轻薄型软质防刺服及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种防护产品,尤其涉及一种轻薄型软质防刺服及其制备方法。
背景技术
防刺服是用来防护刀具等尖锐器具袭击的一种防护装备。根据其发展历程,防刺服可分为硬性、半硬性和软质防刺服。其中,硬性和半硬性防刺服的防刺芯片是由金属或金属与复合材料或陶瓷与复合材料组成,防刺性能优异,但其防刺层(即防刺芯片)硬度一般较大,穿着舒适性差,灵活性不够。而软质防刺服是由纤维复合材料组成,通常具有质轻、单位吸收能量更大,柔软度好,穿着更方便舒适的特点,这也符合人体防护材料的发展趋势。
据文献调研可知,软质防刺服的防刺机理是通过防御刀尖的顶破和防御刀刃的剪切来实现的。目前,软质防刺服的防刺材料主要有三大类:一类是采用纤维复合材料进行压制而成,形成防刺性能优异的防刺服材料,但因复合方式不同,防刺材料的柔软度和硬度是不同的,比如专利ZL201410555333.0,其柔软度有待提高。第二类则是多种纤维复合材料间进行叠加形成防刺材料,柔软度有不少提升,但厚度太大,对其穿着的灵活性影响比较大,比如专利ZL200810182555.7,其厚度影响了穿着的灵活性。第三类是纤维复合材料与其他高分子材料相结合形成的防刺材料,此类材料旨在提升防刺性能的同时尽可能保持纤维材料柔软舒适的特性,比如专利ZL200710075526.6,但由于此类高分子都属于前沿材料,在产品成型方面还属于难题,无法实现均一的防刺材质。综上可知,防刺材料能兼具柔软、轻薄特点的制备方法尚属少见。而本发明则是通过胶粘剂配方和工艺的结合,制备出轻薄型软质防刺服。
发明内容
针对目前防刺服中防刺材料的缺陷,本发明提供一种轻薄型软质防刺服及其制造方法,用来克服现有防刺材料在柔软度、厚度和重量等方面的相互矛盾,真正达到防刺服穿着舒适的目的。
本发明提供一种轻薄型软质防刺服,包括外套和设置在外套中的防刺材料,所述防刺材料包括防刺芯片和缓冲材料;
所述防刺芯片由8层~38层防刺布叠加而成,所述防刺布由纤维丝和胶粘剂复合而成;
本发明的防刺服是用来防护刀具等尖锐器具袭击的一种防护装备。本发明的防刺服主要是通过防刺芯片发挥防刺效果,其中,防刺芯片的制造流程分为三步工艺,首先,将纤维丝浸入胶粘剂中,展丝固定、干燥,然后进行压制处理得到防刺布,最后将多层防刺布组合即得到防刺芯片。
本发明的防刺服是通过纤维丝与胶粘剂复合,通过展丝程度不同,可获得不同面密度的防刺布,在后续压制处理后即可形成防刺布,叠加至少8层防刺布即可得到防刺芯片,因此防刺服在织造的过程中,无需多种材料的拼接或各种角度的控制叠加,即可实现防刺的效果,避免了材料厚度大、制备工艺复杂等问题,同时,进行压制处理,对胶粘剂进行二次反应,调节防刺布的柔软度和硬度,提高了材料的防刺性能,减轻了防刺服的重量和厚度,增强了防刺服的舒适度。因此本发明的防刺服不仅具有柔软、轻薄的优势,使穿着者的舒适感增强,而且在制造工艺上简单可行。
具体地,防刺布的层数可以根据需要防护的效果具体确定。例如,防御GA 68-2019标准24J能量冲击时,A类防刺服所需防刺布的层数为8-38层,B类防刺服所需的层数为8-20层。一般的,当防刺布的层数分别为28层、16层时,就可以满足GA 68-2019标准A类、B类防刺服24J防刺要求。而缓冲材料可以选自乙烯-醋酸乙烯共聚物、化学交联聚乙烯泡棉等舒适性弹性体。
进一步地,所述防刺布仅有纤维丝和胶粘剂为初始原料,经展丝、干燥和压制得到防刺布。所述胶粘剂中含有固化剂,固化剂能调节防刺布的硬度和柔韧性。本发明通过胶粘剂中的固化剂、固含量的控制,制得的防刺布具备优异的防刺性能,叠加数层后即可形成满足标准要求的防刺芯片。该种方法制得的单层防刺布的厚度仅0.10~0.20mm,为减轻防刺服的整体厚度奠定了基础。
