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织物增强柔性防刺材料的结构特征与防刺机理

纺织高校基础科学学报 2021年第1期34卷 1-6页

作者：梁高勇王秋实何彩婷王珊孙润军军事科学院系统工程研究院军需工程技术研究所北京100010 西安工程大学纺织科学与工程学院/功能性纺织材料及制品教育部重点实验室陕西西安710048

鉴于利器砍杀式暴恐袭击事件的频繁发生,以及公安武警对于轻便舒适型防刺装备的迫切需求,近年来高性能织物增强柔性防刺材料的研究开发发展迅猛。系统地回顾了近年来国内外织物增强柔性防刺材料领域相关的研究成果,重点梳理以机织物、... 详细信息

鉴于利器砍杀式暴恐袭击事件的频繁发生,以及公安武警对于轻便舒适型防刺装备的迫切需求,近年来高性能织物增强柔性防刺材料的研究开发发展迅猛。系统地回顾了近年来国内外织物增强柔性防刺材料领域相关的研究成果,重点梳理以机织物、针织物和非织造织物为预制件的柔性防刺材料的结构特征和防刺机理。其中:机织物中经纬纱之间的滑移作用成为材料失效的重要因素;针织物的线圈结构使其具有自锁紧和缓冲吸能的作用;非织造织物由于具有面内各向同性的性能特征,多与其他类型织物复合制备柔性防刺材料。基于此,对复合织物柔性防刺材料研究现状进行分析与展望,为今后织物增强柔性防刺材料的研发与应用提供了一些意见和建议。

关键词：织物复合材料柔性防刺服结构特征防刺机理

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碳化硼涂层防刺织物的制备及其性能表征

产业用纺织品 2020年第11期38卷 21-28页

作者：夏民民谷秋瑾权震震俞建勇东华大学纺织学院上海201620 东华大学纺织面料技术教育部重点实验室上海201620 东华大学纺织科技创新中心上海201620

为了提高防刺服的防刺性能,减轻其质量并减小厚度,采用碳化硼(B4C)/环氧树脂涂层的方式制备防刺织物。选择粒子直径、质量分数和搅拌温度设计3因素4水平的正交试验,确定最佳分散液制备组合。当粒子直径2.50μm、质量分数49%、搅拌温度3... 详细信息

为了提高防刺服的防刺性能,减轻其质量并减小厚度,采用碳化硼(B4C)/环氧树脂涂层的方式制备防刺织物。选择粒子直径、质量分数和搅拌温度设计3因素4水平的正交试验,确定最佳分散液制备组合。当粒子直径2.50μm、质量分数49%、搅拌温度30℃时,分散液静置90 min后的相对沉降高度最高,说明此时粒子分散最均匀。将分散液与树脂混合,对芳纶1414平纹布涂层并进行硬挺度、单束抽拔强力、撕裂强力和准静态刺割试验,探究粒子直径、质量分数对涂层织物防刺性能的影响,并结合涂层织物表面、刺口形貌与应力应变曲线,探究涂层防刺织物的防刺机理。结果表明,防刺性能随着粒子直径的减小和质量分数的增加而增大,最大单位质量刺破强力达到486 N/g,较未添加B4C的涂层织物提升了428%。

关键词：涂层防刺织物 B4C粒子准静态穿刺防刺机理

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警用防刺服标准研究与发展趋势浅析

中国安全防范技术与应用 2022年第1期 49-54页

作者：刘硕公安部第一研究所

警用防刺服作为个体防护产品,为保卫警员生命健康安全提供了重要支撑。当前,国内警用防刺服因材质、重量等原因存在穿着率较低等情况。本文从警员基本穿着需求和安全理念出发,概述了警用防刺服的特点及其发展现状,通过对比国内外防刺服... 详细信息

警用防刺服作为个体防护产品,为保卫警员生命健康安全提供了重要支撑。当前,国内警用防刺服因材质、重量等原因存在穿着率较低等情况。本文从警员基本穿着需求和安全理念出发,概述了警用防刺服的特点及其发展现状,通过对比国内外防刺服的标准,探讨分析了未来警用防刺服领域的发展方向。

