CN110553546B - 无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法及用途 - Google Patents

无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法及用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法。该防刺片制备的方法是先将废弃织物冲压成与模板盒形状大小一致的织物片，放入模板盒中，再在其上铺撒无机颗粒层，可以1～4对层，然后对此无机颗粒与废弃毡片或织物间隔铺放的单或多对层进行熔融压铸成厚度为0.8～2.5mm的复合防刺片。复合防刺片为平整表面的均匀密堆结构和梯度堆砌结构结合的多层结构。该复合片的高硬度和轻薄柔韧，以及无机颗粒的碰撞隔挡与反向切割作用的结合，使成形的复合防刺片刚柔相济。所用废弃织物需满足纤维组成相同或纤维熔点相近，均可熔铸再利用制成复合防刺片。可用于防恐防暴、消防、防爆炸、地震搜救及国防军事的个体防护着装用材。

Description

无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法 及用途
技术领域
本发明涉及个体防刺割、防弹着装材料，属功能技术纺织品领域，特别是柔性、轻质、高功效防刺、割、砍着装用树脂复合片材及其制备技术。
背景技术
和平时期的防恐、防暴、消防、突变事故等救援与逃生以及战争或武装行动中，均需专门化的防护装备。这些装备的基本要求是：高功效的防护功能和轻质柔软、无行动障碍的要求；而后者变得日益重要，并变得越来越轻质柔软化。我国对枪支的管控相比而言极为严格，虽然也存在刀具的管控，但较易获取和随身携带。故在防恐制暴中的着装，尤其是具有防刺、割、砍等功能的服装是保障救护人员人身安全和行动无障碍的基本装备。由于防刺在防刺、割、砍三个作用中是最难达到，且要求最高的防护功能，故人们主要关注防刺。现有的防刺材料，主要依靠硬质的金属破坏刀刃和隔挡利器，或用硬质非金属材料阻挡和损伤刀具，或用硬质高聚物来挤压、摩擦耗散冲击能量。显然，“以硬对硬”的金属材料在重量上存在缺陷；而“以软对硬”的高聚物在刀具隔挡上亦存在不足；无机硬质材料在硬度上虽然具有优势，但易脆易裂。如何将以上两者结合起来，是人们目前很少涉及的领域。而所做的研究大多集中在织物涂层和树脂片与织物粘合的技术上。在目前的工艺技术和原材料性能下，只能通过增厚的叠层材料和加大物质的质量和选择材料硬度的方式来实现防刺的效果，这属于低级的、初始阶段。其目前所能达到的最好效果是，在24焦耳冲击力下无显见穿透(国家标准)的织物平方米重最小为6.67kg/m2，即0.3平方米背心为2kg。若允许穿透最大露出长度7mm(欧洲标准)，最轻为3.33kg/m2，即0.3平方米背心为1kg。
目前对上述防刺割材料已进行了诸多研究，主要是集中在以下几种。
第一类是使用热固性树脂或热塑性材料形成防刺层以达到防刺效果。如一种非金属防弹防刺服(专利公开号：CN201577566U)使用热塑性树脂涂层的方法，并采用纤维精密排列技术使芳纶无纬布成0°/90°排列来达到防刺防弹效果；一种防弹、防刺背心(专利公开号：CN203657618U)中防护片采用树脂浸渍过的芳纶布层叠热压固化而成，具有很强的韧性和弹性；一种芳纶纤维增强树脂基防刺复合材料(专利公开号：CN102632665B)利用改性乙烯基树脂浸渍芳纶织物形成片材叠合形成，片材之间彼此独立，硬度和质量方面均有所减少；防弹且防刺的复合材料(专利公开号：CN107580550A)提供的一种柔性防刺材料主要包括三个区域构成复合