一種防彈防刺復(fù)合材料的研究與開(kāi)發(fā)

方心靈，王瑞嶺，虎龍

(1.北京雷特新技術(shù)實(shí)業(yè)公司，北京7205信箱 北京 100074；2.北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所，北京7205信箱 北京 100074)

0 引言

個(gè)體防護(hù)裝備用于軍警部隊(duì)及特殊部門(mén)的人員安全保障，主要產(chǎn)品有防彈衣、防刺服、防彈頭盔和防割手套等。上述產(chǎn)品只具備單一防護(hù)功能，適合于特定的工作環(huán)境。然而，目前市場(chǎng)對(duì)于具備多功能的防護(hù)產(chǎn)品的需求呈上升趨勢(shì)，其中以同時(shí)具有防彈和防刺功能的雙防服為主[5-8]。

本文按照國(guó)內(nèi)防彈標(biāo)準(zhǔn)和防刺標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)芳綸粘合金屬?gòu)?fù)合材料的防彈防刺性能進(jìn)行了研究，開(kāi)發(fā)出一種防彈防刺復(fù)合材料，可為今后防彈防刺復(fù)合材料的研究提供參考。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

選用機(jī)織布為芳綸機(jī)織布(Twaron 2000)。

選用樹(shù)脂要具有優(yōu)異的韌性和抗沖擊性能，且與芳綸的粘結(jié)性要好。試驗(yàn)選擇橡膠類(lèi)膠粘劑。

1.2 復(fù)合材料的制備

本文采用刮涂膠方式。首先將膠粘劑涂于背襯材料上，與金屬材料進(jìn)行粘接，再采用硫化機(jī)通過(guò)常溫固化方式制備防彈防刺復(fù)合材料。

1.3 性能測(cè)試

測(cè)試按照公安部制訂的《防彈防刺服檢驗(yàn)實(shí)施細(xì)則》進(jìn)行，其中要求以GA141—2010《警用防彈衣》和GA68—2019《警用防刺服》分別進(jìn)行防彈和防刺測(cè)試，結(jié)果滿(mǎn)足FDC-1和FDC-2要求[1-4]。

2 技術(shù)方案的確定

分析本文開(kāi)發(fā)的防彈防刺服，前期試驗(yàn)中，主要存在問(wèn)題是防刺測(cè)試有穿透現(xiàn)象。究其原因，是承擔(dān)防刺作用的防刺層存在抗刺穿薄弱點(diǎn)，斜刺(刀具和材料夾角為45°)不太穩(wěn)定，刀尖會(huì)從金屬片間隙將三角金屬片掀開(kāi)而導(dǎo)致穿透。從技術(shù)角度分析，原因在于金屬片和芳綸機(jī)織布之間的粘結(jié)強(qiáng)度不夠。

因此，本文將著重研究膠粘劑體系、背襯材料織物形態(tài)、金屬片的改進(jìn)以及生產(chǎn)工藝，以增加金屬片與背襯材料的粘結(jié)強(qiáng)度，也從產(chǎn)品輕量化、舒適度方面對(duì)雙防服進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)一步降低成本，提高效率，為其規(guī)模化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

3 討論與結(jié)果

3.1 膠粘劑的研究

芳綸機(jī)織布與金屬片二者在物理性能上存在較大的差別，芳綸機(jī)織布極性較弱，不易粘結(jié)；而金屬片極性較強(qiáng)，粘結(jié)性能較好。因此，如何使得改進(jìn)的膠粘劑體系，既能粘結(jié)金屬片，又能牢固地粘結(jié)芳綸機(jī)織布是雙防服產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。為此，對(duì)膠粘劑進(jìn)行了大量的粘結(jié)試驗(yàn)，主要結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同型號(hào)膠粘劑性能比較

通過(guò)表1的試驗(yàn)結(jié)果我們可以得出，4#膠的各種性能都很好，且比原用膠的性能要好。因此，選擇此膠作為防彈防刺材料產(chǎn)品用膠。

3.2 背襯材料的研究

通過(guò)對(duì)芳綸不同機(jī)織織物形態(tài)進(jìn)行調(diào)研、取樣、粘結(jié)試驗(yàn)，分析對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，從而確定了粘結(jié)性能和支撐作用最佳的背襯材料。主要試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 背襯材料試驗(yàn)結(jié)果分析表

