CN114507986B - 一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物及其制备方法 - Google Patents

一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物及其制备方法，所述涂层织物由基布、功能纤维粉体改性涂层剂、剪切增稠流体以及短纤维绒毛四部分复合而成。本发明将植绒后的织物浸入剪切增稠流体内，垂直排布的功能短纤维内部及周围被剪切增稠流体包裹，烘干、冷却、吸绒后进行二次涂层或者覆膜得到成品织物。本发明将垂直纤维阵列短绒毛层作为容纳支撑区，结合上下两侧的功能纤维粉体改性涂层和两边封口，剪切增稠流体区更稳定，将短纤维采用高压静电定向植入纤维粉体涂层的方法，可使短纤维在涂层中起“销钉”角色来增强织物表面与涂层之间的作用力，从而提升涂层织物的耐磨及其他力学性能。

Description

一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物及其制备方法
技术领域
本发明涉及新材料领域，具体涉及一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的日新月异，各类杀伤性武器不断出现，防弹材料由最初的金属材料到铝合金材料, 直至目前的高性能纤维材料，其要求具有高比强度、低密度、高比模量等特点,因而，具有各项综合性能的防弹复合材料有了很大的发展。高性能纤维材料具有高强高模、耐冲击性好、防护性能高等特点，在人体防弹领域得到了广泛应用。当高性能纤维织物受到高速冲击时，冲击点处纤维受到拉伸和剪切，纤维可以把冲击能量传递到冲击点以外的区域，对能量进行吸收扩散。为达到防刺效果，传统的软体防护材料通常是将20-40层的高性能纤维织物叠加使用，在威胁较大的情况下可以加入刚硬的陶瓷插片。其一般只能对人体的躯干进行保护，而对一些如膝盖、脖子等关节部位很难达到有效的保护。传统的防刺材料层数较多，会造成防刺材料紧固、厚重、僵硬，严重影响穿戴者执行任务时的灵活性，因此研究开发轻薄质轻、柔软、高防护的防弹复合材料成为本领域的研究重点。
剪切增稠液体（Shear thickening fluid, 剪切增稠流体溶液，简称STF）是一种粘度随着剪切速率的增大而不断增大的一种非牛顿幂律流体，在受到高速剪切作用时会迅速由液体变为固体；当外力消除后，由于可逆相变会恢复到液体状态。剪切增稠流体溶液具有柔性、灵活、轻质特点，适用于轻质防弹衣或防护部件。近年来利用剪切增稠流体溶液与纤维织物进行复合制备的复合材料被用于软体防护，又被称为液体防弹材料或者液体装甲。将剪切增稠流体溶液与纤维织物复合可制成柔性轻薄且具有可逆相变的防弹、防刺材料。剪切增稠流体溶液使纤维织物变得十分强韧的同时，又不改变织物的质量，可以有效地减轻由于普通织物叠层过多造成的厚重，具有与多层高性能纤维织物相等的防弹效果，同时具有与织物相当的柔性，可用于人体任何部位的防护，无论如何弯曲其性能都不会受损，是一种低成本、用途广泛的新型材料。剪切增稠流体溶液可有效增强防弹用织物的防弹及防刺性能，更重要的是减少了织物的复合层数，用于人体防护装甲中，使其更薄，柔韧性与弹性更好。
虽然剪切增稠流体溶液有着得天独厚的优点，但由于流动性强，难以维持固定的形状，承装液体的容器底部稍有破损，所有液体将全部流出，稳定性差，实际工程中容易发生侧漏或随着期限的延长而逐渐流失。因此需要探索一种比密度小、比刚度高、空隙空间大、缓冲吸能效果好的材料进行复合，垂直纤维阵列层是剪切增稠流体溶液的理想复合材料，这种芯材常用于轻质构件的制作材料，既能减轻构件的实际重量，又可以保证结构的强度。在船舶制造、航空、航天和建筑等行业被广泛使用。
发明内容