防刺材料，其中包含织物和弹性体树脂或热塑性树脂的第二区作为主要防刺层；高性能非金属防刺片(专利公开号：CN105696357A)将环氧树脂和丙酮按照一定比例混合后再与聚酰胺按照一定质量比混合涂覆在芳纶机织物两面进行模压和干燥固化制成，使得防刺性能变得更加稳定，防刺性能相对较强的防刺材料；防刺复合材料及其制备方法(专利公开号：CN101936684A)采用高性能纤维形成增强体，复合在增强体上的树脂基体制成单层复合材料，开始独立的使用树脂作为复合防刺材料的一部分；多层非织造布制得防弹防刺多用复合材料及制备方法(专利公开号：US2013/0219600A1)采用树脂浸渍或者填料的非织造布通过多角度铺层制得防刺材料，非织造布的锁结达到防刺的性能；具有伸缩功能的防刺护体(专利公开号：CN107478095A)提供了一种由基布和增强复合热塑性树脂片组成的防刺结构层，数组相互成阶梯状搭接构成，且这种防刺层具有收缩功能可提高其防护性能柔软度和透气性更好；防弹防刺结构及防护服(专利公开号：CN206832131U)提供的一种防刺防弹材料包括纤维层、纤维层和树脂基体复合层，纤维层与纤维层之间成90°布置，该结构重量较轻且并不会影响到穿戴者的舒适度和灵活性；一种Z形树脂成型柔性防刺面料及其制备方法(专利公开号：CN105544228B)通过3D打印技术或者注塑技术得到Z形树脂固化物并通过热熔胶粉将其固化在成衣面料上，然后进行烘燥后制成，具有重量轻舒适、灵活等特点；一种复合热塑性防弹防刺片材(专利公开号：CN207180483U)将增强热塑性材料热熔注塑于防弹纤维集合体上，在防弹纤维集合体上打有通孔，部分增强热塑性材料热熔渗入至所述通孔中形成反面增强体，构成一体式结构，此种方案显著增强了防刺的效果，但加工比较困难并且耐用性较差。上述通过树脂浸渍或者涂覆的防刺材料要想达到标准《GA68-2008警用防刺服》的防刺要求，需要更大的质量、更厚的层数，以及材料柔性变差而导致穿着笨重且不灵活，其原因在于只存在稍硬的树脂膜，防刺效率低。若直接镀金属层，一是无法做厚，不仅增重、还易破裂；二是加工成片材，防刺主要作用仍是树脂，树脂的硬度有限，只有增加片材厚度即增材而无法减重。
第二类是在现有的芳纶机织物等基布上涂覆含有无机颗粒的高聚物，形成防刺层以达到防刺效果。一种防刺材料，用于此的涂层载体，以及由所述材料制成的服装(专利公开号：EP0972169B1)通过聚氨酯作为粘合剂将直径为0.1～3mm的无机颗粒磨粒粘附在织物表面从而达到防刺效果，防刺颗粒(专利公开号：US2004/0048536A1)通过在高性能纤维织物表面粘附一定量的固体硬质颗粒物质，涂层厚度在0.1～2mm，可以钝化刀具侵彻深度；防刺复合材料(专利公开号：US2007/0105471A1)中通过将无机颗粒涂覆于芳纶织物表面以改善材料的防刺性能；复合防刺面料及其制备方法(专利公开号：CN101125040A)采用金刚砂、碳化硅等作为增强粒子，聚氨酯、环氧树脂等作为粘结剂在基布上间隔2～20mm，排布厚度为0.1～1mm的涂层点制成复合防刺面料，质地非常柔软适用于加工各类防刺服装；柔性防刺材料、防刺体的粘结成型方法(专利公开号：CN103791778B)将注塑工艺生产的热塑性粒子或复合增强材料粒子填充在厚度为3～30mm、模孔深度在0.3～2mm、距离相距1～20mm，模孔空隙在0.2～2mm的模具中，再均匀的涂覆粘结剂或者热熔胶粉末固化粘接在基布上，制得柔性防刺材料；一种无机粉末涂层防刺布/一种复合防弹防刺材料(专利公开号：CN206430639U/CN206648524U)使用PU胶等将碳化硅等无机粉末涂层在芳纶机织布上形成一种无机粉尘涂层防刺布，单层面密度可达150～500g/m2，层数不超过10层，重量基本为现有防刺材料中的最低水平，并将此无机涂层防刺布或超薄防刺钢片作为防刺层，高性能纤维编织布作为防弹层制成防弹防刺复合材料。