《军用防弹衣安全技术性能要求》），军警执行日常任务时使用；（3）软硬复合体防弹衣：软硬复合体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，以硬质材料作为夹层面板和内部增强材料，仍然具有硬式防弹衣的服用性差问题。
如何解决硬体防弹衣服用性能差和软体防弹衣防弹等级低的矛盾问题，研制新型高性能防弹衣是当下研究热点和难点。
发明内容
本发明针对上述问题，旨在提高软体防弹衣的防弹等级和防御非贯穿性伤害的能力，提供一种新型防弹材料和防弹衣。
一种新型防弹材料，由浸渍剪切增稠液体的纤维编织物层、气凝胶材料层和保护套构成，所述保护套具有两个空腔，所述浸渍剪切增稠液体的纤维编织物层和气凝胶材料层分别填充在保护套的两个空腔中。
在其中一个实施例中，所述纤维为芳纶纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、金属纤维中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述纤维编织物层的编织方式为梭织、针织、非织造中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述剪切增稠液体主要由固体分散相和液态分散介质构成，所述固体分散相包括纳米二氧化硅颗粒、纳米蒙脱土颗粒、纳米碳酸钙颗粒、纳米聚苯乙烯颗粒、纳米聚甲基丙烯酸甲酯颗粒、硼化有机硅聚合物中的一种或多种，所述液态分散介质为水、乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、聚乙二醇中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述气凝胶材料为气凝胶、纤维增强气凝胶、胶粘剂增强气凝胶。
在其中一个实施例中，所述气凝胶的形态为块状、颗粒状或粉体状。
在其中一个实施例中，所述保护套的材质为防水布或柔性塑料，所述柔性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物中的一种。
一种防弹衣，由前述任一新型防弹材料与衣套构成，所述新型防弹材料按照排列方式固定在衣套中间或者嵌插在衣套的内侧和/或外侧。
上述新型防弹材料具有防弹等级高、轻质等特点，利用本发明的防弹材料制得的防弹衣不仅具有优异的防止子弹贯穿、吸收子弹冲击波的特性，还具有轻便、柔软、舒适、保温、防火等服用性能，市场前景巨大。
附图说明
图1为本发明的新型防弹材料的界面剖析图，图2为本发明的新型防弹材料的立体图；
1—气凝胶材料层，2—浸渍剪切增稠液体的纤维编织物层，3—保护套。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
本发明的新型防弹材料的一种实施例，如图1和图2所示，由浸渍剪切增稠液体的纤维编织物层2、气凝胶材料层1和保护套3构成，所述保护套3具有两个空腔，所述浸渍剪切增稠液体的纤维编织物层2和气凝胶材料层1分别填充在保护套的两个空腔中。
如此，利用特定的编织方式（如多轴向铺层系统、单向带层合无纬布等），得到的纤维织物遭遇子弹时，利用纤维从织物拔出和纤维撕裂等行为降低子弹速度，阻挡子弹贯穿，但是单独使用纤维织物的防弹衣防弹等级低，纤维织物厚；
剪切增稠液体是一种非牛顿流体，在低应变率的情况下（如穿戴者做正常运动时），剪切增稠液体具有柔软流动性，而在高应变率的情况下（如遭到弹道冲击时），剪切增稠液体会快速变稠，变坚硬，并且不受温度影响；
纤维编织物浸渍剪切增稠液体后，可以提高遭遇子弹时纤维从织物拔出或纤维撕裂所需的能量，拓宽子弹撞击能量分散区域，减少纤维织物的厚度；
气凝胶是一种具有三维网络骨架结构和纳米级孔洞的无机固体材料，具有极高的孔隙率和比表面积、极低的密度和固含量、化学惰性、不燃性，表现出优异的轻质、绝热、防火、防爆、减震吸能等特性，可以有效降低子弹速度（子弹进入气凝胶时必须穿过无数孔壁，能量快速衰减），吸收子弹产生的冲击力和震动波（震动波在气凝胶的纳米级孔洞内的传播速度很慢，声波在气凝胶内的传播速度约为110m/s），降低防弹材料的重量（气凝胶的密度为100kg/m3），阻隔子弹产生的热量（气凝胶的导热系数为0.013W/m·K）；因此，气凝胶与浸渍剪切增稠液体的纤维织物具有协同抗弹作用，提高浸渍剪切增稠液体的纤维织物的抵抗子弹贯穿特性，降低浸渍剪切增稠液体的纤维织物的厚度，并且气凝胶可以高效吸收子弹被阻挡而形成的震动波，避免造成人体二次伤害（如果子弹产生的冲击波不被有效分散和吸收，容易导致人体组织挫伤和骨折，严重影响军警的机动性），同时气凝胶可以大大减轻防弹衣的重量，赋予防弹衣隔热保温的特性。
本实施例中，所述纤维为芳纶纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、金属纤维中的一种或多种，优选芳纶纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维。
如此，芳纶纤维密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型，其强度是同等质量钢铁的5倍；
碳纤维具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特性，强度是钢铁的20倍；