本发明的目的是克服现技术的缺陷和不足，提供一种耐磨、耐剥离、耐撕裂、使用寿命长的基于剪切增稠流体的防刺防弹织物及其制备方法。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物，包括基布, 其特征在于：所述基布的一侧或两侧由外向内分别设置有表层功能粉体改性涂层/功能膜、中间剪切增稠流体层、短纤维绒毛和里层功能粉体改性涂层，所述短纤维绒毛通过静电植绒以垂直阵列形式分布于中间剪切增稠流体层和里层功能粉体改性涂层中。
所连基布为机织、经编、纬编、非织造等其中一种或多种方式制备而成，原料为UHMWPE、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、碳纤维、涤纶、丙纶、锦纶、玻璃纤维、玄武岩纤维等其中一种或多种。
所述表层功能粉体改性涂层、里层功能粉体改性涂层包含功能粉体和涂层剂，功能粉体随机分布于涂层剂中，所述表层功能粉体改性涂层和里层功能粉体改性涂层可以相同也可以不同，所述涂层剂采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚乙烯、橡胶类涂层剂、热熔涂层整理剂等其中一种或几种。
所述功能粉体包括功能纤维粉体或功能无机纳米粉体。所述功能纤维粉体为麻纤维、蚕丝纤维、羊毛纤维、棉纤维、壳聚糖纤维、防辐射纤维、防紫外线纤维、阻燃改性纤维、抗菌纤维、吸波纤维、功能纤维粉体中的一种或几种，粒径100nm~50000nm之间，添加量为涂层剂的0~5wt%；功能无机纳米粉体为SiO2气凝胶、纳米TiO2、ZnO、Fe2O3、Al2O3、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯、Ag纳米粒子、银纳米线、CaCO3、高岭土、空心玻璃微珠中的一种或几种，粒径100nm~1000nm之间，添加量为涂层剂的0~10wt%。
所述表层功能膜为采用聚合物挤出、压延法或流延法生产的聚氨酯薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、PTFE、PVDF薄膜等其中一种，通过添加功能无机纳米粉体母粒的方式赋予其功能，功能粉体母粒的添加为聚合物的0~15wt%。
所述中间剪切增稠流体层由分散相粒子和分散介质组成，其中分散相粒子为二氧化硅或其它氧化物、碳酸钙、聚苯乙烯、PMMA颗粒中的一种或几种；分散介质为乙烯基乙醇、聚乙二醇或聚丙二醇、矿物油、水中的一种或几种。
所述短纤维绒毛为普通短纤维绒毛或功能短纤维绒毛，功能短纤维绒毛为防辐射纤维、防紫外线纤维、阻燃纤维、抗菌纤维中的一种或几种切断或普通短纤维绒毛经防辐射、防紫外、阻燃、抗菌特殊功能整理获得，短纤维绒毛长度为0.3～1.2 mm。
一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物的制备方法，其特征在于，织物一侧含有垂直纤维阵列改性剪切增稠流体的最终成品制备包括以下步骤：
1）材料准备：准备好所需原材料并检验合格，制备剪切增稠流体，短纤维绒毛和功能粉体烘干，将功能粉体与涂层剂搅拌均匀后得到表层功能粉体改性涂层剂和里层功能粉体改性涂层剂；
2）基布前处理：将基布经等离子处理、辐照处理、电晕处理、化学偶联剂处理、酸（碱）处理或其它化学改性，提高其表面润湿性能；
3）正面涂层：采用辊式、刀刮、喷雾方法将里层功能粉体改性涂层剂涂覆在步骤2）所得基布正面，获得正面湿涂层；
4）正面植绒：将步骤3）所得的织物送入高压静电区，采用静电使得短纤维绒毛（14）定向移动，并飞向正面湿涂层，与之粘合，烘燥、冷却、吸绒后织物正面形成一层垂直纤维阵列短纤维绒毛层；
5）剪切流体施加：将正面植绒后的织物浸入剪切增稠流体溶液内，垂直阵列排布的短纤维绒毛层内部及周围被剪切增稠流体包裹，烘燥、冷却；
6）表层涂层/功能覆膜：将步骤5）得到的织物正、反两侧分别采用辊涂、刀刮、喷雾方法均匀涂覆一层表层功能粉体改性涂层剂或者采用聚合物挤出、流延或压延的方法在织物两侧涂覆一层功能膜，烘燥并冷却后两边封口得到织物一侧含有垂直纤维阵列改性剪切增稠流体的最终成品。
