CN111826772A - 一种无树脂软质防刺材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无树脂软质防刺材料，涉及防护装备技术领域。本发明提供的软质防刺材料包括防切割层和/或防刺穿层；当包括防切割层和防刺穿层时，所述防刺穿层叠加在防切割层的一侧表面；所述防切割层由5～50片包覆纱织物叠加而成，每片包覆纱织物由一种或多种包覆纱经平纹织造而成，所述包覆纱由内而外依次包括芯层(Kevlar或UHMWPE纤维)、第一包覆纱层(PA或PU纤维)和第二包覆纱层(Kevlar或UHMWPE纤维)；所述防刺穿层由1～10片立体织物叠加而成，每片立体织物的纤维材料为UHMWPE纤维或Kevlar纤维。本发明提供的软质防刺材料兼具轻质、柔软、穿着舒适和防刺效果好的特点。

Description

一种无树脂软质防刺材料
技术领域
本发明涉及防护装备技术领域，特别涉及一种无树脂软质防刺材料。
背景技术
防刺材料发展至今大概经历了三个阶段，对应的产品分别是硬质防刺材料、半硬质防刺材料和软质防刺材料。早期的硬质和半硬质防刺材料主要采用金属材料或采用金属材料与纤维织物复合而成，该类防刺材料具有优良的防刺性能，但是普遍存在笨重、穿着不灵活的缺点，严重限制了其推广和商业化应用。进入21世纪，以UHMWPE、Kevlar等高性能纤维及其复合材料制成的软质防刺材料成为了防护领域的主力军，其显著的优点是重量相比于硬质和半硬质防刺材料轻了许多。
现有的软质防刺材料一般是由20～30片Kevlar片材与20～30片UHMWPE片材叠加而成，其中，每一张Kevlar片材都是由Kevlar平纹织物与树脂复合而成，面密度在300g/m2左右；每一张UHMWPE片材，都是由UHMWPE平纹织物与树脂复合而成，面密度在250g/m2左右，由此叠加而成的软质防刺材料的面密度通常都在10kg/m2以上，依然存在重量较大、质地偏硬、穿着不舒适，以及防刺效果不佳的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种无树脂软质防刺材料。本发明提供的无树脂软质防刺材料兼具轻质、柔软、穿着舒适和防刺效果好的特点。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供了一种无树脂软质防刺材料，包括防切割层和/或防刺穿层；当包括防切割层和防刺穿层时，所述防刺穿层叠加在防切割层的一侧表面；
所述防切割层由5～50片包覆纱织物叠加而成，每片包覆纱织物由一种或多种包覆纱经平纹织造而成，单片包覆纱织物的面密度为200～500g/m2；所述包覆纱由内而外依次包括芯层、第一包覆纱层和第二包覆纱层，所述芯层为Kevlar纤维或UHMWPE纤维，所述第一包覆纱层为PA纤维或PU纤维，所述第二包覆纱层为UHMWPE纤维或Kevlar纤维；
所述防刺穿层由1～10片立体织物叠加而成，每片立体织物的纤维材料为UHMWPE纤维或Kevlar纤维，单片立体织物的层数为3～10层，面密度为300～3000g/m2；
所述无树脂软质防刺材料的厚度为10～30mm，面密度为5～10kg/m2。
优选地，所述防切割层和防刺穿层中Kevlar纤维的线密度独立为200～1000D、UHMWPE纤维的线密度独立为200～1000D；所述防切割层中PA纤维和PU纤维的线密度独立为20～100D。
优选地，所述包覆纱中第一包覆纱层和第二包覆纱层采用S捻或Z捻，且第一包覆纱层的捻向与第二包覆纱层的捻向相反。
优选地，所述第一包覆纱层的捻度为50～500捻/米，第二包覆纱层的捻度为50～300捻/米。
优选地，所述单片包覆纱织物的经密度为5～30根/cm，纬密度为5～30根/cm。
优选地，所述防切割层的面密度为1～10kg/m2。
优选地，所述立体织物的结构形式为三维深角联组织、三维浅交弯联组织或三维正交组织。
优选地，所述单片立体织物的纤维体积含量为40～80％，经密度为10～600根/cm，纬密度为60～750根/cm。