一种防刺防割柔性材料的制备方法(专利公开号：CN108058469A)更进一步的在织物、膜材料、橡胶材料或皮革表面涂覆胶黏剂，然后粘贴环氧树脂等有机高分子或金刚石、碳化硅等无机颗粒得到复合材料，然后经过热压得到防刺割柔性材料，该发明工艺简单成本低、重量轻等特点；一种柔性防砍防刺护体(专利公开号：CN207180485U)将设置在基布上的增强热塑性防刺片材用柔性间隙分成数个间开的任一形状组合成粒子图案，并带有凸起制得，这种方案中粒子和凸起可以较好的提高的防刺效果，但是极易磨损失效。上述将无机颗粒涂层的或者纯树脂片粘贴在基布表面的防刺材料，虽然改善了柔软性，但防刺割功效并未增加、甚至会有所下降。而且，前者会在使用过程中，因不断摩擦而使表面粒子脱落，造成防刺割性能的下降，而带来很大的安全隐患；同时，因织物太薄，无机颗粒层易解体和破洞而失效，以及刀具刺入后无机颗粒对的挤压作用基本丧失，摩擦切割作用几乎消失。
第三类防刺材料是采用传统的机织布、针织布或者非织造布通过包裹、夹带、叠加硬质或柔性剪切增稠体或者增加加筋结构使其具有防刺性能。如一种硬质防刺服(专利公开号：CN207084185U)公布的一种硬质防护服，其中内层由高抗冲聚苯乙烯板、高抗冲聚丙烯板和泡沫塑料层搭配，可拆卸式金属片，外层加铜、铝条作为加强筋的缓冲层作为主要防刺层；一种柔性防刺面料及其制备方法(专利公开号：CN107650458A)中引入缓冲凸起重复相连呈波浪形和碳纤维增强材料防刺块精心铺层后，裁剪、包边、稀疏绗缝，即得柔性防刺面料；一种柔性防刺针织物面料及其制备工艺(专利公开号：CN107587247A)公开了一种特殊针织工艺制得的防刺材料，由六个横列的线圈构成包括浮线和成圈组织，并重复循环制得防刺面料；一种柔软耐久型防刺材料的制备方法(专利公开号：CN107815870A)引入剪切增稠体与织物充分混合复合，提高了防刺材料的耐久性和柔韧性；一种柔性防刺材料及其制备方法(专利公开号：CN107385676A)公布的一种防刺材料由舒适层1、核心防刺层和舒适层；2、按照顺序层叠后经过水刺后固结形成防刺复合材料。上述几种类型的防刺材料的突出不足是加工工艺过于复杂，且人工成本较大，不易批量生产，而且加筋材料为纤维时，它的柔软性有所改善，但防刺功能有限和易于破坏且重量增加；加筋材料为金属网格时，柔性急剧下降，且防刺效率与格栅粗网及其网格空有关，是一种质量、硬度与柔性呈反比的结构。但与本发明相比，本发明的结构和材料选择完全不同于上述实例，且片间空间即穿透效率小于90％，柔软性远高于此类材料，即在防刺性能上、重量上和柔软性上远优于上述材料。
第四类防刺材料是采用硬质或软质材料制得的防刺材料。一种柔性防刺织物(专利公开号：CN107212485A)采用树脂片、纤维增强树脂片或金属合金片作为防护模块，并通过无间隙配合，从而达到防刺效果，很大的改善了防刺材料的柔软性，但主要靠金属片防刺，故重量偏重。如依据各种仿生学原理制得防刺材料，一种基于空心微蛋壳的鳞甲拼接式防刺服(专利公开号：CN108095222A)借鉴动物鳞甲分层重叠的排列方式，按照上下分层的排列布局，将所有由塑性材料制得的防刺基板水平排列而成，且防刺体上有多个中空半椭球壳体呈并列交错设置，可以减轻防刺材料重量，但防刺效果受到重叠不均的影响；鳞甲式防刺芯片及用其制成的防刺装备(专利公开号：CN105403106A)基于仿生学原理借鉴鳄鱼的鳞甲设计防刺芯片结构，包含“金字塔”和截面为扇形的柱状构件，能很好