CN113883965A - 一种防弹防破片的软质防护层及防弹服装 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防弹防破片的软质防护层，由多层无纬布A叠合而成；或由多层无纬布A和多层无纬布B穿插混搭叠合而成；所述无纬布A由若干层的单向涂胶纤维层按0°和90°方向交错叠加热压复合而成；所述无纬布B由两层预压层C和一层预压层D热压复合而成；所述预压层C和预压层D均由两层的单向涂胶纤维层按0°和90°方向交错叠加热压复合而成。制备的软质防护层应用于防弹服装、防弹头盔、防弹盾牌和防弹护颈中。本发明通过无纬布A进行穿插或无纬布A及无纬布B进行多层穿插混搭制备成软质防护层，使得软质防护层中所有单层UD纤维均为十字交叉状，有效地提高了软质防护层的防弹性能，保证了软质防护层的防护效果。
Description
技术领域
本发明属于防弹复合材料技术领域，具体涉及一种防弹防破片的软质防护层及包含其的防弹服装。
背景技术
防弹材料是由多种材料复合而成的，具有轻质高强和高冲击损伤容限等优点，在航空航天、人体、车辆以及舰船重要舱室等防护领域得到了广泛的应用。其中子弹与复合材料作用过程中发生侵彻，表现出了多种不同的破坏模式，如纤维的拉伸断裂、层合板的分层、纤维和树脂的脱粘及材料产生的背凸等，而弹体动能就是在这些破坏中被逐渐消耗，从而达到防弹的效果。
目前软质防弹衣使用的是防弹复合材料，其主要功能是通过软质防弹层吸收弹头或弹片的动能，阻挡或减小弹头弹片对人体的伤害，尤其当枪弹、破片侵彻防弹层时会产生方向剪切、拉伸破坏和分层破坏，软质防护层纤维抽拔、断裂，弹片、破片变形或碎裂，借以消耗其能量，达到防护作用。现阶段软质防弹衣中软质防护层的吸能利用率较低，会导致弹击后凹陷偏大，且V50值不高。如中国专利文献公告号CN108559116A，公布日2018年09月21日，公开了一种超高分子量聚乙烯UD无纬布及其光固化制备方法，文中提出“该方法包括：超高分子量聚乙烯纤维从放线架引入分线架，通过牵引辊，导入铺丝辊，再导入上胶辊，使纤维充分浸润于光固化树脂中，将被光固化树脂充分浸润的纤维经过挤压辊挤压，形成单层浸胶纤维，进入光固化箱中，在紫外光的照射下树脂迅速固化，经过后牵引辊导入收卷辊，形成超高分子量聚乙烯UD无纬布。生产的UD无纬布纤维之间被光固化树脂涂覆，在光源辐射下，引发树脂迅速交联固化，形成高粘性的UD无纬布，同时，纤维之间树脂在光辐射下迅速固化，形成紧密结合的整体，可以提高拉伸强度和弹性模量，缩小防弹衣的凹陷深度，减轻冲击带来的非贯穿性伤害，从而提高了防弹性能”，此现有技术主要是通过光固化技术使纤维间牢固为一体结构，这样虽然能从一定程度上缩小防弹衣的凹陷深度，但纤维的吸能利用率较低，生产工艺较为复杂，生产过程难以控制，光固化成本较高。为此，需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防弹防破片的软质防护层，以解决上述背景技术中提出的现阶段软质防护层的吸能利用率低，弹击后凹陷偏大，生产成本高，V50值低等问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防弹防破片的软质防护层，由多层无纬布A叠合而成；或由多层无纬布A和多层无纬布B穿插混搭叠合而成；所述无纬布A由若干层的单向涂胶纤维层按0°和90°方向交错叠加热压复合而成；所述无纬布B由两层预压层C和一层预压层D热压复合而成；所述预压层C和预压层D均由两层的单向涂胶纤维层按0°和90°方向交错叠加热压复合而成。由多层无纬布A和多层无纬布B穿插混搭叠合而成软质防护层中的无纬布A与无纬布B的层数比例为2-7:1。
进一步的，所述软质防护层的迎弹面侧至少有两层无纬布A，所述无纬布A均按涂胶层的一面背对迎弹方向排布，所述软质防护层中的所有单向涂胶纤维层均按0º和90º十字交叉交替排布。
