CN113954445B - 防爆服及其织物和制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开防爆服及其织物和制备方法。本发明的防爆服织物使用无定形高分子聚合物纤维，与传统结晶型聚合物纤维相比，具有更强的防护性能。通过在缓冲层使用镀银纤维，在为防爆服提供杀菌防异味功能的同时还能够提供一定导电性，起到防静电作用。另外，通过使用聚脲高分子作为抗冲击层可以有效吸收爆炸过程中释放的能量，起到缓冲作用，另外抗冲击层的多孔结构在进一步起缓冲作用的同时可以有效降低聚脲高分子的密度，使其更加轻量化。

Description

防爆服及其织物和制备方法
技术领域
本发明涉及特种防护装置领域，具体地涉及一种高性能防爆服及其织物和制备方法。
背景技术
高性能有机纤维及其复合材料具有高强度、高韧性的力学特点和不同于金属材料的抗侵彻机理，在防弹衣、防爆服、防弹头盔、复合装甲等装备中具有重要应用，而持续提升纤维强度和韧性则是提高装备防护能力的关键。如美国的KM2型芳纶纤维即是高强度、中模量、高韧性的典型代表，但该纤维对我国严格限制出口。
目前，特种防护用高性能有机纤维主要以结晶性聚合物为主，例如对位芳纶纤维和芳纶Ⅲ纤维等。虽然这些材料被广泛应用在防护装备上，具有优异性能，但仍然存在一定不足。例如芳纶纤维固有的不耐紫外和环境老化特点严重影响装备的服役寿命；芳纶Ⅲ纤维虽然强度高，但模量也高，导致其韧性提升空间有限，不利于吸能效率的进一步提高。
背景技术中的信息仅仅在于说明本发明的总体背景，不应视为承认或以任何形式暗示这些信息构成本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
为进一步提高防爆服的防护性能，本发明提供一种防爆服用织物、防爆服及其制备方法。具体地，本发明包括以下内容。
本发明的第一方面，提供一种防爆服用织物，沿厚度方向从内向外依次包括缓冲层、抗冲击层和保护层，其中：所述缓冲层包括镀银纤维制得的织物层，所述抗冲击层包括多孔聚合物分子，所述保护层包括高强耐热无定形聚合物纤维。
根据本发明所述的防爆服用织物，优选地，所述缓冲层的织物层由镀银纤维编织而成或由镀银纤维和其他纤维的混合纤维束编织。
根据本发明所述的防爆服用织物，优选地，所述高强耐热无定形聚合物纤维在准静态条件下的拉伸强度为3.4GPa以上，优选3.5GPa以上。当应变速率为900/s时，高强耐热无定形聚合物纤维的断裂强度为5.0GPa以上，优选5.1GPa以上。
根据本发明所述的防爆服用织物，优选地，所述高强耐热无定形聚合物纤维为以联苯四酸二酐和/或均苯四酸二酐为主体，可选地，在无定形聚合物纤维中进一步引入喹唑啉。通过引入喹唑啉结构可进一步提高纤维强度，例如可以达到4.0GPa以上。
根据本发明所述的防爆服用织物，优选地，所述多孔聚合物分子包括聚脲高分子材料。
根据本发明所述的防爆服用织物，优选地，所述抗冲击层包括阻燃剂。
本发明的第二方面，提供一种防爆服，其包括第一方面所述的防爆服用织物。
根据本发明所述的防爆服，优选地，其为空军机场未爆弹排除作业时操作人员穿着用防爆服。
本发明的第三方面，提供防爆服的制备方法，其中，涉及使用第一方面所述的防爆服用织物制作防护服本体的步骤。
本发明的防爆服织物使用无定形高分子聚合物纤维，与传统结晶型聚合物纤维相比，具有更强的防护性能。通过使用在缓冲层使用镀银纤维在提供杀菌防异味的同时还能够提供一定导电性，从而避免静电缺陷。另外，通过使用聚脲高分子作为抗冲击层可以有效吸收爆炸过程中释放的能量，起到缓冲作用，且多孔结构在进一步起缓冲作用的同时可以有效降低聚脲高分子的密度，使其更加轻量化。
附图说明
图1实施例1的保护层纤维在高应变速率条件下的力学性能。
图2比较例1的保护层纤维在高应变速率条件下的力学性能。