优选地，所述防刺穿层的面密度为1～10kg/m2。
本发明提供了以上技术方案所述无树脂软质防刺材料在安全防护领域的应用，当所述无树脂软质防刺材料包括防切割层和防刺穿层，在应用时，所述无树脂软质防刺材料中的防切割层在正面、防刺穿层在背面作为背衬面。
本发明提供的无树脂软质防刺材料包括防切割层和/或防刺穿层，其中，防切割层由包覆纱经平纹织造得到的包覆纱织物叠加而成，包覆纱以Kevlar纤维或UHMWPE纤维为芯层，以PA纤维或PU纤维为第一包覆纱层(即过渡层)，以UHMWPE纤维或Kevlar纤维为第二包覆纱层，UHMWPE纤维和Kevlar纤维均具有强度高、模量大、耐切割性能好的特性，以弹性好的PA纤维或PU纤维为过渡层，能够使高性能UHMWPE纤维与Kevlar纤维包覆的更紧密，且不易滑移，从而提高防切割层的防切割性能；而防刺穿层采用以UHMWPE纤维或Kevlar纤维为材料的立体织物结构，立体结构能够实现织物结构的紧密、孔隙少而小，UHMWPE纤维或Kevlar纤维能够保证织物具有较高的力学性能，进而提高材料的防刺穿性能。本发明提供的软质防刺材料具有防刺穿性能优异的特点，在24J撞击能量作用下，按0°、45°刺入角冲刺该防刺材料，防刺材料不被穿透，满足GA68-2019《警用防刺服》A类防刺服和B类防刺服的标准要求，且背衬材料变形深度≤25mm；同时，本发明提供的软质防刺材料质轻，面密度为5～10kg/m2，并且，因没有树脂的添加，本发明提供的软质防刺材料还具有柔软和穿着舒适的优点。因此，本发明提供的软质防刺材料兼具轻质、柔软、穿着舒适和防刺效果好的特点，可广泛用于安全防护领域，例如警察安全部门(如公安、狱警)和民用(如击剑等运动防护、装修及建筑等工业防护、出租车司机及摩托赛车手的安全防护等)领域，具有极好的发展前景。
具体实施方式
本发明提供了一种无树脂软质防刺材料，包括防切割层和/或防刺穿层；当包括防切割层和防刺穿层时，所述防刺穿层叠加在防切割层的一侧表面；
所述防切割层由5～50片包覆纱织物叠加而成，每片包覆纱织物由一种或多种包覆纱经平纹织造而成，单片包覆纱织物的面密度为200～500g/m2；所述包覆纱由内而外依次包括芯层、第一包覆纱层和第二包覆纱层，所述芯层为Kevlar纤维或UHMWPE纤维，所述第一包覆纱层为PA纤维或PU纤维，所述第二包覆纱层为UHMWPE纤维或Kevlar纤维；
所述防刺穿层由1～10片立体织物叠加而成，每片立体织物的纤维材料为UHMWPE纤维或Kevlar纤维，单片立体织物的层数为3～10层，面密度为300～3000g/m2；
所述无树脂软质防刺材料的厚度为10～30mm，面密度为5～10kg/m2。
当本发明提供的无树脂软质防刺材料包括防切割层时，所述防切割层由5～50片包覆纱织物叠加而成。在本发明中，每片包覆纱织物由一种或多种包覆纱经平纹织造而成，所述包覆纱由内而外依次包括芯层、第一包覆纱层和第二包覆纱层，所述芯层为Kevlar纤维或UHMWPE纤维，所述第一包覆纱层为PA纤维或PU纤维，所述第二包覆纱层为UHMWPE纤维或Kevlar纤维。在本发明中，所述包覆纱的结构形式为UHMWPE纤维/PA纤维/UHMWPE纤维(表示为第二包覆纱层/第一包覆纱层/芯层)、UHMWPE纤维/PU纤维/UHMWPE纤维、UHMWPE纤维/PA纤维/Kevlar纤维、UHMWPE纤维/PU纤维/Kevlar纤维、Kevlar纤维/PA纤维/UHMWPE纤维、Kevlar纤维/PU纤维/UHMWPE纤维、Kevlar纤维/PA纤维/Kevlar纤维或Kevlar纤维/PU纤维/Kevlar纤维。
在本发明中，所述Kevlar纤维的线密度优选为200～1000D，更优选为600～800D；所述UHMWPE纤维的线密度优选为200～1000D，更优选为500～600D；所述PA纤维和PU纤维的线密度优选独立为20～100D，更优选独立为60～80D。