织物两侧含有垂直纤维阵列改性剪切增稠流体的最终成品制备包括以下步骤：
1）材料准备：准备好所需原材料并检验合格，制备剪切增稠流体，短纤维绒毛和功能粉体烘干，将功能粉体与涂层剂搅拌均匀后得到表层功能粉体改性涂层剂和里层功能粉体改性涂层剂；
2）基布前处理：将基布经等离子处理、辐照处理、电晕处理、化学偶联剂处理、酸（碱）处理或其它化学改性，提高其表面润湿性能；
3）正面涂层：采用辊式、刀刮、喷雾方法将含有里层功能粉体改性涂层整理剂涂覆在步骤2）所得基布正面，获得正面湿涂层；
4）正面植绒：将步骤3）所得的织物送入高压静电区，采用静电使得短纤维绒毛定向移动，并飞向正面湿涂层，与之粘合，烘燥、冷却后织物正面形成一层垂直纤维阵列短纤维绒毛层；
5）反面涂层：采用辊式、刀刮、喷雾方法将里层功能粉体改性涂层剂涂覆在步骤4）所得织物的基布反面，获得反面湿涂层；
6）反面植绒：将步骤5）所得的织物送入高压静电区使短纤维绒毛与反面湿涂层结合，烘燥、冷却后织物反面形成一层垂直纤维阵列短纤维绒毛层；
7）剪切流体施加：将双面植绒后的织物浸入剪切增稠流体溶液内，剪切增稠流体的复合采用乙醇稀释法，由于剪切增稠液粘度随着分散相粒子的质量分数增加而变大，高浓度剪切增稠流体溶液流动性较差，因此剪切增稠流体溶液采用浸渍与织物复合十分困难，需采用乙醇稀释。为了使剪切增稠流体溶液均匀地浸渍间隔织物，先在剪切增稠流体溶液中按一定质量比例加入无水乙醇，进行搅拌稀释，然后将织物浸渍在稀释后的溶液里，使得垂直阵列排布的短纤维绒毛层内部及周围被剪切增稠流体包裹，最后，放入烘箱，在60℃下加热干燥，使乙醇挥发去除，得到复合材料；
8）表层涂层/功能覆膜：将步骤7）得到的织物其两侧分别采用辊涂、刀刮、喷雾方法均匀涂覆一层表层功能粉体改性涂层整理剂或者采用聚合物挤出、压延或流延方法在织物两侧涂覆一层功能膜，烘燥并冷却后两边封口得到织物两侧含有垂直纤维阵列改性剪切增稠流体的最终成品。剪切增稠流体被包裹在顶层功能纤维粉体改性涂层和底层功能纤维粉体改性涂层之间，垂直纤维阵列短绒毛层作为容纳支撑区，结合上下两侧的功能纤维粉体改性涂层和两边封口，剪切增稠流体区更稳定。
所述步骤1）中剪切增稠液体的制备方法包括以下步骤：
（1）根据制备剪切增稠液体的浓度，分别计算所需分散介质和分散相粒子颗粒的质量；
（2）首先取少量分散相粒子颗粒加入所需分散介质和一定量无水乙醇稀释剂的混合溶液中，超声分散，直至分散相粒子均匀分散，然后重复添加和超声分散，直至所需分散相粒子添加完毕；
（3）经充分分散后，置于25℃的真空干燥箱中真空脱泡24h，制得所需分散相质量浓度的剪切增稠样品。
所述步骤4）和步骤6）中短纤维绒毛需在80～120℃下烘干2～4小时，高压静电区电场电压为30 kV～40kV，极距为10 cm～15cm。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明用垂直纤维阵列作为剪切增稠流体的容纳支撑区，结合上下两侧的防水涂层和两边封口，获得稳定的剪切增稠流体防护织物，其垂直纤维阵列也可控制剪切增稠流体的吸附量及吸附厚度；垂直纤维阵列比密度小、比刚度高、空隙空间大、缓冲吸能效果好，是剪切增稠流体的理想复合材料，可解决了目前剪切增稠流体液体装甲因流动性强，难以维持固定的形状，稳定性差，易发生侧漏等缺点；剪切增稠流体使纤维织物变得十分强韧的同时，又不改变织物的质量，可以有效地减轻由于普通织物叠层过多造成的厚重，具有与多层高性能纤维织物相等的防弹效果，同时，剪切增稠流体可有效增强防弹用织物的防弹及防刺性能，更重要的是减少了织物的复合层数，用于人体防护装甲中，具有柔性、灵活、轻质特点。
2、本发明将短纤维采用高压静电定向植入纤维粉体涂层的方法，可使短纤维在涂层中起“销钉”角色来增强织物表面与涂层之间的作用力，从而提升涂层织物的耐磨及其他力学性能。
附图说明
图1是本发明中基于剪切增稠流体的防刺防弹织物的侧视图。
图2是本发明中基于剪切增稠流体的防刺防弹织物的制备流程图。
