CN110657709A - 用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法及用途 - Google Patents

用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法及用途 Download PDF

Info

Publication number
CN110657709A
CN110657709A CN201910922424.6A CN201910922424A CN110657709A CN 110657709 A CN110657709 A CN 110657709A CN 201910922424 A CN201910922424 A CN 201910922424A CN 110657709 A CN110657709 A CN 110657709A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stab
waste fiber
fiber cut
composite sheet
inorganic particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910922424.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110657709B (zh
Inventor
刘洪玲
于伟东
陈立富
刘晓艳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Donghua University
National Dong Hwa University
Original Assignee
Donghua University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Donghua University filed Critical Donghua University
Priority to CN201910922424.6A priority Critical patent/CN110657709B/zh
Publication of CN110657709A publication Critical patent/CN110657709A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110657709B publication Critical patent/CN110657709B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H1/00—Personal protection gear
    • F41H1/02—Armoured or projectile- or missile-resistant garments; Composite protection fabrics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/006—Pressing and sintering powders, granules or fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/14—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles in several steps
    • B29C43/146—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles in several steps for making multilayered articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/12—Layered products comprising a layer of synthetic resin next to a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/28—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42
    • B32B27/281—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising synthetic resins not wholly covered by any one of the sub-groups B32B27/30 - B32B27/42 comprising polyimides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/32—Layered products comprising a layer of synthetic resin comprising polyolefins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B37/00—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/02—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by structural features of a fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B9/00—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00
    • B32B9/04—Layered products comprising a layer of a particular substance not covered by groups B32B11/00 - B32B29/00 comprising such particular substance as the main or only constituent of a layer, which is next to another layer of the same or of a different material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C43/00—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor
    • B29C43/02—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C43/14—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles in several steps
    • B29C43/146—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles in several steps for making multilayered articles
    • B29C2043/147—Compression moulding, i.e. applying external pressure to flow the moulding material; Apparatus therefor of articles of definite length, i.e. discrete articles in several steps for making multilayered articles by compressing after the laying of further material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2007/00—Flat articles, e.g. films or sheets
    • B29L2007/002—Panels; Plates; Sheets

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法及用途。该防刺复合片是先将废弃纺织品切片、开松、粉碎，然后切断成1～10mm长的纤维切段，再与无机颗粒混合或铺一层纤维切段再铺层无机颗粒，然后对混合片层或铺层片层进行热熔融压铸，制成均匀密度和梯度密度的热塑型防刺复合片。该防刺复合片为碰撞隔挡为主，反向切割刺入锐器为辅的防刺防割机理，且使用面为高密平整的刚性表面，实施隔挡钝化；反面为柔韧表面，抗冲击和变形耗能作用强，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头盔、护甲的基材材料。

