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

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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。从而提升涂层织物的耐磨及其他力学性能。从而提升涂层织物的耐磨及其他力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新材料领域，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。

技术介绍

[0002]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
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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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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，粒径100nm~50μm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，粒径100nm~1μm之间，添加量为涂层剂的0~10wt%。
[0010]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%。
[0011]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；分散介质为乙烯基乙醇、聚乙二醇或聚丙二醇、矿物油、水。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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、化学偶联本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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/功能膜（12）、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）以垂直阵列形式分布于中间剪切增稠流体层（13）和里层功能纤维粉体改性涂层（15）中。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：所连基布（11）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。3.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：所述表层功能粉体改性涂层（12）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、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，粒径100nm~50μm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，粒径100nm~1μm之间，添加量为涂层剂的0~10wt%。4.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：所述表层功能膜（12）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，功能无机纳米粉体母粒的添加为聚合物的0~15wt%。5.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或其它氧化物、碳酸钙、聚苯乙烯、PMMA颗粒；分散介质为乙烯基乙醇、聚乙二醇、聚丙二醇、矿物油、水。6.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、抗菌特殊功能整理获得，短纤维绒毛（14）长度为0.3～1.2 mm。7.根据权利要求1
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6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，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（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）处理或其它化学改性，提高其表面润湿性能...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶金才，邹汉涛，高超，邹汉勇，聂福山，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：