图中：基布11，表层功能粉体改性涂层/功能膜12，中间剪切增稠流体层13，短纤维绒毛14，里层功能粉体改性涂层15。
具体实施方式
以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物，由UHMWPE纤维织物、木棉纤维粉体改性PTFE涂层浆料、剪切增稠流体、0.8mm抗菌PA短纤维绒毛四部分复合而成。具体制备如下：
（1）在基布正面均匀刮涂一层含木棉纤维粉体的PTFE改性涂层浆料并立即通过高压静电区对涂层面进行植绒，短纤维绒毛需在120℃下烘干2小时，高压静电区电场电压为35 kV，极距为10 cm，然后将织物送入烘干机内烘干、冷却、吸绒；
（2）在基布反面均匀刮涂一层含木棉纤维粉体的改性涂层浆料并立即通过高压静电区对涂层面进行植绒，高压静电区电场电压为35 kV，极距为10 cm，然后将织物送入烘干机内烘干、冷却、吸绒；
（3）通过超声振荡的方法将纳米SiO2颗粒分散于一定量的无水乙醇中30 min, 然后加入PEG200超声分散2 h，最后置于DZF真空干燥箱中24 h（温度为60 ℃），除去多相剪切增稠液中的气泡和多余的无水乙醇，得到稳定的STFs分散体系；
（4）将STFs和无水乙醇按质量比1∶3混合稀释，然后用超声分散的方法将悬浮液分散30 min，确保溶液分散均匀，将步骤（2）得到的UHMWPE纤维织物在STFs悬浮液中浸泡10min，浸渍后，将复合材料置于电热鼓风干燥箱中在60 ℃干燥5 h，蒸发多余的无水乙醇，样品质量稳定；
（5）将步骤（4）得到的织物两侧分别采用辊涂方法均匀涂覆一层含木棉纤维粉体的PTFE改性涂层浆料，烘燥、冷却后两边封口得到织物两侧含有垂直PA纤维阵列改性剪切增稠流体的最终成品。
STF处理的UHMWPE纤维更加粗糙，STF渗透到织物纤维的空隙之间，纤维被STF覆盖，STF有效地浸渍UHMWPE纤维织物，增加纤维之间的连锁，提高纤维束之间的摩擦。STF/UHMWPE复合织物的穿刺能量和抗穿刺性能明显增强, 在不影响防刺性能的前提下，可以减少织物的层数。
具体性能如下：
防弹性能：满足 GA141《警用防弹衣》的相应规定。
防刺性能：满足 GA68-2008《警用防刺服》的相应规定，即以24J±0.5J动能，按00和450刺入角有效刺入，不允许刀尖穿透防护织物。
耐浸水性能：满足 GA141《警用防弹衣》的相应规定。
气候环境适应性：满足GA141《警用防弹衣》和 GA68-2008《警用防刺服》的相应规定。
抗菌性能：木棉纤维粉体和抗菌PA短纤维绒毛赋予织物一定的抗菌性能。
实施例2
一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物，由平纹芳纶机织物、PA纤维粉体改性PU涂层浆料、剪切增稠流体、1.2mm阻燃PP短纤维绒毛四部分复合而成。剪切增稠流体具体制备如下：
1）采用硅烷偶联剂KH560处理纳米SiO2粒子，防止纳米粒子的团聚问题；
2）将制备的 SiO2 粉体放入鼓风干燥箱中 90℃下干燥 12h，然后 120℃下干燥至恒重；
3）将SiO2 粉体与玛瑙球按一定的球料比放入球磨罐中进行干粉球磨0.5h，取一定质量的改性SiO2粒子，置于球磨罐中，加入PEG200进行球磨，每隔0.5h加入一定质量的粉体直至出现良好的剪切增稠性能，得到质量分数为20％的SiO2/PEG剪切增稠流体。
4）将样品置于25℃的真空烘箱中24h，除去其中的气泡，得到稳定的剪切增稠流体。
一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物的制备过程如下：
（1）芳纶织物经等离子处理5min；
（2）在芳纶织物正面均匀刮涂含PA纤维粉体的PU涂层浆料，将湿涂层的织物送入高压静电区植绒，短纤维绒毛需在120℃下烘干2小时，高压静电区电场电压为30 kV，极距为12 cm，然后将织物送入烘干机内烘干、冷却、吸绒；