进一步的，所述单向涂胶纤维层选用拉伸强度≥39cN/dtex，拉伸模量≥1500cN/dtex的超高分子量聚乙烯纤维制备而成。
进一步的，所述单向涂胶纤维层的制备具体包括如下步骤：超高分子量聚乙烯纤维从丝架经过分丝板进入超声波清洗水槽中清洗，清洗后进入干燥装置进行干燥处理，然后然后将胶槽内的胶料单面涂抹于聚乙烯纤维上，涂胶后制成单层的面密度为30-40g/㎡的涂胶纤维层。所述胶槽内的胶料为添加有氢氧化钠、氢氧化钾、聚烯烃、纳米氧化铝粉末中的一种或两种的聚氨酯胶黏剂。
进一步的，所述无纬布A由4-8层的单向涂胶纤维层按0°和90°方向交错叠加热压复合而成，每层涂胶纤维层的涂胶面朝向同一方向排布。
进一步的，所述预压层C的两层涂胶纤维层的涂胶面朝向相反的方向排布，所述预压层D的两层涂胶纤维层的涂胶面朝向同一方向排布。
进一步的，所述无纬布B由两层预压层C和一层预压层D热压复合而成，具体步骤为：先将预压层C和预压层D制卷，两卷预压层C和一卷预压层D分别通过张力机张紧，两卷预压层C和一卷预压层D在热压辊处进行热压叠合，再经过对辊复压后收卷制得无纬布B；在两卷预压层C和一卷预压层D热压叠合前利用喷嘴装置在两层预压层C及一层预压层D的交叠处均喷洒聚脲。聚脲的拉伸强度在10MpA以上，附着力在3MpA以上，凝胶时间在15S以上。
除以上技术方案外，所述软质防护层用于防弹服装、防弹头盔、防弹盾牌和防弹护颈的制备。
现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明的软质防护层能够有效改善超高分子量聚乙烯纤维在防弹防护中吸能利用率，使超高分子量聚乙烯纤维的高强度高模量耐冲击的特性得以充分发挥，V50值提升明显，弹击后凹陷小，生产过程无需光固化处理，无需光固化树脂，整个生产过程容易控制且成本低。
2.本发明的软质防护层能够提高涂胶纤维层之间的结合牢度，便于防弹性能的整体发挥，有助于受冲击后动能的分散，有效地提高了涂胶纤维层的质量及防弹性能，大大降低弹击后凹陷，显著提高了V50值。
3.本发明的软质防护层应用于防弹服装、防弹头盔、防弹盾牌和防弹护颈等防弹用品中，应用范围广泛，适用性强。
附图说明
图1为本发明的无纬布A的结构示意图；
图2为本发明的预压层C的结构示意图；
图3为本发明的预压层D的结构示意图；
图4为本发明制成无纬布B过程示意图；
图5为本发明的无纬布B的结构示意图；
图6为本发明其中一种排布结构示意图；
图7为本发明另一种排布结构示意图。
其中：1、纤维面；2、涂胶面；3、无纬布A；4、预压层C；5、预压层D；6、无纬布B；7、喷嘴装置；8、辊热压复合机；9、张力机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1：（以面密度为160g/m²无纬布A、软质防护层的面密度为5.12Kg/m²、结构为32层为例）
首先选用拉伸强度≥39cN/dtex，拉伸模量≥1500cN/dtex的超高分子量的聚乙烯纤维，将纤维从丝架经过分丝板进入超声波清洗水槽中进行清洗，清洗后再进入干燥装置进行干燥处理，然后将胶槽中弱碱性的胶黏剂单面涂抹于纤维面1上形成涂胶面2，制成面密度为40g/m²的单向涂胶纤维层。
然后将单向涂胶纤维层按照生产要求进行裁剪，裁剪后，将4层单向涂胶纤维层的涂胶面2向同一方向，按照纤维面0°和90°方向排布进行交错叠合（如图1所示），再通过热压复合机进行平板层压迅速复合制成面密度为160g/m²的无纬布A3。
最后选取32层无纬布A3进行穿插混搭制成面密度为5.12Kg/m²，结构为32层的软质防护层（如图6所示），且无纬布A3的涂胶面2背对迎弹面，而纤维面1则面对迎弹面，且软质防护层中所有单层UD纤维均成0º/90º的十字交叉状。
由于此实施例中只选取了无纬布A3，并没有无纬布B6进行混搭，根据GA141-2010《警用防弹衣》的测试标准对面密度为5.12Kg/m²，结构为32层的软质防护层进行了凹限深度及V50值的测试，表1为实施例1的凹限深度的测试数据，表2为实施例1的V50值的测试数据。
