[发明专利]应用于柔性防刺服领域的高支碳纤维面料及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及防护材料的防刺服生产领域，具体涉及一种应用于防刺服装，具备高支和柔 软特点的碳纤维面料及其生产方法。

背景技术

防刺马甲等防刺服装一般由芳纶纤维(比如芳香族聚酰胺纤维)、尼龙纤维、玻璃纤维等 高强高模的纤维组成。目前各类防护材料如防刺马甲或者防刺服装的一部分就是这些高强高 模的纤维通过针织生产方法或机织生产得到的。

防刺材料是否具备优良的防刺性能和以下几个因素有关：(1)采用的原料，不同纤维的 防刺性能不一，同种纤维不同品种的防刺性能也不一样，纤维的熔点，热稳定性，拉伸模量， 分子量、取向度，分子结构等都会影响其织物的防刺性能；(2)织物的密度，对于蚕丝类织 物，织物密度较低，可以提高防刺性能，而对于对于尼龙类织物，织物密度的提高有利于防 刺性能，由凯夫拉类纤维面料的防刺性能也随着织物密度的增加而提高；(3)织物的纤维网 络或者纱线网络的层数以及层状结构加工方法，一般织物的层数越多，防护性能相对较优异， 缝合得到的多层织物和粘合得到的多层织物不仅面料的柔软性有差异，防刺性能也有差异； (4)涂层技术，织物的涂层材料以及涂层方法也会影响织物的防刺性能。

在我国，虽然枪械类武器的管制较严格，但是来自匕首、尖刀以及刺刀等尖锐利刃型武 器的危险却防不胜防。传统的以整体金属板、陶瓷片以及塑料片等为防刺材料的硬质防刺服 逐渐显露出不足和缺陷，笨重不易行动并且服用舒适性差。纤维类材料的发展也带动了柔性 轻质防刺衣的研究和发展。新兴的防刺服纤维材料包括凯夫拉纤维、高强聚乙烯纤维等。

发明内容

针对现有防刺服面料的缺陷以及发展趋势，申请人经过研究和改造提供一种应用于柔性 防刺服领域的高支碳纤维面料及其生产方法，通过不同高强纤维的选取，制备得到了碳纤维， 并辅以织物涂层技术和层状堆叠，解决了目前防刺服面料生产领域的一些问题。

本发明的技术方案如下：

本发明在制备碳纤维原料的选择上首先选择了高强高模聚乙烯纤维，这种高强高模聚乙 烯纤维的分子量在500000以上，最高达到1000000甚至2000000～5000000之间。通过凝胶纺 丝-超拉伸法得到的聚乙烯纤维的拉伸模量在15g/den以上，最高达到30g/den。这些高分子 量的聚乙烯纤维的熔点和取向度也比原生纤维高。虽然高分子聚乙烯纤维的熔点比尼龙低只 有138℃，，但是防刺性能比尼龙好。本发明还选择了分子量不小于2000000，拉伸模量在11 g/den以上的聚丙烯纤维作为原料。因为这种纤维取向度良好，但是拉伸强度和结晶度比聚乙 烯低，但是拥有侧甲基，熔点在170℃以上。对于聚乙烯醇的选择，本发明选用分子量在 1500000～2500000的聚乙烯醇纤维，拉伸模量在17g/den以上，断裂能在22J/g以上。本发 明的面料的聚丙烯腈原料分子量在1000000以上，拉伸模量不小于10g/den，断裂能不小于 22J/g。以这些纤维得到的高强碳纤维的拉伸模量可以最高达到1300g/den，断裂能在22J/g， 甚至最高达到55J/g。

在已选择好纤维原来的基础上，本发明对织物的生产方法包括，采用无捻纱和有捻纱， 采用非织造，针织以及机织方法(织物的组织平纹，斜纹，方平等)包括生产面料。本发明 还采用了弹性材料对织物的每一层纤维网络进行涂层处理，织物的每一层纤维网络各自界限 分明，弹性材料涂层之后还保持了织物总体的柔软和弹性。对本发明的防刺面料的弹性性能 测试使用重锤法，测试时将织物面积为30cm²，织物单位重量为2kg/m²的多层防弹面料样品 的一段水平夹持，下端留下21cm长的测试长度。

具有防刺功能的多层织物可以通过缝合多层纤维网络层得到，但是缝合得到的多层防刺 织物柔软性较差。本发明采用的纤维涂层技术可以应用于机织面料、非织造面料以及针织面 料，同时经涂层处理的各层纤维网络平行堆叠或组成纤维板结构，都可以提高防刺面料的防 护能力。

涂层材料占织物的总体质量的百分比从0.1％到60％，这主要取决于涂层材料的刚度，， 涂层手感，抗热性能，涂层牢固度，阻燃性能以及防护类材料需要的特殊性能。本发明的面 料涂层材料所占面料质量比相对较小，为0.1％～30％，因为织物的防刺功能主要靠组成网络 的碳纤维实现。未来，高涂层材料含量的涂层类防弹衣也可能会被应用。