（3）将SiO2/PEG剪切增稠流体和无水乙醇按质量比1∶3混合稀释，然后用超声分散的方法将悬浮液分散30 min，确保溶液分散均匀；
（4）将步骤（2）经过干燥处理的芳纶织物浸渍在步骤（3）STF／PEG分散体系，超声波振荡10min后取出试样，把试样放置在60℃的真空干燥箱中干燥5h，制成STF／芳纶复合材料。
（5）表层涂层/功能覆膜：将步骤（4）得到的织物两侧分别采用辊涂方法均匀涂覆一层含PA纤维粉体的PU涂层浆料，烘燥、冷却后两边封口得到织物一侧含有垂直纤维阵列改性剪切增稠流体的最终成品。
具体性能如下：
防弹性能：满足 GA141《警用防弹衣》的相应规定。
防刺性能：满足 GA68-2008《警用防刺服》的相应规定，即以24J±0.5J动能，按00和450刺入角有效刺入，不允许刀尖穿透防护织物。
耐浸水性能：满足 GA141《警用防弹衣》的相应规定。
气候环境适应性：满足GA141《警用防弹衣》和 GA68-2008《警用防刺服》的相应规定。
实施例3
本发明实施例中，一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物，由平纹尼龙纤维织物、氧化石墨烯改性PU涂层浆料、剪切增稠流体、1.0mm抗静电PA短纤维绒毛、氧化石墨烯改性PU膜复合而成。具体制备如下：
（1）在基布正面均匀刮涂一层含氧化石墨烯的PU涂层浆料并立即通过高压静电区对涂层面进行植绒，氧化石墨烯占PU涂层胶的2wt%，短纤维绒毛需在120℃下烘干2小时，高压静电区电场电压为40 kV，极距为15 cm，然后将织物送入烘干机内烘干、冷却、吸绒；
（2）在织物反面均匀刮涂含氧化石墨烯的PU涂层浆料，并立即通过高压静电区对涂层面进行植绒，高压静电区电场电压为40 kV，极距为15 cm，植绒后将织物送入烘干机内烘干、冷却、吸绒；
（3）向PEG 400中边搅拌边加入SiO2颗粒，配制成固相体积分数为10％的SiO2／PEG分散体系。将样品置于25℃的真空烘箱中24h，除去其中的气泡，得到稳定的剪切增稠流体；
（4）将SiO2/PEG剪切增稠流体和无水乙醇按质量比1∶3混合稀释，然后用超声分散的方法将悬浮液分散30 min，确保溶液分散均匀；
（5）将步骤（2）制备的尼龙纤维织物放置到步骤（4）的悬浮液中浸泡5min后，去除表面多余液体，在60℃的烘箱中放置3小时，烘燥、冷却，制成STF／尼龙复合织物。
（6）表层功能覆膜：将步骤（5）得到的织物采用聚合物流延方法在织物两侧涂覆一层氧化石墨烯改性PU功能膜，其中氧化石墨烯占PU的1wt%，干燥并冷却后两边封口得到织物两侧含有垂直纤维阵列改性剪切增稠流体的最终成品
固相体积分数为10％的SiO2／PEG400分散体系，具有典型的剪切增稠特性。将尼龙纤维织物在SiO2／PEG剪切增稠流体中浸泡后制得复合防刺材料，SiO2纳米颗粒分散在尼龙纤维织物表面和尼龙纤维之间。在防刺服面密度相同的前提下，复合防刺材料的防刺性能优于未处理的尼龙防刺材料，同时复合防刺材料的使用层数比尼龙防刺材料减少30％，可以明显提高防刺服穿着的舒适性。此外，添加的氧化石墨烯粉体和抗静电PA短纤维绒毛赋予织物一定的抗静电性能。
具体性能如下：
防弹性能：满足 GA141《警用防弹衣》的相应规定。
防刺性能：满足 GA68-2008《警用防刺服》的相应规定，即以24J±0.5J动能，按00和450刺入角有效刺入，不允许刀尖穿透防护织物。
耐浸水性能：满足 GA141《警用防弹衣》的相应规定。
气候环境适应性：满足GA141《警用防弹衣》和 GA68-2008《警用防刺服》的相应规定。
抗静电性能：氧化石墨烯无机粉体和抗静电PA短纤维绒毛赋予织物一定的抗静电性能。
实施例4
本发明实施例中，一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物，由PET平纹机织物、大麻纤维粉体改性PVC涂层浆料、剪切增稠流体、0.8mm抗菌PP短纤维绒毛四部分复合而成。具体制备如下：