实施例2：（以面密度为160g/m²无纬布A3、面密度为240g/m²的无纬布B6进行混搭，软质防护层的面密度为5.12Kg/m²，结构为30层为例）
本实施例中，无纬布A3的制备方法及结构与实施例1相同，无纬布B6的制备：
先将2层单向涂胶纤维层的涂胶面2向内，按0°和90°方向排布进行交错叠合（如图2所示），再通过热压复合机进行平板层压迅速复合制成面密度为80g/m²的预压层C4，预压层C4制成卷；
再将2层单向涂胶纤维层的涂胶面2向同一方向，按0°和90°方向排布进行交错叠合（如图3所示），再通过热压复合机进行平板层压迅速复合制成面密度为80g/m²的预压层D5，预压层D5制成卷。
选两卷预压层C4和一卷预压层D5，将两卷预压层C4和一卷预压层D5经过张力机9进行拉紧叠加，同时在两层预压层C4及一层预压层D5的交叠处通过喷嘴装置7喷涂上拉伸强度为10MpA以上，附着力在3MpA以上，凝胶时间在15S以上的聚脲，再利用聚脲成型速度快的特点，通过辊热压复合机8进行迅速热合制成面密度为240g/m²的无纬布B6（如图4-5所示），无纬布B6制卷。
无纬布A3之间穿插混搭有无纬布B6，即：选取26层面密度为160g/m²的无纬布A和4层面密度为240g/m²的无纬布B6进行穿插混搭制成面密度为5.12Kg/m²，结构为26层160g/m²+4层240g/m²的软质防护层，无纬布A3的涂胶面2背对迎弹面，而纤维面1则面对迎弹面（如图6所示），且软质防护层中所有单层UD纤维均成0º/90º的十字交叉状，无纬布A3和无纬布B6的排布顺序如图7所示。
根据GA141-2010《警用防弹衣》的测试标准对面密度为5.12Kg/m²，结构为26层160g/m²+4层240g/m²的软质防护层进行了凹限深度及V50值的测试，表3为实施例2的凹限深度的测试数据，表4为实施例2的V50值的测试数据。
由表3和表4可知，相对于实施例1，面密度为5.12Kg/m²，结构为26层160g/ m²+4层240g/m²的软质防护层的凹陷深度减小了，V50值提高了，防护效果也有所提高了，由此可知，无纬布A3之间穿插混搭有无纬布B6制成的软质防护层的防弹效果优于实施例1。
实施例3：（以面密度为5.12Kg/m²，结构为20层160g/m²+8层240g/m²的软质防护层为例）
本实施例中，无纬布A3和无纬布B6的制备方法与实施例1和实施例2相同，且无纬布A之间穿插混搭有无纬布B6制成软质防护层的制备方法及结构与实施例2相同，仅无纬布A3和无纬布B6穿插混搭的层数比例不一致，即：选取20层面密度为160g/m²的无纬布A3和8层面密度为240g/m²的无纬布B6进行穿插混搭制成面密度为5.12Kg/m²，结构为20层160g/m²+8层240g/m²的软质防护层，无纬布A3和无纬布B6的排布顺序如图7所示，所有单层UD纤维均成0º/90º的十字交叉状。根据GA141-2010《警用防弹衣》的测试标准对面密度为5.12Kg/m²，结构为20层160g/m²+8层240g/m²的软质防护层进行了凹限深度及V50值的测试，表5为实施例3的凹限深度的测试数据，表6为实施例3的V50值的测试数据。
由表5和表6可知，面密度为5.12Kg/m²，结构为20层160g/ m²+8层240g/m²的软质防护层的凹陷深度进一步减小了，V50值也得到了进一步的提高，防护效果也就有了明显地提高，由此可知，无纬布B6在无纬布A3中穿插混搭的层数增加到一定值后，会使凹限深度数据进一步减小，继而进一步提高V50值，而无纬布B6是由于在制备过程中被喷涂有聚脲，而聚脲的拉伸强度在10MpA以上，可以有助于防弹防破片，附着力在3MpA以上，可以有助于纤维和聚脲的结合，有利于受冲击后动能的分散，凝胶时间在15S以上，便于更好地生产出无纬布B6，因此，利用聚脲成型速度快的特点制成无纬布B6在增加一定层数后，会使制成的软质防护层的防弹效果得到进一步地提高。