的分散刀具等锐器的穿刺，切割作用但易造成集聚刺穿；纳米管集料在碳纳米管抗冲击材料中应用及制备方法(专利公开号：WO2017128944(A1))利用碳纳米管的中空结构来吸收大量的冲击能量，碳纳米管宏观有序，微观无序状态，力求达到最优的防刺防爆效果，但尺度太小，材料刚度不足，防刺性能增加微小而成本增加；一种基于碳纤维板拼接块的防刺服(专利公开号：CN106858769A)采用多个碳纤维板并CNC加工而成的防刺片，并夹有金属薄片，经机器缝合封口制得防刺材料，防刺性能优良但太重太硬，适于马赛克式或非连续片体。
综上，现有的一些硬质或者软质防刺材料，仍普遍存在结构均一、笨重、刚硬和单一阻尼的低功效的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的问题是：目前在防刺研究中，技术层面中的组成单一化、结构单一化、机理单一化(碰撞隔挡机制或摩擦握持机制)而进行超硬微颗粒的垂直刺入方向的平面碰撞隔挡钝化机理和纳-微尺度尖锐棱角的反向切割机理的实现，来筛选微颗粒的尺度和单晶多棱角形态，设计堆砌结构而完成高概率碰撞钝化和反向切割与刮擦粗糙化作用，实现的高效阻挡刀具的刺入。在用材层面上都是应用高价值的新材料和原材料，并未涉及循环利用和废弃产品的再利用的选材。另外在上述技术层面和用材层面对比的基础上，针对前述市场上存在的防刺材料重量大、柔软性差等问题，本发明提供了一种不仅防刺性能优异并且质量轻、厚度薄的一种用弃织物与无机颗粒铺层的熔铸热压制备防刺复合片及用途。因此，本发明提出采用回用纤维材料、采取用弃毡片和织物，优化硬软材料的配置和采取致密隔档钝化防刺在先、反向切割粗糙化防刺在后的结构，来实现对上述防刺割材料中的三缺陷的解决。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)先将用于复合防刺片制备的废弃织物，以模板槽盒的表观形态一致，冲压出织物片，并将织物片放入模板槽盒中；
(2)将所述的无机颗粒均匀地铺撒在织物片的上方，形成均匀厚度的无机颗粒层；
(3)将铺层完毕的聚四氟乙烯模板盒移入高温环境熔融并加定压，以加大无机颗粒的浸润及上表层的高密度堆砌(即无机颗粒的高填充质量分数的堆砌)，并使外露的无机颗粒以平面垂直向上地基本没入纤维切段的熔体，即达到设计的复合片厚度时停止压入；
(4)在恒温和定压条件下，静置5～30min，抽真空去气泡，无机颗粒间调整均匀且松动，充分浸润并分隔后，等速降温固化；而得到高碰撞隔挡且致密排列的上表面层、均匀密堆的上层与热塑性高聚物层的下层结合的分层结构的复合防刺片，或上表面带有碰撞隔挡薄层且上层无机颗粒致密堆砌，随着往下无机颗粒堆砌密度逐渐变得稀少的梯度分布结构的复合防刺片；或为分层结构与梯度分布结构组合的复合防刺片。
优选地，所述步骤(1)中的废弃织物为已用弃的纤维毡片(即非织造布)、机织物、针织物或编织物上的完好部分；所述的完好部分应覆盖模板盒的槽面形状，以便冲制出重量基本均一的织物片；所述废弃织物是由热塑性纤维组成。
更优选地，所述热塑性纤维为聚酯纤维、聚碳酸酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维或聚酰胺纤维纤维中的一种或两种；即可以是混纺或交织织物，但两种纤维的熔点差异须小于30℃，且热降温度须大于高的熔点温的50℃以上。
优选地，所述步骤(1)中的模板槽盒是用聚四氟乙烯制成的六角形、正方形、矩形或圆形的扁平模板槽盒，即废弃织物要冲制的对应的形状。