Description

用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的 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。
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。上述方案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。
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
本发明所要解决的技术问题是克服现有防刺材料结构均一、笨重、刚硬和单一阻尼的低功效的缺陷，提供一种用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废弃纤维体切碎形成废弃纤维切段，其长度为1～10mm，并处于单纤维分离状态；
(2)将(1)中的废弃纤维切段与无机颗粒均匀混合后，均匀地铺散与聚四氟乙烯槽盒中形成混合体；或先将废弃纤维切段均匀铺散于聚四氟乙烯槽盒中形成废弃纤维切段层，再将无机颗粒均匀铺散在废弃纤维切段层上，形成纤维切段在下，无机颗粒在上的双分层结构；或重复铺散形成废弃纤维切段层与无机颗粒层，形成多层双分层结构；
(3)对(2)所获得的混合体或双分层结构或多层双分层结构，在高温下进行熔融，以获得无机颗粒与废弃纤维切段的熔体的混合流体；
(4)在维持高温环境下，对(3)中的混合流体静置真空去气泡，自然沉降，并沿水平方向轻微振动槽盒；在混合体结构中，当无机颗粒的体积分数为50～60％时(无机颗粒填充体积分数与纤维切段的填充体积分数之和为100％)，静置3～20min，形成均质高密堆砌结构；当无机颗粒的体积分数为20～45％时(无机颗粒填充体积分数与纤维切段的填充体积分数之和为100％)，静置6～60min，形成梯度分布堆砌结构；对于双分层结构或多层双分层结构，静置15～90min，形成分层高密堆砌结构；
(5)在完成(4)的静置、去泡、沉降的所需结构成形后，逐渐降温固化，制成稳定填充堆砌结构的防刺复合片。
优选地，所述步骤(1)中的废弃纤维切段为聚酯纤维、聚碳酸酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维或聚酰胺纤维等废弃的热塑性高聚物纤维中的一种或多种；当废弃纤维切段为多种纤维时，不同纤维间的熔点温度差须小于30℃，并且熔融加工的高温的最大温度值须小于其中最低热降解温度40℃。
优选地，所述(2)中无级颗粒平均粒径为30～300μm，即目数约在50～500目；无机颗粒为碳化硅颗粒、氮化硼颗粒、碳化硼颗粒、人造金刚石颗粒中的一种或多种混合；无机颗粒为大平面的、立方体或六方体外形的晶体。
优选地，所述步骤(2)中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。
优选地，所述步骤(3)与(4)中的高温为比所述废弃纤维的熔融温度高5～20℃的温度。该高温与所述的静置时间结合，可在较短的时间实现所述的高密堆砌结构的成形；或可在较长时间内实现所述梯度分布堆砌结构的成形。
优选地，所述的防刺复合片厚度为0.5～2mm。
上述方法制备的防刺复合片在防恐防暴、消防、防爆炸、地震搜救及国防军事的个体防护着装基材中的应用。所得防刺复合片可直接粘贴于织物，形成刚性碰撞隔挡层。
本发明的原理在于：
对于均质高密堆砌结构，无明显正反面差异与使用要求，均质结构为碰撞隔挡钝化机制与反向切割粗糙化机制并重的防刺机理。
对于梯度分布堆砌结构，无机颗粒有明显的沉降而形成上疏下密的梯度分布，且混合熔体中的无机颗粒在反(底)表面形成平整的、堆砌密度相对最大的高碰撞隔挡概率表平面，其是无机颗粒沉降形成的最为致密的表平面，为刺入时碰撞隔挡钝化主机制的刚性正面，而上层为坚韧弹性的反向切割粗糙化机制的耗能层。
对于分层高密堆砌结构，正(上)表面结构相对最为致密，存在明显的正反面差异与正面面向刺入刀具的使用要求，分层结构为碰撞隔挡钝化机制为主，反向切割粗糙化机制为辅的防刺机理。
所述的碰撞隔挡钝化机理，是指刺入尖端在冲击碰撞无机颗粒表平面时，因自身硬度低于无机颗粒，且又无法回避而产生尖端钝化，进而推动体积与尺寸更大的无机颗粒移动或钝化的头端刺入，阻力陡增而加速减速的防刺机理。
所述的反向切割粗糙化机理，是指刺入刀具的尖端在粗细尺寸相比无机颗粒单晶体的棱角要粗大，反而形成刀具刺入时，被无机颗粒的棱角反向刺入、刮擦的切割，使刀具尖端粉碎、开花或粗糙化，而阻力成倍增加、加大耗能与减速的防刺机理。
本发明的有益效果在于：
(1)由于废弃纤维的来源广泛且易得，而对废弃纤维回收及循环利用不仅可减少污染与浪费，而且可生态环保、节约资源、提高经济效率，是人当今主流；
(2)常规是先混合和非常规的直接薄铺层的混合，均制作简易可行，尤其后者，更为简捷，省时节能；