在本发明中，所述包覆纱中第一包覆纱层和第二包覆纱层优选采用S捻或Z捻，且第一包覆纱层的捻向与第二包覆纱层的捻向相反，即若第一包覆纱层的捻向为S捻，则第二包覆纱层的捻向为Z捻；反之，若第一包覆纱层的捻向为Z捻，则第二包覆纱层的捻向为S捻；所述第一包覆纱层的捻向与第二层包覆纱层的捻向相反使第一包覆纱层与第二包覆纱层互相钳制，不易滑移。在本发明中，所述第一包覆纱层的捻度优选为50～500捻/米，更优选为200～300捻/米，所述第二包覆纱层的捻度优选为50～300捻/米，更优选为200～300捻/米。在本发明中，所述包覆纱优选采用双包法进行制备。在本发明中，所述UHMWPE纤维和Kevlar纤维均具有强度高、模量大、耐切割性能好的特性，以弹性好的PA纤维或PU纤维为过渡层，能够使高性能UHMWPE纤维与Kevlar纤维包覆的更紧密，且不易滑移，从而提高防切割层的防切割性能。
在本发明中，每片包覆纱织物由一种或多种所述包覆纱经平纹织造而成，本发明对所述平纹织造的具体方法没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的平纹织造方法即可；当所述包覆纱织物由多种所述包覆纱织造而成时，本发明对所述包覆纱的具体结构形式没有特别的要求，采用上述任意结构形式的包覆纱作为经纱和纬纱进行平纹织造均可。在本发明中，所述单片包覆纱织物的经密度优选为5～30根/cm，更优选为10～20根/cm，纬密度优选为5～30根/cm，更优选为10～20根/cm；所述单片包覆纱织物的面密度为200～500g/m2，优选为250～300g/m2。在本发明中，所述防切割层优选由20～22片包覆纱织物叠加而成，所述防切割层的面密度优选为1～10kg/m2，更优选为5～6.6kg/m2。
当本发明提供的无树脂软质防刺材料包括防刺穿层时，所述防刺穿层由1～10片立体织物叠加而成。在本发明中，每片立体织物的纤维材料为UHMWPE纤维或Kevlar纤维，结构形式优选为三维深角联组织、三维浅交弯联组织或三维正交组织。在本发明中，所述Kevlar纤维的线密度优选为200～1000D，更优选为500～600D，所述UHMWPE纤维的线密度优选为200～1000D，更优选为500～600D；本发明对所述三维深角联组织、三维浅交弯联组织或三维正交组织的获得方式没有特别的要求，采用三维织机即可制得。
在本发明中，所述单片立体织物的纤维体积含量优选为40～80％，更优选为40～65％；经密度优选为10～600根/cm，更优选为10～200根/cm；纬密度优选为60～750根/cm，更优选为90～300根/cm；所述单片立体织物的层数为3～10层，优选为6～8层，面密度为300～3000g/m2，优选为500～1500g/m2。在本发明中，所述防刺穿层优选由2～8片立体织物叠加而成；所述防刺穿层的面密度优选为1～10kg/m2，更优选为2～3kg/m2。在本发明中，所述防刺穿层采用以UHMWPE纤维或Kevlar纤维为材料的立体织物结构，立体结构能够实现织物结构的紧密、孔隙少而小，UHMWPE纤维或Kevlar纤维能够保证织物具有较高的力学性能，进而提高材料的防刺穿性能。
当本发明提供的无树脂软质防刺材料包括防切割层和防刺穿层时，所述防刺穿层叠加在防切割层的一侧表面；所述防切割层和防刺穿层与上述技术方案中的防切割层和防刺穿层相同，在此不再赘述。
在本发明中，所述无树脂软质防刺材料的厚度为10～30mm，优选为15～25mm，面密度为5～10kg/m2，优选为7～9.6kg/m2；所述无树脂防刺材料的防护面积≥0.3m2。
当本发明提供的无树脂软质防刺材料包括防切割层时，将上述防切割层各片材叠加在一起即可制得；当本发明提供的无树脂软质防刺材料包括防刺穿层时，将上述防刺穿层各片材叠加在一起即可制得；当本发明提供的无树脂软质防刺材料包括防切割层和叠加在所述防切割层一侧表面的防刺穿层时，将叠加后分别形成的防切割层和防刺穿层，再叠加在一起即可制得。
