一种防弹防刺复合材料的研究与开发.docx

摘要：对一种防弹防刺更合材料所用胶粘剂、金属片厚度、背衬材料以及生产工艺的确定等进行了试验，并对相应制品进行了测试，分析了相关数据。通过试验得出：胶粘剂为4#的改进胶，金属片厚度为06mm,背衬材料确定为孔径大、渗胶好的芳纶机织布，工艺条件为：常温固化，压力为25MPa,模压时间为15min.依照上述工艺流程生产的防弹防刺材料，通过了国内公安部防弹标准和防刺标准测试，证明本工艺方法可行。关键词：防林性能：防刺性能：豆合材料；工艺方法O引言个体防护装备用于军警部队及特殊部门的人员安全保障，主要产品有防弹衣、防刺服、防弹头盔和防割手套等。上述产品只具备单一防护功能，适合于特定的工作环境。然而，E1前市场对于具备多功能的防护产品的需求呈上升趋势，其中以同时具有防弹和防刺功能的双防服为主。本文按照国内防弹标准和防剌标准，对芳纶粘合金属豆合材料的防弧防刺性能进行了研究，开发出一种防弹防刺豆合材料，可为今后防弹防刺豆合材料的研究提供参考。1试验1.1 试验材料选用机织布为芳纶机织布(TWarOn2000)。选用树脂要具有优异的韧性和抗冲击性能，且与芳纶的粘结性要好。试验选择橡胶类胶粘剂。1.2 凝合材料的制备本文采用刮涂胶方式。首先将胶粘剂涂于背衬材料上，与金属材料进行粘接，再采用硫化机通过常温固化方式制备防弹防剌复合材料。1.3 性能测试测试按照公安部制订的防弹防刺服检脍实施细则进行，其中要求以GA141-2010警用防弹衣和GA68-2019警用防刺服分别进行防弹和防剌测试，结果满足FDC-I和FDC-2要求。2技术方案的确定分析本文开发的防弹防刺服，前期试验中，主要存在问题是防刺测试有穿透现象。究其原因，是承担防刺作用的防刺层存在抗刺穿薄弱点，斜刺(刀具和材料夹角为45度)不太稔定，刀尖会从金属片间隙将三角金属片掀开而导致穿透。从技术角度分析，原因在于金属片和芳纶机织布之间的粘结强度不够。因此，本文将着重研究胶粘剂体系、背衬材料织物形态、金属片的改进以及生产工艺，以增加金属片与背衬材料的粘结强度，也从产品轻量化、舒适度方面对双防服进行了优化，进一步降低成本，提高效率，为其规模化生产奠定基础。3讨论与结果3.1 胶粘剂的研究芳纶机织布与金属片二者在物理性能上存在较大的差别，芳纶机织布极性较弱，不易粘结：而金属片极性较强，粘结性能较好。因此，如何使得改进的胶粘剂体系，既能粘结金属片，又能牢固地粘结芳纶机织布是双防服产品的重要环节。为此，对胶粘剂进行了大量的粘结试验，主要结果见表1。表1不同型号胶粘剂性能比较般片编号1胶2胶3皎4般5胶胡用胶粘接强度较高A较高很高高A问弹性能差好差,依於很好差好固化程度/匕常汨120常阻含冰IOO南程使用程度/C-15-+50-20-+60-30-÷30-20-+65-25-+65-20-+55通过表I的试验结果我们可以得出，4#胶的各种性能都很好，且比原用胶的性能要好。因此，选择此胶作为防弹防刺材料产品用胶。3.2 背衬材料的研究通过对芳纶不同机织织物形态进行调研、取样、粘结试验，分析对比试验结果，从而确定了粘结性能和支撑作用最佳的背衬材料。主要试验结果见表2。表2背村材料试验结果分析表布样试监结果芳轮机织布有很好的支撑作用,但皎液裤透不好,金属片钻接磨度不高芳轮机织布2.般液渗透较好,布样双面能膨成胶层.金属片粘结牢因,且相对硬挺，能修起利很好的支律作用芳轮机织布3t液不能渗透.且透气性不好,致使尚化时间过长,粘接性能不好注：芳轮机织布：I孔径为。.5mm.2,孔径为Imm.3'为双面挂股。从表2可以得出，芳纶机织布2#的胶液渗透较好，金底片粘结牢固，且能够起到很好的支撑作用。因此，选择芳纶机织布2#作为最佳的背衬材料。3.3 金属材料的研究为适应复杂战争的需求，个体防护装备的发展方向不仅需要“一衣多能”，还要具有轻量化、舒适、柔软等特点。本文从产品厚度方面进行了优化，试验结果见表3。表3不同厚度金属材料防制性能对比表编号叶度mm维氏硬度抗穿刺性能I0.34C0穿透20.5450穿透30.6520穿透40.6480未穿透从表3可以看到,厚度为0.6mm金属片的防刺性能完全可以满足标准要求,因此选择此种金属片为产品所用材料。通过研究，制备的双防服在防刺性能没有降低的情况下，金属片厚度由原来的08mm降至0.6mm,每件衣服重量减少300g,为产品更好的销隹莫定了基础。3.4 成型工艺研究胶粘剂不同，复合材料制备工艺参数也会有所差别。本文采用的4#胶粘剂固化温度为常温。对各个压力和时间条件下所制备的防弹防刺样品进行防弹防刺试验，主要测试结果见表4。表4不同压力和时间对制品防弹防剌性班的影响*号因化压力/MPw模限时何Znun防制性能防弹性能平均凹陷mm11525穿透未穿透20.12220未穿透未穿透22.532.515未穿透未穿透19.04315未穿透未穿透23.254IO未穿透未穿透19.9从表4可知，成型压力为2-4MPa,模压时间为10-2Omin时，所制备复合材料的防弹防刺性能均可达到标准要求。但是，成型压力为2.5MPa,模压时间为15min时，其制品的防弹平均凹陷为19.0mm,数值最小，说明此成型压力和时间下的制品性能最好。因此，确定最终的压力为2.5MPa,模压时间为15min.3.5 防弹防刺测试结果及分析按照上面的工艺流程制备FDC-I级和FDC-2级防冲防刺材料，按照GA682019警用防剌服标准和GA141-2010警用防弹衣标准进行了测试，其结果见表5。表S防弹防刺测试结果加号/防护点I2345防制未穿透未穿透未穿透未穿透未穿透棒速/mA452435433427441I防弹凹防22.014.716.017.222.0GA-2穿透层数36224防朝未穿透未穿透未穿透未穿透未穿透井速m*519520SI55125142防弹叫陌17.719.519.89.018.4GA-3穿透层效85369通过表5可知，在防刺为有效防刺、弹速在标准范围的情况下，其防刺均未穿透，凹陷均在标准范围(25mm)之内，且穿透层数均未超过IO层，安全系数高。这说明，按照确定的生产工艺流程制备的防弹防刺产品，能够满足国内公安部防弹标准和防刺标准各项性能指标要求，说明此工艺路线可行。4结论通过对制备防弼防刺豆合材料所用的基体胶粘剂的改进、金属片减重和背衬材料的确定等试验，得出：胶粘剂优化为4#的改进胶，金属片由08mm减薄至0.6mm,背衬材料确定为孔径稍大、渗胶好的芳纶机织布：工艺条件为：防刺片固化温度为常温，压力为2.5MPa,模压时间为15min°依照上述改进的工艺流程生产的双防服材料，通过了国内公安部防弹标准和防刺标准测试，证明木工艺方法可行。确定了防刺片工艺参数为：常温固化，压力为25MPa,模压时间为15min*参考文献1公安部特种警用装备标准化技术委员会.警用防刺服：GA68-2019S.北京：中国标准出版社，2019:2.2)公安部特种警用装备标准化技术委员会.警用防弹衣：GA141-2010S1北京：中国标准出版社，2010：12.3JNationa1InstituteofJusticeStandard-0101.06,(Ba11isticResistanceofBodyAmor1S.UnitedStates,2OO8.4Nationa1InstituteofJusticeStandard-0115.00.GSiabResistanceofPersona1BodyArmor>S.UnitedStates.2OO2.(5方心灵，张艳朋,树脂对芳纶无纬布防弹防刺性能的影响J.高科技纤维与应用，200934(3):21-23.6许冬梅，虎龙，艾青松，等.无纬布型软质防弹防刺服的防护性能研究J.合成纤维,2018.47(11):2426.7张华鹏.防弹材料冲击破坏机理及其纤维的衰减规律D,上海东华大学.2002:8-12.吴中伟，高沛，陈虹，等.基于城市安全单警防弹防刺材料研究JJ.高科技纤维与应用,2017(6):25-29.