本发明制备的软质防护层应用于防弹服装、防弹头盔、防弹盾牌和防弹护颈的制备，软质防护层中所有不带胶的一面为迎弹面，带胶的一面为背弹面，有效地提高了防弹服装、防弹头盔、防弹盾牌和防弹护颈的防弹性能，保证了防弹服装、防弹头盔、防弹盾牌和防弹护颈的防护效果。
Claims (11)
1.一种防弹防破片的软质防护层，其特征在于，
由多层无纬布A叠合而成；
或由多层无纬布A和多层无纬布B穿插混搭叠合而成；
所述无纬布A由若干层的单向涂胶纤维层按0°和90°方向交错叠加热压复合而成；
所述无纬布B由两层预压层C和一层预压层D热压复合而成；
所述预压层C和预压层D均由两层的单向涂胶纤维层按0°和90°方向交错叠加热压复合而成。
2.根据权利要求1所述的一种防弹防破片的软质防护层，其特征在于，由多层无纬布A和多层无纬布B穿插混搭叠合而成软质防护层中的无纬布A与无纬布B的层数比例为2-7:1。
3.根据权利要求1或2所述的一种防弹防破片的软质防护层，其特征在于，所述单向涂胶纤维层选用拉伸强度≥39cN/dtex，拉伸模量≥1500cN/dtex的超高分子量聚乙烯纤维制备而成。
4.根据权利要求3所述的一种防弹防破片的软质防护层，其特征在于，所述单向涂胶纤维层的制备具体包括如下步骤：超高分子量聚乙烯纤维从丝架经过分丝板进入超声波清洗水槽中清洗，清洗后进入干燥装置进行干燥处理，然后将胶槽内的胶料单面涂抹于聚乙烯纤维上，涂胶后制成单层的面密度为30-40g/m2的涂胶纤维层。
5.根据权利要求4所述的一种防弹防破片的软质防护层，其特征在于，所述胶槽内的胶料为添加有氢氧化钠、氢氧化钾、聚烯烃、纳米氧化铝粉末中的一种或两种的聚氨酯胶黏剂。
6.根据权利要求4或5所述的一种防弹防破片的软质防护层，其特征在于，所述无纬布A由4-8层的单向涂胶纤维层按0°和90°方向交错叠加热压复合而成，每层涂胶纤维层的涂胶面朝向同一方向排布。
7.根据权利要求4或5所述的一种防弹防破片的软质防护层，其特征在于，所述预压层C的两层涂胶纤维层的涂胶面朝向相反的方向排布，所述预压层D的两层涂胶纤维层的涂胶面朝向同一方向排布。
8.根据权利要求7所述的一种防弹防破片的软质防护层，其特征在于，所述无纬布B由两层预压层C和一层预压层D热压复合而成，具体步骤为：先将预压层C和预压层D制卷，两卷预压层C和一卷预压层D分别通过张力机张紧，两卷预压层C和一卷预压层D在热压辊处进行热压叠合，再经过对辊复压后收卷制得无纬布B；在两卷预压层C和一卷预压层D热压叠合前利用喷嘴装置在两层预压层C及一层预压层D的交叠处均喷洒聚脲。
9.根据权利要求8所述的一种防弹防破片的软质防护层，其特征在于，聚脲的拉伸强度在10MpA以上，附着力在3MpA以上，凝胶时间在15S以上。
10.根据权利要求1所述的一种防弹防破片的软质防护层，其特征在于，所述软质防护层的迎弹面侧至少有两层无纬布A，所述无纬布A均按涂胶层的一面背对迎弹方向排布，所述软质防护层中的所有单向涂胶纤维层均按0º和90º十字交叉交替排布。
11.一种防弹服装，其特征在于：包括权利要求1或2或4或5或8或9中所述的软质防护层。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115289909A (zh) * | 2022-09-01 | 2022-11-04 | 山东非金属材料研究所 | 一种装甲车用防弹板及其制备方法 |
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- 2021-10-12 CN CN202111187077.0A patent/CN113883965A/zh active Pending
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