本发明提供的无树脂软质防刺材料具有防刺穿性能优异的特点，在24J撞击能量作用下，按0°、45°刺入角冲刺该防刺材料，防刺材料不被穿透，满足GA 68-2019《警用防刺服》的标准要求，且背衬材料变形深度≤25mm；同时，本发明提供的软质防刺材料质轻，并且，因没有树脂的添加，本发明提供的软质防刺材料还具有柔软和穿着舒适的优点。
本发明提供了以上技术方案所述无树脂软质防刺材料在安全防护领域的应用，具体地可广泛用于警察安全部门(如公安、狱警)和民用(如击剑等运动防护、装修及建筑等工业防护、出租车司机及摩托赛车手的安全防护等)领域。应用时，所述无树脂软质防刺材料的防切割层在正面，防刺穿层在背面作为背衬面。
下面结合实施例对本发明提供的无树脂软质防刺材料进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)包覆纱的制备：以线密度为600D的UHMWPE纤维、线密度为20D的PU纤维为原料，采用双包法制备包覆纱；包覆纱以UHMWPE纤维为芯层，以PU纤维为第一包覆纱层(捻度为200捻、捻向为Z捻)，以UHMWPE纤维为第二包覆纱层(捻度为300捻、捻向为S捻)；
(2)单片包覆纱织物的制备：以上述包覆纱为经、纬纱进行平纹织造，经密度和纬密度均为12根/cm，得到单片包覆纱织物，面密度250g/m2；
(3)单片立体织物的制备：以线密度为600D的UHMWPE纤维为原料，采用三维浅交弯联组织制得单片立体织物，其中，单片立体织物的层数为8层，单片立体织物的纤维体积含量为45％，经密度为12根/cm，纬密度为96根/cm，面密度为1.5kg/m2；
(4)无树脂软质防刺材料的制备：将22片上述单片包覆纱织物叠加构成防切割层(防切割层总面密度0.25kg/m2×22＝5.5kg/m2)，将2片上述单片立体织物叠加构成防刺穿层(防刺穿层总面密度1.5kg/m2×2＝3kg/m2)；将防切割层和防刺穿层叠加(防切割层为正面、防刺穿层在背面)构成软质防刺材料，所得软质防刺材料的总面密度＝防切割层面密度+防刺穿层面密度＝8.5kg/m2，防护面积为0.3m2，厚度为22mm。
对所得软质防刺材料进行防刺性能测试，能够满足GA 68-2019《警用防刺服》的标准要求，背衬面变形深度为22.5mm。
对比例1
常规软质防刺材料的制备：
(1)平纹织物的制备：以线密度为1000D的Kevlar纤维、线密度为800D的UHMWPE纤维为原料，平纹为基础组织，分别织成Kevlar平纹织物(面密度220g/m2)、UHMWPE平纹织物(面密度200g/m2)；
(2)单片复合材料片材的制备：采用PU树脂膜与上述平纹织物热压的工艺，制得单片复合材料片材，其中每片Kevlar片材的面密度为300g/m2，每片UHMWPE片材的面密度为280g/m2。
(3)软质防刺材料的制备：以18片上述Kevlar复合材料片材、16张上述UHMWPE复合材料片材进行顺次叠加，得到软质防刺材料(总面密度9.9kg/m2)。
对对比例1所得软质防刺材料进行防刺性能测试，能够满足GA68-2019《警用防刺服》的测试要求，背衬面变形深度为24mm。
实施例2
(1)包覆纱的制备：以线密度为400D的UHMWPE纤维、线密度为60D的PU纤维为原料，采用双包法制备包覆纱；包覆纱以UHMWPE纤维为芯层，以PU纤维为第一包覆纱层(捻度为300捻、捻向为Z捻)，以UHMWPE纤维为第二包覆纱层(捻度为150捻、捻向为S捻)；
(2)单片包覆纱织物的制备：以上述包覆纱为经、纬纱进行平纹织造，经密度和纬密度均为16根/cm，得到单片包覆纱织物，面密度280g/m2；
(3)单片立体织物的制备：以线密度为400D的UHMWPE纤维为原料，采用三维正交组织制得单片立体织物，其中，单片立体织物的层数为6层，单片立体织物的纤维体积含量为45％，经密度为15根/cm，纬密度为90根/cm，面密度为1.2kg/m2；
(4)无树脂软质防刺材料的制备：将25片上述单片包覆纱织物叠加构成防切割层(防切割层总面密度0.28kg/m2×25＝7kg/m2)，将2片上述单片立体织物叠加构成防刺穿层(防刺穿层总面密度1.2kg/m2×2＝2.4kg/m2)；将防切割层和防刺穿层叠加(防切割层为正面、防刺穿层在背面)构成软质防刺材料，所得软质防刺材料的总面密度＝防切割层面密度+防刺穿层面密度＝9.4kg/m2，防护面积为0.3m2，厚度为20mm。