进一步地,所述胶粘剂选自水性聚氨酯、水性环氧树脂、水性聚烯烃胶粘剂和水性丙烯酸酯中的一种或多种。经过发明人的大量研究,上述胶粘剂或者其组合物在生成防刺布后,能够吸收外界的能量,显著提升防刺布的抗顶破强度和抗剪切强度。
进一步地,所述纤维丝占所述防刺布的质量百分比为60-85%,所述胶粘剂占所述防刺布的质量百分比为15-40%。为了进一步提高防刺服的防刺效果,可以在制造防刺布时对其制造工艺进行控制,具体地,可以对纤维丝与胶粘剂的使用比例进行控制。当将纤维丝与胶粘剂的使用比例控制在上述范围内时,显著提高了防刺布的使用强度。
进一步地,所述胶粘剂水溶液中,所述胶粘剂与水的质量比为20~40∶80~60;所述胶粘剂中含有固化剂,所述固化剂与所述胶粘剂的质量比为0.1~2.5∶100。本发明的胶粘剂中,除了胶粘剂的有效成分外,其余全部为水,通过将胶粘剂的固含量控制在上述范围内,能够使胶粘剂的粘度达到100mPa·s~260mPa·s,pH值达到6~9。其中,该粘度能够进一步保证胶粘剂与纤维丝胶粘成防刺材料,该pH值能够保证胶粘剂对纤维丝的浸润性,进一步增强胶粘效果。而所述的固化剂为聚酰胺固化剂,常温下进行固化,通过控制胶粘剂与固化剂的比例,形成具有一定硬度的材料,为防刺布良好的抗顶破性能打下基础;同时,含有该固化剂的胶粘剂还具有二次反应的功能,通过二次压制处理,可以形成抗弯长度为9cm~20cm、邵氏硬度为30~80的防刺布,兼顾了防刺布的硬度和柔软度,使防刺布具备良好的抗剪切性能。本发明的胶粘剂是防刺材料具有优异防刺性能的关键要素,不仅使防刺性能得到提升,进而减轻了重量,而且还兼顾了防刺布的柔软性。
进一步地,所述防刺布的面密度为120-350g/m2。通过对展丝设备参数的控制,能够改变防刺布的面密度。经过发明人的研究,将防刺布的面密度控制在上述范围内时,防刺芯片的防刺效果能够得到显著的增强。
进一步地,构成所述防刺布的纤维丝选自聚乙烯纤维、芳纶纤维和聚芳酯纤维中的一种或多种。在具体制造防刺布时,纤维丝可优选芳纶纤维。当纤维丝为上述几种纤维的混合物时,本发明对各纤维之间的比例不做限制。优选的,聚乙烯纤维、芳纶纤维和聚芳酯纤维强度至少为35cN/dtex,模量至少为1000cN/dtex。
本发明选用特定的胶粘剂与纤维均匀结合,使防刺布具有一定的硬度和韧性,兼具了抗顶破强度和抗剪切强度,能有效的抵御刀尖刺入和刀刃对材料的切割作用,实现了良好的防刺功能。与传统的防刺材料相比,本发明的防刺材料为高性能纤维丝粘结而成的,而非防刺功能材料的多种复合及叠加,材料轻、薄,显著提高了防刺服的舒适度,同时制备工艺简单易行。
本发明还提供一种上述任一所述的轻薄型防刺服的制造方法,包括如下步骤:
1)将所述纤维丝浸入所述胶粘剂中,展丝固定,当所述胶粘剂干燥后,进行压制处理得到所述防刺布,所述压制处理包括顺序进行的热压处理和冷压处理;
2)将至少8层~38层防刺布叠加而成得到所述防刺芯片,随后用防水布将所述缓冲材料和防刺芯片组合并进行封边包裹,得到所述防刺材料;
3)将所述防刺材料设置在所述外套内,得到所述轻薄型防刺服。
步骤1)是关于防刺布的制造方法,具体地,将按照目标固含量配制完成的胶粘剂放入胶槽后,将纤维丝经过胶槽浸胶、展丝、固定在排布机上,待胶粘剂干燥后,利用模压压机经过顺序的热压处理(在100-180℃下,将所述材料在1-10MPa下压制10-18min)和冷压处理(在室温下,将所述经过热压处理后的材料在1-10MPa下压制1-3min),出膜后,得到具有一定硬度和柔软度的防刺布。