(3)利用无机颗粒的自重和废弃纤维熔融的流动性，完成无机颗粒堆砌结构的重构，既可高密均质结构，亦可梯度分布结构，还可形成底面的高密、平面堆砌，这是碰撞隔挡钝化机理的典型表面成形的智慧方法；
(4)通过最简单的铺层方法，便可实现无机颗粒在废弃纤维中的均匀分布；通过调控温度与时间，实现无机颗粒的致密填充分数或梯度分布堆砌，为结构再造的实用制备技术；
(5)制备过程简捷、可行，调控参数常用、方便，制备周期短且可调，产业化可行性高，产品使用面广。
附图说明
图1是本发明用废弃纤维与无机颗粒混合热轧铸几种防刺复合片的工艺成型流程图；其中1-无机颗粒；2-废弃纤维段；3-均匀混合；4-双层铺层法；5-多层间隔铺层法。
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。请补充本发明所使用的材料的厂家及规格
如图1所示，本发明提供了一种用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法，具体步骤如下：
(1)将废弃纤维体切碎形成废弃纤维切段，其长度为1～10mm，并处于单纤维分离状态；
(2)将(1)中的废弃纤维切段与无机颗粒均匀混合后，均匀地铺散与聚四氟乙烯槽盒中形成混合体；或先将废弃纤维切段均匀铺散于聚四氟乙烯槽盒中形成废弃纤维切段层，再将无机颗粒均匀铺散在废弃纤维切段层上，形成纤维切段在下，无机颗粒在上的双分层结构；或重复铺散形成废弃纤维切段层与无机颗粒层，形成多层双分层结构；
(3)对(2)所获得的混合体或双分层结构或多层双分层结构，在高温下进行熔融，以获得无机颗粒与废弃纤维切段的熔体的混合流体；
(4)在维持高温环境下，对(3)中的混合流体静置真空去气泡，自然沉降，并沿水平方向轻微振动槽盒；在混合体结构中，当无机颗粒的体积分数为50～60％时(无机颗粒填充体积分数与纤维切段的填充体积分数之和为100％)，静置3～20min，形成均质高密堆砌结构；当无机颗粒的体积分数为20～45％时(无机颗粒填充体积分数与纤维切段的填充体积分数之和为100％)，静置6～60min，形成梯度分布堆砌结构；对于双分层结构或多层双分层结构，静置(15)～(90)min，形成分层高密堆砌结构；
(5)在完成(4)的静置、去泡、沉降的所需结构成形后，逐渐降温固化，制成稳定填充堆砌结构的防刺复合片。
实施例1
采用平均粒径200μm的碳化硼颗粒与聚酰胺纤维混合热轧铸，无机颗粒/高聚物体积分数比为58:42，在多层织物上贴附防刺复合片，所成的多层织物的整体平方米克重为5.26kg/m2，详细见表1中所列。该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29.4J，相当于目前常规平方米克重(6.66kg/m2)来说，可以减重约21.0％，采用均质高密堆砌结构，属于均质结构，为碰撞隔挡钝化机制与反向切割粗糙化机制并重的防刺机理，可见其防刺性能的提升，并可做到轻质化和柔软化。
实施例2
采用平均粒径30μm的人造金刚石颗粒与聚酰亚胺纤维混合热轧铸，无机颗粒/高聚物体积分数比为25:75，在多层织物上贴附防刺复合片，所成的多层织物的整体平方米克重为5.14kg/m2，详细见表1中所列。该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30.5J，相当于目前常规平方米克重(6.66kg/m2)来说，可以减重约22.8％，采用梯度分布堆砌结构，属于上疏下密梯度分布，为刺入时碰撞隔挡钝化主机制，其防刺性能的提升，并可做到轻质化和柔软化。
实施例3
采用平均粒径30μm的人造金刚石颗粒与聚酰亚胺纤维混合热轧铸，无机颗粒/高聚物体积分数比为25:75，在多层织物上贴附防刺复合片，所成的多层织物的整体平方米克重为5.14kg/m2，详细见表1中所列。该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30.5J，相当于目前常规平方米克重(6.66kg/m2)来说，可以减重约22.8％，采用梯度分布堆砌结构，属于上疏下密梯度分布，为刺入时碰撞隔挡钝化主机制，其防刺性能的提升，并可做到轻质化和柔软化。
实施例4
采用平均粒径100μm的立方氮化硼颗粒与聚丙烯纤维混合热轧铸，无机颗粒/高聚物体积分数比为38:62，在多层织物上贴附防刺复合片，所成的多层织物的整体平方米克重为5.27kg/m2，详细见表1中所列。该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29.2J，相当于目前常规平方米克重(6.66kg/m2)来说，可以减重约20.9％，采用梯度分布堆砌结构，属于上疏下密梯度分布，为刺入时碰撞隔挡钝化主机制，其防刺性能的提升，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 BDA0002217958840000091
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 (7)

