一种防割刺防辐射复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种防割刺防辐射复合材料及其制备方法。
背景技术
随着工业生产的蓬勃发展，人们对作业环境、保护自身安全与健康有了新的认识和提高。在重工业生产企业中，从业人员与钢、铁等硬性材质接触的频率较高，容易受到伤害；从事极端机械作业、高切割风险工种、屠宰加工、处理金属制品的人员都应该配戴防切割穿戴产品，这些防护装备包括防护服，防护围裙，防护护具以及防护手套等。另外，在进行临床治疗、核医学诊断与治疗时，为了防止直接暴露于电离辐射当中，医疗人员需佩戴防辐射的铅制手套，但传统的铅制手套厚重，柔软性和延展性较差，无法满足进行精细手术操作的要求，因此使用情况不理想。在精神病院等特别科室还需要穿着的防护衣服具有防刺防割功能。在核电工业、航空航天领域，同样需要具有耐穿刺切割并具有防辐射作用的防护服装。
专利CN105745512A公开了一种制备用于服装的防弹和防刺结构的方法以及通过所述方法制备的结构，包含至少一种织物和热塑性聚合物树脂，其中树脂浸渍80-90％，织物和热塑性树脂与一个或两个剥离层组合形成组件，这种复合材料具备一定的防弹和防刀性能，但不具备防辐射功能。专利CN103753904A公开了一种高韧性树脂基芳纶复合材料及其生产方法，采用环氧树脂和改性剂涂覆在芳纶织物表面，再经压辊成型的制备工艺，可以得到高韧性树脂芳纶复合材料，材料具有较高的防刺性能，但其缺点是制备的复合材料柔韧性较差，不够灵活，不具备防辐射功能。专利CN105463854A公开了一种电磁屏蔽布及其制备方法，其电磁屏蔽布包括纳米电磁屏蔽粒子，热塑性聚氨酯酱料屏蔽层，织物和酱料面层，虽然这种电磁屏蔽布具有良好屏蔽效果，且耐水浇，柔韧性好，但是不具有防刺防割功能。
因此，研究制备一种防割刺防辐射复合材料，能够用于加工制作防护服装、防切割手套、防割护具、防割防辐射围裙等人身穿戴防护用品，是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种防割刺防辐射复合材料及其制备方法，所防割刺防辐射复合材料防刺防捅、防割耐划、具有防辐射功能，并且柔软灵活、轻质高强，可以广泛应用在防护服装、防护护具、防护围裙、防护手套等人体防护装备领域。
为了实现上述的目的，本发明采用如下技术方案：
本发明第一个方面是提供了一种防割刺防辐射复合材料，所述复合材料包括由经纱、纬纱织造的面料和涂覆于所述面料的防辐射聚氨酯树脂层；所述经纱为钨丝、含有钨丝的复合纱线中的一种，所述纬纱为高强涤纶、高强尼龙、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、芳砜纶纤维、玻璃纤维、金属纤维中的一种或者几种；或所述纬纱为钨丝、含有钨丝的复合纱线中的一种，所述经纱为高强涤纶、高强尼龙、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、芳砜纶纤维、玻璃纤维、金属纤维中的一种或者几种。
进一步地，所述防辐射聚氨酯树脂层按重量百分比计，包括以下组分：氟化铝3-20％，三氧化二铋10-40％，三氧化镧1-5％，增粘树脂1-5％，增塑剂0.5-2％，余量为聚氨酯树脂。
进一步地，所述钨丝和含有钨丝的复合纱线的纱线细度为5-150tex；所述钨丝为纯钨丝、表面刻蚀的钨丝、掺杂钨丝或表面喷涂的钨丝；所述含有钨丝的复合纱线为包芯纱、包覆纱或合捻纱。