图3比较例2的保护层纤维在高应变速率条件下的力学性能。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。除非另有说明，否则“％”为基于重量的百分数。
本发明的防爆服用织物，沿厚度方向从内向外依次包括缓冲层、抗冲击层和保护层。下面详细说明各结构。
缓冲层
本发明的缓冲层包含镀银纤维，从而提供一定导电性，防止产生静电，同时提供杀菌除异味功能。缓冲层可以由镀银纤维编织而成，在此情况下，优选地缓冲层包括多层由镀银纤维编织的织物层。
为了降低缓冲层导电性，优选地缓冲层包括由镀银纤维和其他纤维组成的编织物。镀银纤维和其他纤维可以是两者组成的混合纤维束，然后由混合纤维束编织得到织物，也可以是将镀银纤维作为经线，其他纤维作为纬线，或者将将镀银纤维作为纬线，其他纤维作为经线得到的织物。
本发明中，缓冲层还进一步包括单独的亲水性织物层，可选地，本发明的镀银纤维为亲水性改性纤维，由此提高穿着舒适性。还优选地，缓冲层还包括植物棉材料层。
抗冲击层
本发明的抗冲击层包括聚脲高分子材料，聚脲高分子材料具有优异的吸收爆炸能量的效果，优选地将聚脲高分子材料设计为多孔结构，通过多孔结构大大提升材料本身的能量吸收性能。为了提高防爆服装保护工作者免受可能的暴燃的性能，可选地进一步包括阻燃剂。
保护层
本发明的保护层包括高强耐热无定形聚合物纤维，优选地，不含有结晶性聚合物纤维。本发明发现与结晶性聚合物纤维相比，无定形聚合物纤维具有更优异的拉伸强度和断裂吸能效果，从而更适应作用防爆服用织物的材料。其原因可能在于无定形聚合物的链段运动能力比结晶性聚合物的链段运动强。在高速应变发生的瞬间分子链断裂之前，高应力迫使下的链段运动能够为纤维提供额外的能量吸收和耗散渠道，所以无定型纤维在高应变速率条件下表现出更为优异的拉伸强度和断裂吸能效果。
实施例1
本实施例提供一种防爆服用织物，沿厚度方向从内向外依次包括缓冲层、抗冲击层和保护层，其中：缓冲层包括多层由镀银纤维编织得到的织物层。抗冲击层包括多孔聚脲弹性体分子层，其厚度为1-3mm。保护层为联苯型无定形聚合物纤维(a-BPDA-PI)。如表1和图1所示，在准静态条件下，其拉伸强度为3.5GPa，当应变速率为900/s时，高强耐热无定形聚合物纤维的断裂强度为5.2GPa。
实施例2
本实施例提供一种防爆服用织物，沿厚度方向从内向外依次包括缓冲层、抗冲击层和保护层，其中：缓冲层包括多层由镀银纤维编织得到的织物层。抗冲击层包括多孔聚脲弹性体分子层，其厚度为1-3mm。保护层为均苯型无定形聚合物纤维。如表1所示，在准静态条件下，其拉伸强度为3.6GPa，当应变速率为900/s时，高强耐热无定形聚合物纤维的断裂强度为5.1GPa。
实施例3
本实施例提供一种防爆服用织物，沿厚度方向从内向外依次包括缓冲层、抗冲击层和保护层，其中：缓冲层包括多层由镀银纤维编织得到的织物层。抗冲击层包括多孔聚脲弹性体分子层，其厚度为1-3mm。保护层为均苯型无定形聚合物纤维(引入喹唑啉)。如表1所示，在准静态条件下，其拉伸强度为4.1GPa，当应变速率为900/s时，高强耐热无定形聚合物纤维的断裂强度为5.7GPa。
实施例4
本实施例提供一种防爆服用织物，沿厚度方向从内向外依次包括缓冲层、抗冲击层和保护层，其中：缓冲层包括多层由镀银纤维编织得到的织物层。抗冲击层包括多孔聚脲弹性体分子层，其厚度为1-3mm。保护层为混合型无定形聚合物纤维。如表1所示，在准静态条件下，其拉伸强度为3.5GPa，当应变速率为900/s时，高强耐热无定形聚合物纤维的断裂强度为5.3GPa。其中，混合型无定形聚合物纤维是指由1,2,3,4-联苯四酸二酐和均苯四酸二酐共聚得到的无定形聚合物纤维。
比较例1