步骤2)是将多层防刺布叠加得到防刺芯片后,将缓冲材料裁剪后与防刺芯片按照上下关系放置在一起,用防水布对两者进行封边包裹,即完成了防刺材料的制作。
步骤3)中,将防刺材料按照现有技术中的设置方式固定在外套内部,具体可以根据需要选择固定在外套的前胸位置、后背位置等。其中,防刺材料中的缓冲材料是设置在靠近人身体的一侧,防刺材料的防刺芯片是设置在远离身体的一侧,即外界伤害首先与防刺材料中的防刺芯片最先接触。
本发明的实施,至少包括以下优势:
1、本发明所述的胶粘剂使防刺布在具有硬度(邵氏硬度为30~80)的同时还具有一定的韧性,兼具良好的抗顶破强度和抗剪切强度,防刺性能优异,致使防刺服成品具有明显轻的优势。
2、本发明的单层防刺布的厚度仅0.10~0.20mm,加之其防刺性能优异,且抗弯长度低(其抗弯长度为9cm~20cm),致使软质防刺服厚薄而舒适,明显提高了使用人员的灵活性。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
下述实施例采用的纤维丝以及胶粘剂的原料,具体厂家以及规格如下:
纤维丝:芳纶纤维,荷兰阿克苏公司,牌号Twaron-2000,线密度1680dtex,纤维直径9~12gm;
胶粘剂:水性环氧树脂,水性聚氨酯,拜耳公司;
固化剂:聚酰胺固化剂,拜耳公司。
实施例1
本实施例防刺服的制造步骤为:
1)防刺布的制造
将水性环氧树脂胶粘剂配制成固含量为30%的胶液2kg,加入聚酰胺固化剂6g,放入胶槽中,芳纶纤维经过胶槽浸胶,设定张力进行展丝、固定,在常温下干燥完全后,进行压制处理:将材料裁成50cm×50cm大小,放入两层隔离膜中间,然后将其置于模压压机中,在100℃、5MPa下进行热压10min,然后常温5MPa下冷压3min,出膜,即得防刺布,面密度为180g/m2。
2)将30层防刺布与缓冲材料上下叠放,用防水布进行封装固定,即得防刺材料。
3)将防刺材料插设固定于外套的前胸和后背位置,制造得到本实施例的防刺服。
对本实施例制造得到的防刺服进行防刺性能测试,按照公安部GA68-2019《警用防刺服》标准A类防刺服进行测试。
根据GB/T2411-2008《塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度(邵氏硬度)》测试防刺布样的硬度,其试样原理是将规定形状的压针压入试验材料,测量垂直压入的深度。压痕硬度与相应的压入深度成反比,且依赖于材料的弹性模量和粘弹性。测试布样采用邵氏D硬度计,所测的硬度越大,则材料的防刺性能越好。
根据GB/T18318-2001《纺织品织物弯曲长度的测定》中的斜面法测试防刺布的抗弯长度,其试验原理是将一定尺寸的织物狭长试样作为悬臂梁,根据其可挠性,可测试计算其弯曲时的长度,作为织物柔软度的指标,测试的抗弯长度值越小,说明织物的柔软度越好。
同时,采用游标卡尺对制备防刺服的防刺布进行厚度测试,每张布取四个方向的4个不同的点,每套防刺服随机取样点不少于20个,所有数据取平均值即为布样的厚度。此外,对满足标准要求的防刺服进行重量测定。
上述测试结果具体见表1。
实施例2
本实施例防刺服的制造步骤为:
1)防刺布的制造
将水性环氧树脂胶粘剂配制成固含量为25%的胶液2kg,加入聚酰胺固化剂10g,放入胶槽中,芳纶纤维经过胶槽浸胶,设定张力进行展丝、固定,在常温下干燥完全后,进行压制处理:将材料裁成50cm×50cm大小,放入两层隔离膜中间,然后将其置于模压压机中,在130℃、5MPa下进行热压10min,然后常温5MPa下冷压3min,出膜,即得防刺布,面密度为210g/m2。