优选地，所述步骤(2)中的无机颗粒平均粒径为1～300μm，即目数约在50～15000目；无机颗粒为碳化硅颗粒、碳化硼颗粒、氮化硼颗粒、人造金刚石中颗粒的一种或多种混合；无机颗粒为立方体或六方体外形的单晶体；无机颗粒在复合防刺片中的总填充质量分数在10～45wt％；无机颗粒在热塑性高聚物层的填充质量分数近似或等于零。
优选地，所述步骤(2)中还可重复铺垫织物片与无机颗粒层，制备多层复合防刺片。
优选地，所述步骤(3)中的高温是指比废弃织物采用的热塑性纤维的熔融温度要高5～20℃的温度。
优选地，所述的复合防刺片的厚度为0.8～2.5mm。
上述方法制备复合防刺片在防恐防暴、消防、防爆炸、地震搜救及国防军事的个体防护着装基材料中的应用。所得的复合防刺片可直接粘贴于基布上，形成刚性碰撞隔档区。
本发明的原理在于：
本发明采用废弃的毛毡片和织物，软硬配置，形成密隔档钝化防刺在先、反向切割粗糙化防刺在后的结构；超硬微颗粒的垂直刺入方向的平面碰撞隔挡钝化机理和纳-微尺度尖锐棱角的反向切割机理的实现，来筛选微颗粒的尺度和单晶多棱角形态，设计堆砌结构而完成高概率碰撞钝化和反向切割与刮擦粗糙化作用，实现的高效阻挡刀具的刺入。
本发明与现有技术的区别：
(1)使用热固性树脂或热塑性材料形成防刺层(第一类)，若直接镀金属层，一是无法做厚，不仅增重、还易破裂；二是加工成片材，防刺主要作用仍是树脂，树脂的硬度有限，只有增加片材厚度即增材而无法减重。上述依靠单一树脂层或添加金属层的方法，不仅与本发明的无机颗粒与废弃织物片层合铺放的复合树脂片的用材、配方和结构特征完全不同，尤其在废弃纤维的利用上，至今未见报道和相关研究，更无本发明所提出的碰撞隔挡钝化式的单对层和多对层(无机颗粒与用弃织物片上下对层)的铺层、熔融、压铸的分层结构及梯度分布结构的多层复合树脂片。而且，因采用碰撞隔挡钝化的防刺机理上及其主辅作用的实现上，亦完全不同。故已有的第一类方法制备的防刺材料在防刺功效和复合织物本身平方米重量上，与本发明相去甚远。
(2)芳纶机织物等基布上涂覆含有无机颗粒的高聚物形成防刺层(第二类)，将无机颗粒涂层的或者纯树脂片粘贴在基布表面的防刺材料，虽然改善了柔软性，但防刺割功效并未增加、甚至会有所下降。而且，前者会在使用过程中，因不断摩擦而使表面粒子脱落，造成防刺割性能的下降，而带来很大的安全隐患；同时，因织物太薄，无机颗粒层易解体和破洞而失效，以及刀具刺入后无机颗粒对的挤压作用基本丧失，摩擦切割作用几乎消失。而本发明的复合树脂片，既保证了织物的柔软性与纯树脂片的相同，又因无机颗粒的在作用表面的密堆与平面平整化，强化了对刀具的碰撞阻隔与钝化作用。同时，在复合防刺片上增强了碰撞隔挡钝化作用机理，即故在无增厚条件下，在防刺功效不变下，实现减重15％以上。
(3)采用传统的机织布、针织布或者非织造布通过包裹、夹带、叠加硬质或柔性剪切增稠体或者增加加筋结构使其具有防刺性能(第三类)，但与本发明相比，本发明的结构和材料选择完全不同于上述实例，且片间空间即穿透效率小于90％，柔软性远高于此类材料，即在防刺性能上、重量上和柔软性上远优于上述材料。这是完全均质结构的防刺原理与选材，其只有通过增加材料的厚度和硬度完成，与本发明的复合结构和防刺机理完全不同。
(4)采用硬质或软质材料制得的防刺材料(第四类)，制得的防刺材料的主要不足，也是质量过大的问题，且伴随着制备工艺复杂，这与早期人工制作甲胄的问题相同。显然，本发明的复合防刺片不仅在硬度和制备形态上明显优于本类防刺类专利，而且在柔软性、平方米重和可产业化实施上，本发明亦明显优于此类方法。
本发明的有益效果在于：
(1)由于热塑性纤维切段和无机颗粒的密度远低于金属，尤其是硬金属，故同样防刺功效的树脂片的质量可成倍减少，而制得轻质的防刺、割材料，且能高效利用一般热塑性纤维；