进一步地，所述高强涤纶、高强尼龙、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、芳砜纶纤维、玻璃纤维、金属纤维的细度为3-150tex。
进一步地，所述面料为针织面料或机织面料，其克重为50-2000g/m2、厚度为1-10mm。
本发明第二个方面是提供了一种防割刺防辐射复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用针织或机织的方式织造钨丝织物；
(2)按配比称取所述氟化铝、三氧化二铋、三氧化镧、增粘树脂、增塑剂和聚氨酯树脂，于35-45℃下搅拌混合30min-1.5h，然后静置15-30min，得到防辐射聚氨酯树脂溶液；
(3)将步骤(2)所得的防辐射聚氨酯树脂溶液放入涂覆机的送液槽中，通过计量泵控制涂敷速度，利用刮刀刮涂辊筒送过来的钨丝织物，传送带把涂敷过聚氨酯树脂溶液的钨丝面料往前送进加热烘道当中，经固化成型后，通过收布辊进行收卷，即得防割刺防辐射复合材料。
进一步地，步骤(3)中，所述涂覆具体为：涂覆厚度为0.1-3mm，涂覆速度为1-100mm/s。
进一步地，步骤(3)中，所述加热的温度为80-120℃，时间为60-180s。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的防割刺防辐射复合材料：(1)采用本身具有较高的力学性能的钨丝纤维与其他高强纱线共同织造，使复合材料具有较高的防切割抗穿刺性能；(2)钨丝纤维本身作为金属纤维，有较高的抗辐射性能，再经过与抗辐射性的聚氨酯树脂复合，使复合材料具有优良的抗辐射性能，适合在医疗系统、核电系统、航空航天领域使用；(3)聚氨酯树脂有较高的抗冲击性能，韧性较好，与钨丝面料复合之后，提高了复合材料的抗冲击性能，并且通过控制聚氨酯树脂涂层的厚度，使复合材料具有一定的柔韧性。
附图说明
图1为本发明的防割刺防辐射复合材料的制备流程示意图；
其中的附图标记为：
辊筒1；传送带2；送液槽3；刮刀4；加热烘道5；收布辊6。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
一种防割刺防辐射复合材料的制备：
采用40tex的钨丝包覆纱作为经纱、采用20tex的芳纶长丝为纬纱，其中钨丝包覆纱的芯纱为钨纤维、包覆纱为超高分子量聚乙烯纤维；按照1×1平纹组织进行织造，织造成克重260g/m2、厚度0.4mm的机织钨丝平纹布。
按重量百分比称取氟化铝10％、三氧化二铋20％、三氧化镧2.5％、增粘树脂2％、增塑剂1.5％、聚碳酸酯型聚氨酯64％，在40℃下搅拌混合1h，然后静置20min，得到防辐射聚氨酯树脂溶液。
设置涂覆机的涂覆宽度为1.2米，通过涂覆机的计量泵控制防辐射聚氨酯树脂溶液的流速，涂覆速度设置为20mm/s。把调配好的防辐射聚氨酯树脂溶液放入涂覆机的送液槽3中，刮刀4涂覆厚度为0.2mm，传送带2带动辊筒1过来的钨丝面料往前输送，经过加热烘道5进行固化，加热烘道的温度设置为100℃，加热时间为1min；将加热固化后的材料通过收布辊6进行收卷打包，即得防割刺防辐射复合材料。
把所制备的防割刺防辐射复合材料按照ANSI/ISEA 105：2016标准进行测试，可以达到美标切割A5等级，并且材料舒适柔软，可以轻松折叠弯曲。采用所述防割刺防辐射复合材料缝制防割手套，掌心和掌背部分进行拼接加工，可以有效防护γ和β射线带来的损伤，在60KEV的能量照射下达到80％的屏蔽。采用12层所述防割刺防辐射复合材料进行交错叠层，各层边缘之间进行稀疏缝合，按照美国NIJ0115.00标准24J能量进行测试，可以达到标准中所规定的一级指标要求。