本实施例提供一种防爆服用织物，沿厚度方向从内向外依次包括缓冲层、抗冲击层和保护层，其中：缓冲层包括多层由镀银纤维编织得到的织物层。抗冲击层包括多孔聚脲弹性体分子层，其厚度为1-3mm。保护层为结晶型聚合物纤维(PPTA)。如表1和图2所示，在准静态条件下，其拉伸强度为3.1GPa，当应变速率为900/s时，高强耐热无定形聚合物纤维的断裂强度为4.1GPa。
比较例2
本实施例提供一种防爆服用织物，沿厚度方向从内向外依次包括缓冲层、抗冲击层和保护层，其中：缓冲层包括多层由镀银纤维编织得到的织物层。抗冲击层包括多孔聚脲弹性体分子层，其厚度为1-3mm。保护层为结晶型聚合物纤维(芳纶Ⅲ)。如表1和图3所示，在准静态条件下，其拉伸强度为4.1GPa，当应变速率为900/s时，高强耐热无定形聚合物纤维的断裂强度为5.3GPa。
测试例
本实施例为不同织物的防弹性能测试例。测试标准为GJB4300A-2012。具体地，织物面密度为200g/m2(单层)，采用24层织物以4.8kg/m2试验样面密度进行的射击试验。从表1数据中可以看出，实施例1-4的V50值均高于比较例1和2，表明防护性能更优。
另外，由表1的数据还可以看出，与实施例2的均苯型无定形聚合物纤维相比，实施例1的联苯型无定形聚合物纤维具有更强的断裂应力和防护性能。而当在实施例2的无定形聚合物中引入喹唑啉后可以大大提升纤维强度，甚至可以使其强度大于实施例1的联苯型无定形聚合物纤维。另外，虽然比较例2的芳纶Ⅲ结晶性聚合物纤维具有较高的强度，但是其防护性能相对较强，可能原因在于其吸能效果较差所致。
由表1还可知，与实施例1和2的无定形聚合物纤维相比，实施例4的混合型无定形聚合物纤维的强度略有升高，但防护性能更高。
表1
准静态的断裂应力/GPa 900/s时断裂应力/GPa 防护性能V50/m/s
实施例1 3.5 5.2 560.3
实施例2 3.3 5.1 558.2
实施例3 4.1 5.7 573.1
实施例4 3.5 5.3 565.1
比较例1 3.1 4.1 538.4
比较例2 4.1 5.3 548.9
尽管本发明已经参考示例性实施方案进行了描述，但应理解本发明不限于公开的示例性实施方案。在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的示例性实施方案做多种调整或变化。权利要求的范围应基于最宽的解释以涵盖所有修改和等同结构与功能。

Claims (6)

1.一种防爆服用织物，其特征在于，沿厚度方向从内向外依次包括缓冲层、抗冲击层和保护层，其中：所述缓冲层包括镀银纤维制得或由镀银纤维和其他纤维的混合纤维编织而成的织物层，所述抗冲击层包括多孔聚合物分子层，所述保护层包括高强耐热无定形聚合物纤维，其中所述多孔聚合物分子层为多孔聚脲弹性体分子层；
所述高强耐热无定形聚合物纤维为：联苯型无定形a-BPDA-PI纤维、均苯型无定形聚酰亚胺纤维或混合型无定形聚酰亚胺纤维，其中所述混合型无定形聚酰亚胺纤维是指由1,2,3,4-联苯四酸二酐和均苯四酸二酐共聚得到，所述均苯型无定形聚酰亚胺纤维进一步引入喹唑啉。
2.根据权利要求1所述的防爆服用织物，其特征在于，所述高强耐热无定形聚合物纤维在准静态条件下的拉伸强度为3.4GPa以上，当应变速率为900/s时，所述高强耐热无定形聚合物纤维的断裂强度为5.1GPa以上。
3.根据权利要求1所述的防爆服用织物，其特征在于，所述抗冲击层还包括阻燃剂。
4.一种防爆服，其特征在于，其包括由根据权利要求1-3任一项所述的防爆服用织物。
5.根据权利要求4所述的防爆服，其特征在于，其为空军机场未爆弹排除作业时操作人员穿着用防爆服。
6.一种防爆服的制备方法，其特征在于，使用根据权利要求1-3任一项所述的防爆服用织物制作防护服本体。
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