(2)由于无机颗粒填充可达20％～55％，且所述的无机颗粒多为多角形，尖角尺寸为微米尺度，小于或者远小于一般刀具的刃口或尖端，故能切入刀具刃口，形成反向切割，并钝化尖端及刃口。
(3)由于采取热塑性混合熔铸方式，可使复合片的韧性更大、强度更强，无机颗粒可以填充更均匀，甚至可以分层，以得到高密度层对刀具的高效反切割和快速阻隔减速；
(4)所需材料易得，温度可直接调节热塑性树脂的流动性和固化点，故制备周期更短，且制备过程简洁，可直接进行产业化。
附图说明
图1是本发明无机颗粒与废弃毡片及织物的分层铺垫熔铸制备的分层结构的复合防刺片的截面示意图。其中：上表层为无机颗粒致密排列薄层，并且其表平面与复合防刺片表面平行；上层为致密堆砌排列的结构；下层为热塑性高聚物层，是由废弃毡片或织物熔融压铸凝固而成；其中，1-无机颗粒；2-用弃毡片或织物；图2是本发明无机颗粒与废弃毡片及织物的分层铺垫熔铸制备的梯度分布结构的复合防刺片的截面示意图。其中：上表层为无机颗粒致密排列薄层，并且其表平面与复合防刺片表面平行；梯度层为无机颗粒由上至下逐渐变得稀疏的呈梯度分布排列的结构层；下层为热塑性高聚物层，是由废弃毡片或织物熔融压铸凝固而成；其中，1-无机颗粒；2-用弃毡片或织物；
图3是本发明无机颗粒与废弃毡片及织物的分层铺垫熔铸制备的分层结构与梯度分布结构结合的复合防刺片的截面示意图。其中：上层为分层结构层，包括：无机颗粒致密排列薄层(其表平面与复合防刺片表面平行)和致密堆砌排列的结构；中间层为梯度分布层包括无机颗粒致密排列薄层(其表平面与复合防刺片表面平行)与梯度层(无机颗粒由上至下逐渐变得稀疏的呈梯度分布排列的结构层)；下层为热塑性高聚物层，是由废弃毡片或织物熔融压铸凝固而成；其中，1-无机颗粒；2-用弃毡片或织物。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1-4中的原材料及设备为国家重点研发计划(2016YFC0802802)资助项目。
如图1-3所示，本发明的无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法，具体包括以下步骤：
(1)先将用于复合防刺片制备的废弃织物，以模板槽盒的表观形态一致，冲压出织物片，并将织物片放入模板槽盒中；废弃织物为已用弃的纤维毡片(即非织造布)、机织物、针织物或编织物上的完好部分；所述的完好部分应覆盖模板盒的槽面形状，以便冲制出重量基本均一的织物片；所述废弃织物是由热塑性纤维组成；所述热塑性纤维为聚酯纤维、聚碳酸酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维或聚酰胺纤维纤维中的一种或两种；模板槽盒是用聚四氟乙烯制成的六角形、正方形、矩形或圆形的扁平模板槽盒；
(2)将所述的无机颗粒均匀地铺撒在织物片的上方，形成均匀厚度的无机颗粒层；无机颗粒平均粒径为1～300μm；无机颗粒为碳化硅颗粒、碳化硼颗粒、氮化硼颗粒、人造金刚石中颗粒的一种或多种混合；无机颗粒为立方体或六方体外形的单晶体；无机颗粒在复合防刺片中的总填充质量分数在10～45wt％；无机颗粒在热塑性高聚物层的填充质量分数近似或等于零；还可重复铺垫织物片与无机颗粒层，制备多层复合防刺片；
(3)将铺层完毕的聚四氟乙烯模板盒移入高温(比废弃织物采用的热塑性纤维的熔融温度要高5～20℃的温度)环境熔融并加定压，以加大无机颗粒的浸润及上表层的高密度堆砌(即无机颗粒的高填充质量分数的堆砌)，并使外露的无机颗粒以平面垂直向上地基本没入纤维切段的熔体，即达到设计的复合片厚度时停止压入；