（1）在基布正面均匀刮涂一层含大麻纤维粉体的涂层浆料并立即通过高压静电区对涂层面进行植绒，短纤维绒毛需在120℃下烘燥2小时，高压静电区电场电压为40 kV，极距为14 cm，然后将织物送入烘燥机内烘燥、冷却、吸绒。涂层浆为100份EPVC、72份DOP、5份DOA、10份大麻纤维粉体、3份稳定剂。
（2）在织物反面均匀刮涂一层含大麻纤维粉体的涂层浆料，并立即通过高压静电区对涂层面进行植绒，高压静电区电场电压为40 kV，极距为14 cm，植绒后将织物送入烘干机内烘燥、冷却并吸绒。
（3）向PEG 400中边搅拌边加入SiO2颗粒，配制成固相体积分数为10％的SiO2／PEG分散体系。将样品置于25℃的真空烘箱中24h，除去其中的气泡，得到稳定的STF剪切增稠流体。
（4）使用超声波振荡仪，将STF用乙醇进行稀释，稀释体积比为1︰3，将涤纶织物放入混合液中，用超声波振荡仪振荡5 min，使之充分浸透。将浸渍STF的涤纶织物放入80 ℃的烘箱内，干燥2 h后取出，即得STF /涤纶织物复合材料。
（5）将步骤（4）得到的织物其两侧分别采用辊涂方法均匀涂覆一层含大麻纤维粉体改性的PVC涂层浆料，干燥并冷却后两边封口得到织物两侧含有垂直PP纤维阵列改性剪切增稠流体的最终成品。
具体性能如下：
防弹性能：满足 GA141《警用防弹衣》的相应规定。
防刺性能：满足 GA68-2008《警用防刺服》的相应规定，即以24J±0.5J动能，按00和450刺入角有效刺入，不允许刀尖穿透防护织物。
耐浸水性能：满足 GA141《警用防弹衣》的相应规定。
气候环境适应性：满足GA141《警用防弹衣》和 GA68-2008《警用防刺服》的相应规定。
抗菌性能：大麻纤维粉体和抗菌PP短纤维绒毛赋予织物一定的抗菌性能。
实施例5
本发明实施例中，一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物，由锦纶平纹机织物、聚丙烯酸酯涂层浆料、TiO2粉体、剪切增稠流体、1.0mm抗紫外PA短纤维绒毛四部分复合而成。具体制备如下：
（1）在基布正面均匀刮涂一层含TiO2粉体的聚丙烯酸酯涂层浆料并立即通过高压静电区对涂层面进行植绒，短纤维绒毛需在120℃下烘干2小时，高压静电区电场电压为35kV，极距为13 cm，然后将织物送入烘干机内烘燥、冷却、吸绒。
（2）在织物反面均匀刮涂含TiO2粉体的聚丙烯酸酯涂层浆料，立即通过高压静电区对涂层面进行植绒，高压静电区电场电压为35kV，极距为13 cm，植绒后将织物送入烘干机内烘燥、冷却并吸绒。
（3）向PEG 400中边搅拌边加入SiO2颗粒，配制成固相体积分数为10％的SiO2／PEG分散体系。将样品置于25℃的真空烘箱中24h，除去其中的气泡，得到稳定的剪切增稠流体。
（4）使用超声波振荡仪，将一定质量分数的STF用乙醇进行稀释，稀释体积比为1︰3，将锦纶织物放入混合液中，用超声波振荡仪振荡5 min，使之充分浸透。将浸渍STF的涤纶织物放入80 ℃的烘箱内，干燥2 h后取出，即得STF /锦纶织物复合材料。
（5）将步骤（4）得到的织物其两侧分别采用刮涂的方法均匀涂覆一层含TiO2粉体改性的聚丙烯酸酯涂层浆料，干燥并冷却后两边封口得到织物两侧含有垂直PA纤维阵列改性剪切增稠流体的最终成品。
具体性能如下：
防弹性能：满足 GA141《警用防弹衣》的相应规定。
防刺性能：满足 GA68-2008《警用防刺服》的相应规定，即以24J±0.5J动能，按00和450刺入角有效刺入，不允许刀尖穿透防护织物。
耐浸水性能：满足 GA141《警用防弹衣》的相应规定。
气候环境适应性：满足GA141《警用防弹衣》和 GA68-2008《警用防刺服》的相应规定。
抗菌性能：TiO2粉体和抗紫外PA短纤维绒毛赋予织物一定的抗紫外性能。
经过试验，本发明涂层织物制备工艺简单，具有更优良的耐磨、耐剥离以及耐撕裂性能。具体包括：