实施例2
一种防割刺防辐射复合材料的制备：
采用30tex的钨丝合捻纱作为经纱、采用50tex的聚乙烯长丝为纬纱，其中钨丝合捻纱中的一种纱线为刻蚀过的钨纤维、另一种为芳纶纤维；采用剑杆织机进行织造，织造成2上1下机织钨丝斜纹布，其克重为350g/m2、厚度0.5mm。
按重量百分比称取氟化铝8％、三氧化二铋30％、三氧化镧3％、增粘树脂3％、增塑剂1％和水性聚氨酯55％，在45℃下搅拌混合1.5h，然后静置25min，得到防辐射聚氨酯树脂溶液。
设置涂覆机的涂覆宽度为1.5米，通过涂覆机的计量泵控制防辐射聚氨酯树脂溶液的流速，涂覆速度设置为15mm/s。把调配好的防辐射聚氨酯树脂溶液放入涂覆机的送液槽3中，刮刀4涂覆厚度为0.3mm，传送带2带动辊筒1过来的钨丝面料往前输送，经过加热烘道5进行固化，加热烘道的温度设置为120℃，加热时间为90s；将加热固化后的材料通过收布辊6进行收卷打包，即得防割刺防辐射复合材料。
把所制备的防割刺防辐射复合材料按照ANSI/ISEA 105：2016标准进行测试，可以达到美标切割A7等级，并且材料舒适柔软，可以轻松折叠弯曲。采用所述防割刺防辐射复合材料缝制防割手套，掌心和掌背部分进行拼接加工，可以有效防护γ和β射线带来的损伤，在60KEV的能量照射下达到85％的屏蔽。采用18层所述防割刺防辐射复合材料进行交错叠层，各层边缘之间进行稀疏缝合，按照国内公安部《GA68-2008警用防刺服》标准24J能量进行测试，可以达到标准中所规定的24J能量不穿透。
实施例3
一种防割刺防辐射复合材料的制备：
采用20tex的芳纶短纤纱线为经纱、采用30tex的钨丝包芯纱线为纬纱，其中包芯纱线的芯纱为掺杂钨丝、表层包覆层纱线为涤纶短纤维；采用针织大圆机按照纬平针组织进行织造，织造成钨丝平纹布，其克重为220g/m2、厚度为0.3mm。
按重量百分比称取氟化铝4％、三氧化二铋10％、三氧化镧2％、增粘树脂1％、增塑剂2％和常规环保型聚氨酯81％，在35℃下搅拌混合40min，然后静置15min，得到防辐射聚氨酯树脂溶液。
设置涂覆机的涂覆宽度为2.1米，通过涂覆机的计量泵控制防辐射聚氨酯树脂溶液的流速，涂覆速度设置为50mm/s。把调配好的防辐射聚氨酯树脂溶液放入涂覆机的送液槽3中，刮刀4涂覆厚度为0.1mm，传送带2带动辊筒1过来的钨丝面料往前输送，经过加热烘道5进行固化，加热烘道的温度设置为90℃，加热时间为2min；将加热固化后的材料通过收布辊6进行收卷打包，即得防割刺防辐射复合材料。
把所制备的防割刺防辐射复合材料按照ANSI/ISEA 105：2016标准进行测试，可以达到美标切割A4等级，并且材料舒适柔软，可以轻松折叠弯曲。采用所述防割刺防辐射复合材料缝制防割手套，掌心和掌背部分进行拼接加工，可以有效防护γ和β射线带来的损伤，在60KEV的能量照射下达到70％的屏蔽。采用14层所述防割刺防辐射复合材料进行交错叠层，各层边缘之间进行稀疏缝合，按照美国NIJ0115.00标准24J能量进行测试，可以达到标准中所规定的1级各项指标要求。
采用本发明的防割刺防辐射复合材料所制备的人身防护装备，质量轻、防割刺防辐射性能强，舒适灵活，可以广泛应用在要求具有电磁屏蔽，并且保护人体免受尖锐模具棱边、操作设备以及人为刀具的伤害，适合在医疗系统、核电系统、航空航天、警用防护、工业防护领域使用。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所做出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