对所得软质防刺材料进行防刺性能测试，能够满足GA 68-2019《警用防刺服》的标准要求，背衬面变形深度为24mm。
实施例3
(1)包覆纱的制备：以线密度为600D的Kevlar纤维、线密度为400D的UHMWPE纤维、线密度为60D的PU纤维为原料，采用双包法制备包覆纱；包覆纱以Kevlar纤维为芯层，以PU纤维为第一包覆纱层(捻度为300捻、捻向为Z捻)，以UHMWPE纤维为第二包覆纱层(捻度为150捻、捻向为S捻)；
(2)单片包覆纱织物的制备：以上述包覆纱为经、纬纱进行平纹织造，经密度和纬密度均为16根/cm，得到单片包覆纱织物，面密度300g/m2；
(3)无树脂软质防刺材料的制备：将29片上述单片包覆纱织物叠加构成软质防刺材料(总面密度0.3kg/m2×29＝8.7kg/m2)，防护面积为0.3m2，厚度为22mm。
对所得软质防刺材料进行防刺性能测试，能够满足GA 68-2019《警用防刺服》的标准要求，背衬面变形深度为22mm。
通过实施例1～3和对比例1可知，本发明提供的软质防刺材料轻质、防刺效果好，且因不加入树脂，还具有柔软和穿着舒适的特点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无树脂软质防刺材料，包括防切割层和/或防刺穿层；当包括防切割层和防刺穿层时，所述防刺穿层叠加在防切割层的一侧表面；
所述防切割层由5～50片包覆纱织物叠加而成，每片包覆纱织物由一种或多种包覆纱经平纹织造而成，单片包覆纱织物的面密度为200～500g/m2；所述包覆纱由内而外依次包括芯层、第一包覆纱层和第二包覆纱层，所述芯层为Kevlar纤维或UHMWPE纤维，所述第一包覆纱层为PA纤维或PU纤维，所述第二包覆纱层为UHMWPE纤维或Kevlar纤维；
所述防刺穿层由1～10片立体织物叠加而成，每片立体织物的纤维材料为UHMWPE纤维或Kevlar纤维，单片立体织物的层数为3～10层，面密度为300～3000g/m2；
所述无树脂软质防刺材料的厚度为10～30mm，面密度为5～10kg/m2。
2.根据权利要求1所述的无树脂软质防刺材料，其特征在于，所述防切割层和防刺穿层中Kevlar纤维的线密度独立为200～1000D、UHMWPE纤维的线密度独立为200～1000D；所述防切割层中PA纤维和PU纤维的线密度独立为20～100D。
3.根据权利要求1所述的无树脂软质防刺材料，其特征在于，所述包覆纱中第一包覆纱层和第二包覆纱层采用S捻或Z捻，且第一包覆纱层的捻向与第二包覆纱层的捻向相反。
4.根据权利要求1或3所述的无树脂软质防刺材料，其特征在于，所述第一包覆纱层的捻度为50～500捻/米，第二包覆纱层的捻度为50～300捻/米。
5.根据权利要求1所述的无树脂软质防刺材料，其特征在于，所述单片包覆纱织物的经密度为5～30根/cm，纬密度为5～30根/cm。
6.根据权利要求1所述的无树脂软质防刺材料，其特征在于，所述防切割层的面密度为1～10kg/m2。
7.根据权利要求1所述的无树脂软质防刺材料，其特征在于，所述立体织物的结构形式为三维深角联组织、三维浅交弯联组织或三维正交组织。
8.根据权利要求1或7所述的无树脂软质防刺材料，其特征在于，所述单片立体织物的纤维体积含量为40～80％，经密度为10～600根/cm，纬密度为60～750根/cm。
9.根据权利要求1所述的无树脂软质防刺材料，其特征在于，所述防刺穿层的面密度为1～10kg/m2。
10.权利要求1～9任意一项所述无树脂软质防刺材料在安全防护领域的应用，当所述无树脂软质防刺材料包括防切割层和防刺穿层，在应用时，所述无树脂软质防刺材料中的防切割层在正面、防刺穿层在背面作为背衬面。
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