1）耐磨性：短纤维与涂层结合，使织物的表观密度增大，短纤维头端伸出涂层表面使织物的毛羽含量增加，耐磨性增大。
2）耐剥离性能：垂直纤维阵列改性剪切增稠流体制备抗刺篷盖织物的剥离强力在纯涂层织物基础上有明显的提升趋势，并且随着绒毛长度的增加，织物的剥离强力也逐渐增加。垂直纤维阵列改性剪切增稠流体制备抗刺篷盖织物的绒毛在一定程度上起到了固定基布与涂层浆料的“销钉”作用，并且随绒毛长度的增加，基布与涂层间的作用力更大，涂层织物的剥离强力更大。
3）耐撕裂性能：垂直纤维阵列改性剪切增稠流体制备抗刺篷盖织物的撕裂强力在纯涂层织物基础上有明显的提升趋势。
4）功能短纤维粉体以及绒毛可以具有阻燃、抗菌抗病毒、防辐射、拒水拒油等功能，功能短纤维的添加更可赋予STF防护织物特殊功能，提高防护织物的使用领域。
本发明开发的剪切增稠液体防护织物具有防冲击、防刀刺、防针刺、防切割、防砸、防砍等功能，可制成防砸安全帽、防砸背甲、防刺背心、汽车装甲、头盔和手套、防腿脚碰伤摔伤等防护服装。该产品不但能够为军人和警察提供保护，也能为任何危险行业，如矿工、建筑工人等提供更舒适的工作服。在安全生产、应急救援、社会治安、军事斗争、运动防护、老年健康防护等领域，将有很大的发展潜能和推广应用价值。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物，包括基布（11），其特征在于：所述基布（11）的一侧或两侧由外向内分别设置有表层功能粉体改性涂层或表层功能膜、中间剪切增稠流体层（13）、短纤维绒毛（14）和里层功能粉体改性涂层（15），所述短纤维绒毛（14）通过静电植绒以垂直阵列形式分布于中间剪切增稠流体层（13）和里层功能粉体改性涂层（15）中；
所述中间剪切增稠流体层（13）由分散相粒子和分散介质组成，其中分散相粒子为二氧化硅、碳酸钙、聚苯乙烯、PMMA颗粒中的一种或几种；分散介质为乙烯基乙醇、聚乙二醇、聚丙二醇、矿物油、水中的一种或几种；
所述短纤维绒毛（14）为普通短纤维绒毛或功能短纤维绒毛，功能短纤维绒毛为防辐射纤维、防紫外线纤维、阻燃纤维、抗菌纤维中的一种或几种切断或普通短纤维绒毛经防辐射、防紫外、阻燃、抗菌功能整理获得，短纤维绒毛（14）长度为0.3～1.2 mm；
所述表层功能粉体改性涂层和里层功能粉体改性涂层（15）包含涂层剂和功能粉体，所述功能粉体随机分布于涂层剂中，所述涂层剂采用聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、聚氨酯、聚乙烯其中一种或几种，所述功能粉体包括功能纤维粉体或功能无机纳米粉体，所述功能纤维粉体为防辐射纤维、防紫外线纤维、阻燃改性纤维、抗菌纤维、吸波纤维中的一种或几种，粒径100nm~50000nm之间，添加量为涂层剂的0~5wt%；所述功能无机纳米粉体为SiO2气凝胶、纳米TiO2、ZnO、Fe2O3、Al2O3、炭黑、石墨烯、Ag纳米粒子、CaCO3、高岭土、空心玻璃微珠中的一种或几种，粒径100nm~1000nm之间，添加量为涂层剂的0~10wt%；
所述表层功能膜为采用聚合物挤出、压延或流延法生产的聚氨酯薄膜、聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜、PTFE、PVDF薄膜其中一种，通过添加所述功能无机纳米粉体赋予其功能，所述功能无机纳米粉体以功能无机纳米粉体母粒的形式添加，所述功能无机纳米粉体母粒的添加为聚合物的0~15wt%。
2.根据权利要求1所述的基于剪切增稠流体的防刺防弹织物，其特征在于：所述基布（11）为机织、经编、纬编、非织造其中一种或多种方式制备而成，原料为UHMWPE、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、碳纤维、涤纶、丙纶、锦纶、玻璃纤维、玄武岩纤维其中一种或多种。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的基于剪切增稠流体的防刺防弹织物的制备方法，其特征在于，一侧含有垂直纤维阵列改性剪切增稠流体的所述防刺防弹织物的制备包括以下步骤：