超高分子量聚乙烯纤维具有高比强度、高比模量，比强度是同等截面钢丝的十多倍，比模量仅次于碳纤维。
本实施例中，所述纤维编织物层的编织方式为梭织、针织、非织造中的一种或多种。
如此，对相同的纤维进行不同的编织方式得到的纤维编织物具有不同的密度、不同的柔韧性、不同的抗弹性能，根据防弹等级和所需服用性选择合适的编织方式。
本实施例中，所述剪切增稠液体主要由固体分散相和液态分散介质构成，所述固体分散相包括纳米二氧化硅颗粒、纳米蒙脱土颗粒、纳米碳酸钙颗粒、纳米聚苯乙烯颗粒、纳米聚甲基丙烯酸甲酯颗粒、硼化有机硅聚合物中的一种或多种，所述液态分散介质为水、乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、聚乙二醇中的一种或多种。
此外，具有剪切增稠特性和非牛顿力学特性的液体均适用于本发明。
本实施例中，所述气凝胶材料为气凝胶、纤维增强气凝胶、胶粘剂增强气凝胶。
如此，本发明的气凝胶可以为SiO2气凝胶、TiO2气凝胶、Fe3O4气凝胶等中的一种或多种；本发明的纤维增强气凝胶可以为玻璃纤维增强SiO2气凝胶、玄武岩纤维增强SiO2气凝胶、芳纶纤维增强SiO2气凝胶等中的一种或多种；本发明的胶粘剂增强气凝胶可以为利用胶粘剂将气凝胶板材或气凝胶颗粒或气凝胶粉体粘结在一起得到的复合材料，其中胶粘剂可以为有机胶粘剂（如松香树脂、醇酸树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、有机硅树脂、氟碳树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚丙烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂）、无机胶粘剂（如水泥、石膏、石灰石、水玻璃、氧化铜-磷酸胶）。
本实施例中，所述气凝胶的形态为块状、颗粒状或粉体状。
如此，气凝胶的宏观形态不会影响气凝胶的微观纳米多孔结构，因此气凝胶的隔热保温、减震吸能等特性不受其宏观形态影响。
本实施例中，所述保护套的材质为防水布或柔性塑料，所述柔性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物中的一种。
如此，保护套保护浸渍剪切增稠液体的纤维编织物层中的液体不流出，保护气凝胶颗粒或粉体不溢出，并且保护套将两层材料连接在一起，在一定程度上分散和减弱子弹的冲击波。
本发明的一种防弹衣，由前述任一新型防弹材料与衣套构成，所述新型防弹材料按照排列方式固定在衣套中间或者嵌插在衣套的内侧和/或外侧。
优选的，将本发明的浸渍剪切增稠液体的纤维编织物层作为迎弹面，可以有效缓冲子弹对人体的冲击力，阻挡子弹对人体产生的伤害，气凝胶层作为贴身面，一方面，有效吸收子弹被阻挡而形成的震动波，避免二次伤害；另一方面，如果子弹贯穿浸渍剪切增稠液体的纤维编织物层，气凝胶可以二次阻挡子弹或子弹引起的凸起，子弹或凸起进入气凝胶时必须穿过无数孔壁，能量快速衰减，避免冲击波或凸起对人体造成的不适感。
上述新型防弹材料具有防弹等级高、轻质等特点，利用本发明的防弹材料制得的防弹衣不仅具有优异的防止子弹贯穿、吸收子弹冲击波的特性，还具有轻便、柔软、舒适、保温、防火等服用性能，市场前景巨大。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种新型防弹材料，其特征在于，由浸渍剪切增稠液体的纤维编织物层、气凝胶材料层和保护套构成，所述保护套具有两个空腔，所述浸渍剪切增稠液体的纤维编织物层和气凝胶材料层分别填充在保护套的两个空腔中。
2.根据权利要求1所述一种新型防弹材料，其特征在于，所述纤维为芳纶纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维、金属纤维中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述一种新型防弹材料，其特征在于，所述纤维编织物层的编织方式为梭织、针织、非织造中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述一种新型防弹材料，其特征在于，所述剪切增稠液体主要由固体分散相和液态分散介质构成，所述固体分散相包括纳米二氧化硅颗粒、纳米蒙脱土颗粒、纳米碳酸钙颗粒、纳米聚苯乙烯颗粒、纳米聚甲基丙烯酸甲酯颗粒、硼化有机硅聚合物中的一种或多种，所述液态分散介质为水、乙二醇、丙二醇、丁二醇、甘油、聚乙二醇中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述一种新型防弹材料，其特征在于，所述气凝胶材料为气凝胶、纤维增强气凝胶、胶粘剂增强气凝胶。
6.根据权利要求5所述一种新型防弹材料，其特征在于，所述气凝胶的形态为块状、颗粒状或粉体状。
7.根据权利要求1所述一种新型防弹材料，其特征在于，所述保护套的材质为防水布或柔性塑料，所述柔性塑料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈─丁二烯─苯乙烯共聚合物中的一种。
8.一种防弹衣，其特征在于，由前述任一权利要求所述的新型防弹材料与衣套构成，所述新型防弹材料按照排列方式固定在衣套中间或者嵌插在衣套的内侧和/或外侧。
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