從表2可以得出，芳綸機(jī)織布2#的膠液滲透較好，金屬片粘結(jié)牢固，且能夠起到很好的支撐作用。因此，選擇芳綸機(jī)織布2#作為最佳的背襯材料。

3.3 金屬材料的研究

為適應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)爭(zhēng)的需求，個(gè)體防護(hù)裝備的發(fā)展方向不僅需要 “一衣多能”，還要具有輕量化、舒適、柔軟等特點(diǎn)。本文從產(chǎn)品厚度方面進(jìn)行了優(yōu)化，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同厚度金屬材料防刺性能對(duì)比表

從表3可以看到，厚度為0.6 mm金屬片的防刺性能完全可以滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此選擇此種金屬片為產(chǎn)品所用材料。通過(guò)研究，制備的雙防服在防刺性能沒(méi)有降低的情況下，金屬片厚度由原來(lái)的0.8 mm降至0.6 mm，每件衣服重量減少300 g，為產(chǎn)品更好的銷(xiāo)售奠定了基礎(chǔ)。

3.4 成型工藝研究

膠粘劑不同，復(fù)合材料制備工藝參數(shù)也會(huì)有所差別。本文采用的4#膠粘劑固化溫度為常溫。對(duì)各個(gè)壓力和時(shí)間條件下所制備的防彈防刺樣品進(jìn)行防彈防刺試驗(yàn)，主要測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同壓力和時(shí)間對(duì)制品防彈防刺性能的影響

從表4可知，成型壓力為2～4 MPa，模壓時(shí)間為10～20 min時(shí)，所制備復(fù)合材料的防彈防刺性能均可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。但是，成型壓力為2.5 MPa，模壓時(shí)間為15 min時(shí)，其制品的防彈平均凹陷為19.0 mm，數(shù)值最小，說(shuō)明此成型壓力和時(shí)間下的制品性能最好。因此，確定最終的壓力為2.5 MPa，模壓時(shí)間為15 min。

3.5 防彈防刺測(cè)試結(jié)果及分析

按照上面的工藝流程制備FDC-1級(jí)和FDC-2級(jí)防彈防刺材料，按照GA68—2019《警用防刺服》標(biāo)準(zhǔn)和GA141—2010《警用防彈衣》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了測(cè)試，其結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 防彈防刺測(cè)試結(jié)果

通過(guò)表5可知，在防刺為有效防刺、彈速在標(biāo)準(zhǔn)范圍的情況下，其防刺均未穿透，凹陷均在標(biāo)準(zhǔn)范圍(≤25 mm)之內(nèi)，且穿透層數(shù)均未超過(guò)10層，安全系數(shù)高。

這說(shuō)明，按照確定的生產(chǎn)工藝流程制備的防彈防刺產(chǎn)品，能夠滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)公安部防彈標(biāo)準(zhǔn)和防刺標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)性能指標(biāo)要求，說(shuō)明此工藝路線可行。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)制備防彈防刺復(fù)合材料所用的基體膠粘劑的改進(jìn)、金屬片減重和背襯材料的確定等試驗(yàn)，得出：膠粘劑優(yōu)化為4#的改進(jìn)膠，金屬片由0.8 mm減薄至0.6 mm，背襯材料確定為孔徑稍大、滲膠好的芳綸機(jī)織布；工藝條件為：防刺片固化溫度為常溫，壓力為2.5 MPa，模壓時(shí)間為15 min。依照上述改進(jìn)的工藝流程生產(chǎn)的雙防服材料，通過(guò)了國(guó)內(nèi)公安部防彈標(biāo)準(zhǔn)和防刺標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，證明本工藝方法可行。確定了防刺片工藝參數(shù)為：常溫固化，壓力為2.5 MPa，模壓時(shí)間為15 min。