1）材料准备：准备好所需原材料并检验合格，制备剪切增稠流体，将所述短纤维绒毛和所述功能粉体烘干，将所述功能粉体与所述涂层剂搅拌均匀后得到表层功能粉体改性涂层剂和里层功能粉体改性涂层剂；
2）基布前处理：将所述基布（11）经等离子处理、辐照处理、电晕处理、化学偶联剂处理、酸或碱处理，提高其表面润湿性能；
3）正面涂层：采用辊式、刀刮、喷雾方法将所述里层功能粉体改性涂层剂涂覆在步骤2）所得基布正面，获得具有正面湿涂层的织物；
4）正面植绒：将步骤3）所得的织物送入高压静电区，采用静电使得所述短纤维绒毛（14）定向移动，并飞向所述正面湿涂层，与之粘合，烘燥、冷却、吸绒后织物正面形成一层垂直纤维阵列短纤维绒毛层；
5）剪切流体施加：将步骤4）得到的正面植绒后的织物浸入剪切增稠流体溶液内，垂直阵列排布的短纤维绒毛层内部及周围被剪切增稠流体包裹，烘燥并冷却；
6）表层涂层/功能覆膜：将步骤5）得到的织物正、反两侧分别采用辊涂、刀刮、喷雾方式均匀涂覆一层所述表层功能粉体改性涂层剂或者采用聚合物挤出、压延或流延方法在织物正、反两侧涂覆一层所述表层功能膜，干燥、冷却后两边封口得到一侧含有垂直纤维阵列改性剪切增稠流体的所述防刺防弹织物；
两侧含有垂直纤维阵列改性剪切增稠流体的所述防刺防弹织物的制备包括以下步骤：
1）材料准备：准备好所需原材料并检验合格，制备剪切增稠流体，将所述短纤维绒毛和所述功能粉体烘干，将所述功能粉体与所述涂层剂搅拌均匀后得到表层功能粉体改性涂层剂和里层功能粉体改性涂层剂；
2）基布前处理：将所述基布（11）经等离子处理、电晕处理、辐照处理、化学偶联剂处理、酸或碱处理，提高其表面润湿性能；
3）正面涂层：采用辊式、刀刮、喷雾方法将所述里层功能粉体改性涂层（15）的涂层整理剂涂覆在步骤2）所得基布正面，获得具有正面湿涂层的织物；
4）正面植绒：将步骤3）所得的织物送入高压静电区，采用静电使得所述短纤维绒毛（14）定向移动，并飞向所述正面湿涂层，与之粘合，烘燥、冷却后织物正面形成一层垂直纤维阵列短纤维绒毛层；
5）反面涂层：采用辊式、刀刮、喷雾方法将所述里层功能粉体改性涂层（15）的涂层整理剂涂覆在步骤4）所得基布的反面，获得具有反面湿涂层的织物；
6）反面植绒：将步骤5）所得的织物送入高压静电区使所述短纤维绒毛（14）与所述反面湿涂层结合，烘燥、冷却后织物反面形成一层垂直纤维阵列短纤维绒毛层；
7）剪切流体施加：将双面植绒后的织物浸入剪切增稠流体溶液内，垂直阵列排布的短纤维绒毛层内部及周围被剪切增稠流体包裹，烘燥并冷却；
8）表层涂层/功能覆膜：将步骤7）得到的织物正、反两侧分别采用辊涂、刀刮、喷雾方法均匀涂覆一层所述表层功能粉体改性涂层剂或者采用聚合物挤出、压延或流延方法在织物两侧涂覆一层所述表层功能膜，干燥、冷却后两边封口得到两侧含有垂直纤维阵列改性剪切增稠流体的所述防刺防弹织物。
4.根据权利要求3所述的基于剪切增稠流体的防刺防弹织物的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中剪切增稠流体的制备方法包括以下步骤：
1）根据制备剪切增稠流体的浓度，分别计算所需分散介质和分散相粒子颗粒的质量；
2）首先取少量分散相粒子颗粒加入所需分散介质和一定量无水乙醇稀释剂的混合溶液中，超声分散，直至分散相粒子均匀分散，然后重复添加和超声分散，直至所需分散相粒子添加完毕；
3）经充分分散后，置于25℃的真空干燥箱中真空脱泡24h，制得所需分散相质量浓度的剪切增稠样品。
5.根据权利要求3所述的基于剪切增稠流体的防刺防弹织物的制备方法，其特征在于：所述短纤维绒毛需在80～120℃下烘干2～4小时，高压静电区电场电压为30 kV～40kV，极距为10 cm～15cm。
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