1.一种用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将废弃纤维体切碎形成废弃纤维切段，其长度为1～10mm，并处于单纤维分离状态；
(2)将(1)中的废弃纤维切段与无机颗粒均匀混合后，均匀地铺散与聚四氟乙烯槽盒中形成混合体；或先将废弃纤维切段均匀铺散于聚四氟乙烯槽盒中形成废弃纤维切段层，再将无机颗粒均匀铺散在废弃纤维切段层上，形成纤维切段在下，无机颗粒在上的双分层结构；或重复铺散形成废弃纤维切段层与无机颗粒层，形成多层双分层结构；
(3)对(2)所获得的混合体或双分层结构或多层双分层结构，在高温下进行熔融，以获得无机颗粒与废弃纤维切段的熔体的混合流体；
(4)在维持高温环境下，对(3)中的混合流体静置真空去气泡，自然沉降，并沿水平方向轻微振动槽盒；在混合体结构中，当无机颗粒的体积分数为50～60％时，静置3～20min，形成均质高密堆砌结构；当无机颗粒的体积分数为20～45％时，静置6～60min，形成梯度分布堆砌结构；对于双分层结构或多层双分层结构，静置15～90min，形成分层高密堆砌结构；
(5)在完成(4)的静置、去泡、沉降的所需结构成形后，逐渐降温固化，制成稳定填充堆砌结构的防刺复合片。
2.如权利要求1所述的用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的废弃纤维切段为聚酯纤维、聚碳酸酯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维或聚酰胺纤维中的一种或多种；当废弃纤维切段为多种纤维时，不同纤维间的熔点温度差须小于30℃，并且熔融加工的高温的最大温度值须小于其中最低热降解温度40℃。
3.如权利要求1所述的用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法，其特征在于，所述(2)中无级颗粒平均粒径为30～300μm；无机颗粒为碳化硅颗粒、氮化硼颗粒、碳化硼颗粒、人造金刚石颗粒中的一种或多种混合。
4.如权利要求1所述的用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法，其特征在于，所述步骤(2)中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所述的用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法，其特征在于，所述步骤(3)与(4)中的高温为比所述废弃纤维的熔融温度高5～20℃的温度。
6.如权利要求1所述的用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法，其特征在于，所述的防刺复合片厚度为0.5～2mm。
7.权利要求1～6任一项方法制备的防刺复合片在防恐防暴、消防、防爆炸、地震搜救及国防军事的个体防护着装基材中的应用。
CN201910922424.6A 2019-09-27 2019-09-27 用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法及用途 Active CN110657709B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910922424.6A CN110657709B (zh) 2019-09-27 2019-09-27 用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法及用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910922424.6A CN110657709B (zh) 2019-09-27 2019-09-27 用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法及用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110657709A true CN110657709A (zh) 2020-01-07
CN110657709B CN110657709B (zh) 2021-08-20