2)将28层防刺布与缓冲材料上下叠放,用防水布进行封装固定,即得防刺材料。
3)将防刺材料插设固定于外套的前胸和后背位置,制造得到本实施例的防刺服。
采用与实施例1相同的测试方法,对本实施例的防刺服进行性能测试,测试结果具体见表1。
实施例3
本实施例防刺服的制造步骤为:
1)防刺布的制造
将水性聚氨酯树脂胶粘剂配制成固含量为25%的胶液2kg,加入聚酰胺固化剂10g,放入胶槽中,芳纶纤维经过胶槽浸胶,设定张力进行展丝、固定,在常温下干燥完全后,进行压制处理:将材料裁成50cm×50cm大小,放入两层隔离膜中间,然后将其置于模压压机中,在130℃、5MPa下进行热压10min,然后常温5MPa下冷压3min,出膜,即得防刺布,面密度为300g/m2。
2)将15层防刺布与缓冲材料上下叠放,用防水布进行封装固定,即得防刺材料。
3)将防刺材料插设固定于外套的前胸和后背位置,制造得到本实施例的防刺服。
采用与实施例1相同的测试方法,对本实施例的防刺服进行性能测试,测试结果具体见表1。
实施例4
本实施例防刺服的制造步骤为:
1)防刺布的制造
将水性聚氨酯树脂胶粘剂配制成固含量为40%的胶液2kg,加入聚酰胺固化剂10g,放入胶槽中,芳纶纤维经过胶槽浸胶,设定张力进行展丝、固定,在常温下干燥完全后,进行压制处理:将材料裁成50cm×50cm大小,放入两层隔离膜中间,然后将其置于模压压机中,在150℃、5MPa下进行热压10min,然后常温5MPa下冷压3min,出膜,即得防刺布,面密度为330g/m2。
2)将14层防刺布与缓冲材料上下叠放,用防水布进行封装固定,即得防刺材料。
3)将防刺材料插设固定于外套的前胸和后背位置,制造得到本实施例的防刺服。
采用与实施例1相同的测试方法,对本实施例的防刺服进行性能测试,测试结果具体见表1。
对照例1
本对照例防刺服的制造步骤为:
1)防刺布的制造
将水性聚氨酯树脂胶粘剂配制成固含量为40%的胶液2kg,放入胶槽中,芳纶纤维经过胶槽浸胶,设定张力进行展丝、固定,在常温下干燥完全后,进行压制处理:将材料裁成50cm×50cm大小,放入两层隔离膜中间,然后将其置于模压压机中,在150℃、5MPa下进行热压10min,然后常温5MPa下冷压3min,出膜,即得防刺布,面密度为210g/m2。
2)将30层防刺布与缓冲材料上下叠放,用防水布进行封装固定,即得防刺材料。
3)将防刺材料插设固定于外套的前胸和后背位置,制造得到本实施例的防刺服。
采用与实施例1相同的测试方法,对本实施例的防刺服进行性能测试,测试结果具体见表1。
对照例2
本对照例防刺服的制造步骤为:
1)防刺布的制造
将水性聚氨酯树脂胶粘剂配制成固含量为30%的胶液2kg,放入胶槽中,芳纶纤维经过胶槽浸胶,设定张力进行展丝、固定,在常温下干燥完全后,进行压制处理:将材料裁成50cm×50cm大小,放入两层隔离膜中间,然后将其置于模压压机中,在150℃、5MPa下进行热压10min,然后常温5MPa下冷压3min,出膜,即得防刺布,面密度为300g/m2。
2)将18层防刺布与缓冲材料上下叠放,用防水布进行封装固定,即得防刺材料。
3)将防刺材料插设固定于外套的前胸和后背位置,制造得到本实施例的防刺服。
采用与实施例1相同的测试方法,对本实施例的防刺服进行性能测试,测试结果具体见表1。
表1 实施例中样品的性能参数
由表1的对比结果可知:本发明通过控制胶粘剂种类、固化剂含量以及工艺流程,能够制造得到重量轻、厚度薄的防刺服。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。