(4)在恒温和定压条件下，静置5～30min，抽真空去气泡，无机颗粒间调整均匀且松动，充分浸润并分隔后，等速降温固化；而得到高碰撞隔挡且致密排列的上表面层、均匀密堆的上层与热塑性高聚物层的下层结合的分层结构的复合防刺片，或上表面带有碰撞隔挡薄层且上层无机颗粒致密堆砌，随着往下无机颗粒堆砌密度逐渐变得稀少的梯度分布结构的复合防刺片；或为分层结构与梯度分布结构组合的复合防刺片，复合防刺片的厚度为0.8～2.5mm。
制得的防刺树脂片的总面密度、厚度等详细表中所列，依据我国公安部GA68-2008《警用防刺服》标准检测，达到防护要求，目前现有的非金属防刺材料达到该标准所要求的总面密度均成倍高于6.66kg/m2，故实验不允许任何穿透长度(即穿透长度＝0)，并刺穿概率记为0。由此，记录其有效防刺的总能量和不被刺穿的织物减重率δ。
实施例1
采用平均粒径300μm的立方碳化硼颗粒与聚酰胺树脂，所得到的匀质密堆层填充质量分数为44.7％，密度梯度分布层填充质量分数为45.2％，所成的多层织物的整体平方米克重为5.15kg/m2，详细见表1中所列。
所得的复合防刺片直接粘贴于多层织物上，该多层复合织物的刺穿概率为零。若折算成目前6.66kg/m2的织物，其耐刺割能量为28.7J，相当于目前常规平方米克重(6.66kg/m2)来说，可以减重约22.7％，该织物是将复合片将高硬度和轻薄柔韧，以及无机颗粒的碰撞隔挡与反向切割作用的结合使其防刺性能提升，并可做到轻质化和柔软化。
实施例2
采用平均粒径150μm的碳化硼颗粒和碳化硅颗粒与聚酰胺树脂，所得到的匀质密堆层填充质量分数为36.6％，密度梯度分布层填充质量分数为44.5％，所成的多层织物的整体平方米克重为5.23kg/m2，详细见表1中所列。
所得的复合防刺片直接粘贴于多层织物上，该多层复合织物的刺穿概率为零。若折算成目前6.66kg/m2的织物，其耐刺割能量为27.6J，相当于目前常规平方米克重(6.66kg/m2)来说，可以减重约21.5％，该织物是将复合片将高硬度和轻薄柔韧，以及无机颗粒的碰撞隔挡与反向切割作用的结合使其防刺性能提升，并可做到轻质化和柔软化。
实施例3
采用平均粒径150μm的碳化硼颗粒和碳化硅颗粒与聚酰胺树脂，所得到的匀质密堆层填充质量分数为36.6％，密度梯度分布层填充质量分数为44.5％，所成的多层织物的整体平方米克重为5.23kg/m2，详细见表1中所列。
所得的复合防刺片直接粘贴于多层织物上，该多层复合织物的刺穿概率为零。若折算成目前6.66kg/m2的织物，其耐刺割能量为26.5J，相当于目前常规平方米克重(6.66kg/m2)来说，可以减重约21.8％，该织物是将复合片将高硬度和轻薄柔韧，以及无机颗粒的碰撞隔挡与反向切割作用的结合使其防刺性能提升，并可做到轻质化和柔软化。
实施例4
采用平均粒径30μm的立方氮化硼颗粒与聚丙烯树脂，所得到的匀质密堆层填充质量分数为20.6％，密度梯度分布层填充质量分数为37.1％，最后所成的多层复合片的整体平方米克重为5.33kg/m2，详细见表1中所列。
所得的复合防刺片直接粘贴于多层织物上，该多层复合织物的刺穿概率为零。若折算成目前6.66kg/m2的织物，其耐刺割能量为26.6J，相当于目前常规平方米克重(6.66kg/m2)来说，可以减重约20.0％，该织物是将复合片将高硬度和轻薄柔韧，以及无机颗粒的碰撞隔挡与反向切割作用的结合使其防刺性能提升，并可做到轻质化和柔软化。
表1.防刺复合片的工艺配方与条件和实施结果
Figure GDA0002965659060000111
Figure GDA0002965659060000121
注：其中所述的减重率δ为现有水平平方米克重Gs与实测织物平方米克重G0的差值与现有水平平方米克重Gs的比值
δ＝(GS-G0)/GS*100％ (1)