Family

ID=69039396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910922424.6A Active CN110657709B (zh) 2019-09-27 2019-09-27 用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法及用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110657709B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5985075A (en) * 1985-02-05 1999-11-16 Avery Dennison Corporation Method of manufacturing die-cut labels
CN1971199A (zh) * 2006-12-25 2007-05-30 张振民 轻质可弯增效防弹防刺芯片及其制造方法
CN101259766A (zh) * 2008-04-18 2008-09-10 哈尔滨工业大学 聚合物/多孔陶瓷结构功能一体化梯度复合材料及其制备方法
CN101528636A (zh) * 2006-10-17 2009-09-09 斯奈克玛动力部件公司 由含有修复和偏移裂纹的基体相的陶瓷基体复合材料制成的部件的制造方法
US20140339718A1 (en) * 2012-02-03 2014-11-20 Sgl Carbon Se Fiber-reinforced silicon carbide composite materials, method for producing the fiber-reinforced silicon carbide composite materials, and uses of the fiber-reinforced silicon carbide composite materials
CN110081780A (zh) * 2019-06-18 2019-08-02 东华镜月（苏州）纺织技术研究有限公司 一种柔性防刺吸能复合材料及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5985075A (en) * 1985-02-05 1999-11-16 Avery Dennison Corporation Method of manufacturing die-cut labels
CN101528636A (zh) * 2006-10-17 2009-09-09 斯奈克玛动力部件公司 由含有修复和偏移裂纹的基体相的陶瓷基体复合材料制成的部件的制造方法
CN1971199A (zh) * 2006-12-25 2007-05-30 张振民 轻质可弯增效防弹防刺芯片及其制造方法
CN101259766A (zh) * 2008-04-18 2008-09-10 哈尔滨工业大学 聚合物/多孔陶瓷结构功能一体化梯度复合材料及其制备方法
US20140339718A1 (en) * 2012-02-03 2014-11-20 Sgl Carbon Se Fiber-reinforced silicon carbide composite materials, method for producing the fiber-reinforced silicon carbide composite materials, and uses of the fiber-reinforced silicon carbide composite materials
CN110081780A (zh) * 2019-06-18 2019-08-02 东华镜月（苏州）纺织技术研究有限公司 一种柔性防刺吸能复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110657709B (zh) 2021-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110588094B (zh) 废弃纤维和织物与无机颗粒四铺层熔铸复合防刺片及其制备方法与用途
CN103791778B (zh) 柔性防刺材料、防刺体的粘结成型方法
CN110500918B (zh) 微米尺度无机粉末逐层复合阶梯防刺树脂片及其制备方法与用途
AU2008343440B2 (en) Helmets for protection against rifle bullets
JPS62128750A (ja) 改良された衝撃耐性を有するコンプレツクス複合製品
DE112010005258T5 (de) Energieableitender Verbundstoff
RU2008137287A (ru) Способ изготовления баллистически устойчивого композитного материала (варианты)
CN203190888U (zh) 一种防弹陶瓷插板
CN203893751U (zh) 防弹防刺服叠层基材
CN110553546B (zh) 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
CN110591290B (zh) 一种无机颗粒填充反向切割式防刺割热固性树脂片及其制备方法与应用
CN205619831U (zh) 一种防弹防刺服及防弹防刺服防护内芯
CN110103556A (zh) 一种柔性防弹防刺材料及其制备方法
CN108692616B (zh) 一种半液态防弹刺复合材料的制备方法、防弹刺复合材料及防弹刺防护内芯
CN110654079B (zh) 无机颗粒与热塑性树脂粉末间隔铺层热熔压铸复合树脂片及其制备方法及用途
EP3254054A1 (en) Ballistic resistant sheet and use of such a sheet
CN106003759B (zh) 一种柔性防弹防刺结构的制备工艺
CN110641054B (zh) 无机颗粒逐层压入软化树脂膜片的成形方法及防刺复合树脂片与应用
CN110657709B (zh) 用废弃纤维切段与无机颗粒混合铺层热压制备防刺复合片的方法及用途
CN206430639U (zh) 一种无机粉末涂层防刺布
CN110669331B (zh) 无机颗粒表层密排碰撞隔挡式防刺割热塑性树脂片及其制备方法与应用
CN110567320B (zh) 无机颗粒梯度沉降成形的热塑性防刺割树脂片及其制备方法与应用
CA3076891C (en) Polyethylene sheet and articles made therefrom
CN107310227A (zh) 一种基于摩擦自锁原理的防刺材料及其制作方法
CN110577726B (zh) 无机颗粒与热塑性树脂粉末混合铺层热熔压铸复合树脂片及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant