技术领域
[0001] 本
发明涉及防护材料技术领域，更具体地说，它涉及一种含冰凉材料的防刺防护面料。
背景技术
[0002] 伴随着全球经济一体化的
进程，各种交流活动日益频繁，特别是当今恐怖主义和暴
力活动有所抬头的时候，人们自我防护意识逐渐增强。反恐成为国际尤其是发达国家备受关注的事件，因此个体防护产品的开发也得以快速发展。
[0003] 对于包括我国在内的许多国家，枪械的使用管理严格，军警、治安人员等面临匕首、锥、针等锐器的威胁相对较多，使得防刺材料的研究和开发越来越受到重视。传统防刺材料厚重、体积大、不灵活，仅能对肢体的躯干部位进行保护，而无法对一些关节部位如膝盖等进行有效保护，面临着防护性能和灵活性难以兼顾的矛盾，最近几年随着Kevlar、UHMWPE、PBO、
碳纤维等高性能合成纤维的出现，也能够采用高性能纤维制成轻质柔韧、便于穿着的防刺材料，但是相较于普通的布料，该种防刺材料的透气性、舒适性较差，尤其是在夏天的高温状态下会显得异常闷热，如果降低高性能合成纤维的含量，会导致防刺性能下降。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种舒适性好同时兼具良好防刺性能的防刺防护材料。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
[0006] 一种含冰凉材料的防刺防护面料，该防护材料以超高分子量聚乙烯纤维的平纹织物为
基层，且该基层多层设置；
[0007] 在该基层上的纤维中混纺有能吸湿排汗的Coolking纤维；
[0008] 在该基层上均匀附着有剪切增稠
流体，通过利用静态浸渍方法将剪切增稠流体与基层复合。
[0009] 进一步设置：所述剪切增稠流体内具有改性纳米颗粒，所述纳米颗粒为不同粒径的SiO2颗粒，所述SiO2颗粒的
质量分数在40％-45％之间。
[0010] 进一步设置：所述SiO2颗粒的粒径为160-380nm。
[0011] 进一步设置：所述基层由网状交织结构制成，基层为20-500g/m2面
密度含微孔结构，具有0.01-0.3mm的孔径，孔隙率不低于10％。
[0012] 进一步设置：所述多层基层之间复合有
树脂基体，所述树脂基体选自高密度聚乙烯。
[0013] 如此设置，采用高性能合成纤维制成的基层，具有很高的拉伸性能、
弹性模量和
能量吸收性能，但是成本较高，而且不具备普通面料的舒适性，在织成基层的纤维中同时混纺入Coolking纤维，Coolking纤维维属于新机能纤维，纤维截面为“+”型，表面为细微沟槽，具有无数细微空洞，通过这些细微沟槽产生的
毛细现象，将肌肤表层排出的湿气与汗
水经由芯吸扩散、传输等作用，快速散发湿气和汗水，使人体表面保持干爽、清凉、舒适，具有调节体温的作用。
[0014] 另外，在该基层上还附着有剪切增稠流体，剪切增稠流体能进入纤维内和纤维之间的细微沟槽内或者是微孔结构内，剪切增稠流体的内部具有纳米颗粒，在受冲击或压紧时，剪切增稠流体就变成坚硬的固体，吸收和消耗冲击能量，使织物更强而难以被刺穿，有效提高了防护性能，另一方面，填充到纤维的细微沟槽或者是微孔结构内的纳米颗粒增加了纤维之间的
摩擦力，进一步阻挡以及消除外力冲击，从而起到提高防护效果的作用。
[0015] 在没有受外力冲击时，剪切增稠流体保持未发生改变状态，对于该状态下，基层中的纤维之间的细微沟槽内或者是微孔结构不被固态的剪切增稠流体填充，保持原有的功能，产生毛细现象进行吸湿排汗。
[0016] 采用高性能合成纤维与新机能纤维混纺，在同等单位下相对的减少了高性能合成纤维的使用，进而降低了成本，同时，在基层上复合有树脂基体，对减少高性能合成纤维进行一个补充，达到对应的防刺要求。
[0017] 进一步的，剪切增稠流体内的纳米颗粒优选为SiO2，对其进行改性，改性后的SiO2质量分数在40％～45％时，防刺能力可提高1.66倍。
[0018] 实现本发明一种含冰凉材料的防刺防护面料的制备方法，包括以下步骤：(1)混纺：采用优选的超高分子量聚乙烯纤维与优选的Coolking纤维预先混纺制成细纱，其中，所述的超高分子量聚乙烯纤维细度为1-150tex，所述的Coolking纤维细度为1-85tex；
[0019] (2)编织：将混纺后的细纱平纹编织成织布，且该织布是以紧密的井字交错编织的方式编织，
纱线线密度为420-1400D；机械强度不低于30cN/dtex；机织布规格为经密和纬密为65-150根/10cm；织物面密度为60-200g/m2；织物厚度为0.1-0.35mm；
[0020] (3)浸渍：采用球磨法制备剪切增稠流体，将改性纳米颗粒均匀分散至剪切增稠流体中，再将分散好的
混合液浸渍平纹织物；
[0021] (4)干燥：对浸渍好的平纹织物进行干燥、封装。
[0022] 进一步设置：所述的基层与树脂基体采用
热压复合，包括以下步骤，(1)预处理：将平纹织物进行干燥，时间1h，
温度105℃，将树脂基体进行干燥，时间2h，温度60℃；
[0023] (2)叠层：将树脂基体和平纹织物按一定次序
叠加到一起，不同的叠加次序将得到不同结构的树脂复合层，每个复合层之间用聚四氟乙烯脱模布间隔开；
[0024] (3)压合：将叠加在一起的树脂基体和平纹织物预热，然后采用压机压合，加热一定时间，形成复合层；
[0025] 进一步设置：所述树脂基体和平纹织物具有三种复合方式：ABA、BAB、AB，其中，A为树脂基体，B为平纹织物。
[0026] 通过采用上述技术方案，本发明相对
现有技术相比具有：该防刺防护面料不仅具有足够的强度，同时兼具优异的柔韧性和透气性，在平常使用的状态下，接近于普通的面料的舒适度，在受外力冲击时具有足够的强度，满足使用防刺面料的警察、或者其他工作人员的日常办公活动需求。
附图说明
[0027] 图1为本发明一种含冰凉材料的防刺防护面料的交织结构示意图；
[0028] 图2为一种含冰凉材料的防刺防护面料的纱线示意图；
[0029] 图3为一种含冰凉材料的防刺防护面料的层次结构示意图。
[0030] 图中：1、一层基层；2、纱线；21、超高分子量聚乙烯纤维；22、Coolking纤维；A、树脂基体；B、平纹织物。
具体实施方式
[0031] 参照图1至图3对本发明一种含冰凉材料的防刺防护面料
实施例做进一步说明。
[0032] 在本发明中，高性能合成纤维优选为超高分子量聚乙烯纤维，新机能纤维优选为Coolplus纤维，多层基层之间复合的树脂基体，优选高密度聚乙烯材料，由高密度聚乙烯制成的一层
薄膜。
[0033] 本发明中，剪切增稠流体内的纳米颗粒优选为SiO2，本发明中SiO2的制备方法具体如下：将正
硅酸四乙酯、
乙醇、去离子水按体积比1∶2∶2配制成溶液，将溶液升温至70℃搅拌1.5h，再在溶液中加入适量的催化剂，继续搅拌1h后形成乳白色凝胶，pH控制在5～6，反应完成后，陈化，干燥，
研磨得凝胶粉，经
马弗炉在600℃高温
焙烧1～2h后，得到SiO2粉体。
[0034] 进一步的，对得到的SiO2粉体进行改性，改性的方法具体如下：将体积分数95％的无水乙醇和5％的去离子水混合，加入体积分数6％的KH570
表面活性剂，反应40-50min促进
水解和形成羟基，加入制备出的单分散SiO2纳米颗粒，搅拌均匀后继续在78℃反应60-80min，待颗粒沉入底部将液体部分倒出，以无水乙醇漂洗3次。将改性后的SiO2纳米颗粒分散到体积比为1∶5的PEG、无水乙醇混合液中，反应4-5h后以无水乙醇洗涤3次，80℃干燥
12h。改性后的SiO2质量分数控制在40％～45％之间，粒径在160-380nm之间。
[0035] 实施例一
[0036] 将装有PEG200的容器固定在微型漩涡混合仪上，在振动搅拌过程中逐渐加入质量分数40％，平均颗粒粒径为160nm，经过表面接枝改性的SiO2纳米颗粒，振动搅拌2-3h，使SiO2均匀分散在分散介质PEG200中形成剪切增稠流体。
[0037] 采用超高分子量聚乙烯纤维与Coolking纤维预先混纺制成细纱，然后进行平纹编织，编织的织物是网状交织结构的，该织物共同层叠16层，组成基层，作为基层的织物机械强度不低于30cN/dtex，织布规格为经密和纬密为65-150根/10cm；基层的面密度为197g/m2面密度含微孔结构，具有0.01-0.3mm的孔径，孔隙率约15％，织物厚度为0.1-0.35mm。
[0038] 将树脂基体薄膜与平纹编织布分别干燥，平纹织物：时间1h，温度105℃，树脂基体：时间2h，温度60℃。然后将树脂基体薄膜与平纹编织布按一定次序叠加到一起，可以是按照ABA、BAB、AB的方式叠层，本方案中，优选为BAB的方式，最后采用压机热压复合。其中，A为树脂基体，B为平纹织物。
[0039] 需要解释的是，按一定次序叠加到一起是为了有序的叠加，是指单片的叠加顺序不能破坏压制前的叠加顺序，否则其防刺能力将下降。之所以强调压制后要有序剥离有序叠加是因为这样作才能保证基材的面与面能够最“充分”的进行面
接触，避免有“空洞”出现。
[0040] 将平纹编织布剪裁成42mm×38mm的试样，采用无水乙醇对制备好的流体按1∶1(质量比)进行稀释，将干燥处理后的平纹编织布浸入其中浸渍在稀释体系中，静置一段时间后取出，除去表面多余的溶液，再放入70℃鼓
风干燥箱中干燥20min以除去乙醇
溶剂。
[0041] 对比例一，采取实施例一的制备方法，但在例一中减去混纺入Coolking纤维的步骤，其他条件不变，制成相同面密度、层数的防刺材料。
[0042] 对比例二，采取实施例一的制备方法，但在例一中减去加入树脂基体薄膜的步骤，其他条件不变。
[0043] 对比例三，采取实施例一的制备方法，但在例一制备基层的时候，将织物共同层叠24层。
[0044] 将实施例一、对比例一、对比例二、对比例三所制备的布料，进行透气性检测和防刺性检测。
[0045] 进行透气性检测：采用
申请号为201120091799.1的中国
专利中的检测设备和方法，将布料放置在
下管的
上管口上，然后套上连接
套管，观察下管中的空气渗透到上管中的量，在上管的水中形成明显的气泡，直接得出布料的透气性。
[0046] 防刺性检测部分：将试样固定在固定架上，采用落锤质量为2.40kg，落锤由电磁
铁控制在可调节高度的横梁上，通过调节落锤与试样间的距离调节冲击能量，穿刺实验时落锤做自由落体运动。各试样每种测试进行3次，各测试点之间及测试点与试样边缘之间的距离不小于5cm，测试后观察试样被刺穿的层数。
[0047] 表1(实施例一与对比例一至三产品性能比较)
[0048]序号 层数 刺穿层数 透气性 舒适性
实施例一 16 12 较佳 松软
对比例一 16 12 差 松软
对比例二 16 16 好 松软
对比例三 24 13 较佳 较硬
[0049] 将实施例一所得的16层复合织物置于按美国NIJ防刺标准NIJ0115.0和国家标准GA68-2008测试标准，结果均符合标准要求，也从上述表1看出，实施例一的制备方法得到一个较为合适的产品，作为本发明的较佳实施例。
[0050] 实施例二
[0051] 将装有PEG200的容器固定在微型漩涡混合仪上，在振动搅拌过程中逐渐加入质量分数40％，平均颗粒粒径约370nm，经过表面接枝改性的SiO2纳米颗粒，振动搅拌2-3h，使SiO2均匀分散在分散介质PEG200中形成剪切增稠流体。
[0052] 采用超高分子量聚乙烯纤维与Coolking纤维预先混纺制成细纱，然后进行平纹编织，编织的织物是网状交织结构的，该织物共同层叠16层，组成基层，作为基层的织物机械强度不低于30cN/dtex，机织布规格为经密和纬密为65-150根/10cm；基层的面密度为197g/m2面密度含微孔结构，具有0.01-0.3mm的孔径，孔隙率约15％，织物厚度为0.1-0.35mm。
[0053] 将树脂基体薄膜与平纹编织布分别干燥，平纹织物：时间1h，温度105℃，树脂基体：时间2h，温度60℃。然后将树脂基体薄膜与平纹编织布按一定次序叠加到一起，可以是按照ABA、BAB、AB的方式叠层，本方案中，优选为BAB的方式，最后采用压机热压复合。其中，A为树脂基体，B为平纹织物。
[0054] 将平纹编织布剪裁成42mm×38mm的试样，采用无水乙醇对制备好的流体按1∶1(质量比)进行稀释，将干燥处理后的平纹编织布浸入其中浸渍在稀释体系中，静置一段时间后取出，除去表面多余的溶液，再放入70℃鼓风干燥箱中干燥20min以除去乙醇溶剂。
[0055] 实施例三
[0056] 将装有PEG200的容器固定在微型漩涡混合仪上，在振动搅拌过程中逐渐加入质量分数40％，平均颗粒粒径约600nm，经过表面接枝改性的SiO2纳米颗粒，振动搅拌2-3h，使SiO2均匀分散在分散介质PEG200中形成剪切增稠流体。
[0057] 采用超高分子量聚乙烯纤维与Coolking纤维预先混纺制成细纱，然后进行平纹编织，编织的织物是网状交织结构的，该织物共同层叠16层，组成基层，作为基层的织物机械强度不低于30cN/dtex，机织布规格为经密和纬密为65-150根/10cm；基层的面密度为197g/m2面密度含微孔结构，具有0.01-0.3mm的孔径，孔隙率约15％，织物厚度为0.1-0.35mm。
[0058] 将树脂基体薄膜与平纹编织布分别干燥，平纹织物：时间1h，温度105℃，树脂基体：时间2h，温度60℃。然后将树脂基体薄膜与平纹编织布按一定次序叠加到一起，可以是按照ABA、BAB、AB的方式叠层，本方案中，优选为BAB的方式，最后采用压机热压复合。其中，A为树脂基体，B为平纹织物。
[0059] 将平纹编织布剪裁成42mm×38mm的试样，采用无水乙醇对制备好的流体按1∶1(质量比)进行稀释，将干燥处理后的平纹编织布浸入其中浸渍在稀释体系中，静置一段时间后取出，除去表面多余的溶液，再放入70℃鼓风干燥箱中干燥20min以除去乙醇溶剂。
[0060] 表2(实施例一与实施例二、实施例三产品性能比较)
[0061]序号 SiO 2粒径 层数 刺穿层数 透气性
实施例一 160 16 12 较佳
实施例二 370 16 11 一般
实施例三 600 16 10 较差
[0062] 将实施例一、实施例二、实施例三所得的16层复合织物置于按美国NIJ防刺标准NIJ0115.0和国家标准GA68-2008测试标准，结果均符合标准要求，也从上述表2看出，随着粒径的增加，试样的被刺穿层数有所减少，其中粒径为160nm时，试样刺穿层数为12层；当粒径为370nm时，试样刺穿层数为11层；当粒径600nm时，刺穿层数减少至10层，但是在减少的程度并不是很明显，因此，可以进一步得出，本发明实施例一为较佳实施例。
[0063] 以上所述仅是本发明的较佳实施例，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，也并不限定本发明实施的范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