其中所述的刺穿概率p为10次试验中的刺穿的次数n的百分率
p＝n/10*100％ (2)
所述的刺穿能量，是指防刺复合织物最小刺穿的能量E0。

Claims (9)

1.一种无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)先将用于复合防刺片制备的废弃织物，以模板槽盒的表观形态一致，冲压出织物片，并将织物片放入模板槽盒中；
(2)将所述的无机颗粒均匀地铺撒在织物片的上方，形成均匀厚度的无机颗粒层；
(3)将铺层完毕的聚四氟乙烯的模板槽盒移入高温环境熔融并加定压，以加大无机颗粒的浸润及上表层的高密度堆砌，并使外露的无机颗粒以平面垂直向上地基本没入织物片的熔体，即达到设计的复合片厚度时停止压入；
(4)在恒温和定压条件下，静置5～30min，抽真空去气泡，无机颗粒间调整均匀且松动，充分浸润并分隔后，等速降温固化；而得到高碰撞隔挡且致密排列的上表面层、均匀密堆的上层与热塑性高聚物层的下层结合的分层结构的复合防刺片，或上表面带有碰撞隔挡薄层且上层无机颗粒致密堆砌，随着往下无机颗粒堆砌密度逐渐变得稀少的梯度分布结构的复合防刺片；或为分层结构与梯度分布结构组合的复合防刺片。
2.如权利要求1所述的无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的废弃织物为已用弃的纤维毡片、机织物、针织物或编织物上的完好部分；所述的完好部分应覆盖模板槽盒的槽面形状；所述废弃织物是由热塑性纤维组成。
3.如权利要求2所述的无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法，其特征在于，所述热塑性纤维为聚酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维或聚酰胺纤维中的一种或两种；当热塑性纤维是两种时，两种纤维的熔点差异须小于30℃，且热降温度须大于高的熔点温度50℃以上。
4.如权利要求1所述的无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的模板槽盒是用聚四氟乙烯制成的六角形、正方形、矩形或圆形的扁平模板槽盒。
5.如权利要求1所述的无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的无机颗粒平均粒径为1～300μm；无机颗粒为碳化硅颗粒、碳化硼颗粒、氮化硼颗粒、人造金刚石中颗粒的一种或多种混合；无机颗粒为六方体外形的单晶体；无机颗粒在复合防刺片中的总填充质量分数在10～45wt％；无机颗粒在热塑性高聚物层的填充质量分数近似或等于零。
6.如权利要求1所述的无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法，其特征在于，所述步骤(2)中还可重复铺垫织物片与无机颗粒层，制备多层复合防刺片。
7.如权利要求1所述的无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法，其特征在于，所述步骤(3)中的高温是指比废弃织物采用的热塑性纤维的熔融温度要高5～20℃的温度。
8.如权利要求1所述的无机颗粒与废弃织物的分层铺垫熔铸制备复合防刺片的方法，其特征在于，所述的复合防刺片的厚度为0.8～2.5mm。
9.权利要求1～8任一项所述方法制备复合防刺片在防恐防暴、消防、防爆炸、地震搜救及国防军事的个体防护着装基材料中的应用。
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