关键词：防刺服防刺标准防刺理念防刺机理

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柔性防刺材料及其制品的研究现状与进展

产业用纺织品 2020年第5期38卷 1-4,21页

作者：马飞飞上海固甲新材料科技有限公司上海201610

从实际应用角度阐述不同种类防刺材料的防刺机理,对比不同种类防刺服的防护性能与穿着舒适性。结合目前柔性防刺材料的加工工艺,重点对比剪切增稠液体整理、树脂浸渍整理、表面涂层整理、离散树脂涂层整理及石墨烯强化的复合材料防刺性... 详细信息

从实际应用角度阐述不同种类防刺材料的防刺机理,对比不同种类防刺服的防护性能与穿着舒适性。结合目前柔性防刺材料的加工工艺,重点对比剪切增稠液体整理、树脂浸渍整理、表面涂层整理、离散树脂涂层整理及石墨烯强化的复合材料防刺性能的差异。指出柔性防刺材料的发展趋势及其未来在民用防护领域的应用。

关键词：柔性防刺材料防刺机理剪切增稠液体整理树脂浸渍整理表面涂层整理离散树脂涂层整理石墨烯强化

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软质防刺材料的研究现状及展望

棉纺织技术 2020年第6期48卷 12-16页

作者：田鹭新曹海建黄晓梅南通大学江苏南通226019

总结软质防刺材料的研究现状。回顾了防刺材料发展的历程;介绍了KEVLAR、UHMWPE纤维的性能;针对软质防刺材料逐渐取代传统硬质、半硬质防刺材料的现状,指出了KEVLAR、UHMWPE纤维树脂基复合防刺材料的研究现状及其不足之处。认为:软质防... 详细信息

总结软质防刺材料的研究现状。回顾了防刺材料发展的历程;介绍了KEVLAR、UHMWPE纤维的性能;针对软质防刺材料逐渐取代传统硬质、半硬质防刺材料的现状,指出了KEVLAR、UHMWPE纤维树脂基复合防刺材料的研究现状及其不足之处。认为:软质防刺材料应加强防刺机理、结构设计、树脂与纤维界面分析等方面的研究。

关键词： KEVLAR纤维 UHMWPE纤维防刺材料防刺性能三维机织物防刺机理功能防护材料

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防刺织物的研究与发展现状

棉纺织技术 2019年第4期47卷 81-84页

作者：蔡普宁李丽樊争科林娜赵雷陕西省纺织科学研究院陕西西安710038

总结当前国内外防刺织物标准、测试方法、产品开发等方面的研究现状。介绍防刺产品的发展历程和研究进展,综述了防刺的机理和提高防刺性能的途径。指出:目前防刺产品存在诸多不足,还有待进一步研究。认为:应加强对防刺产品的研究与开发... 详细信息

总结当前国内外防刺织物标准、测试方法、产品开发等方面的研究现状。介绍防刺产品的发展历程和研究进展,综述了防刺的机理和提高防刺性能的途径。指出:目前防刺产品存在诸多不足,还有待进一步研究。认为:应加强对防刺产品的研究与开发,以更好满足市场需求。

关键词：防刺机理防刺标准个体防护高性能纤维防刺服防弹性能

半硬质防刺织物复合鳞片的制备及防刺机理研究

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半硬质防刺织物复合鳞片的制备及防刺机理研究

作者：夏民民东华大学

学位级别：硕士

防刺织物作为一种重要的个体防护材料,越来越受到人们的重视,尤其是基于纤维的防刺织物,更是如此。在此类的防刺织物中,由柔性基布和硬质鳞片组成的半硬防刺织物不仅具有优异的防刺性能,而且兼具较好的柔韧性,因而得到了广泛的应用。尽... 详细信息

防刺织物作为一种重要的个体防护材料,越来越受到人们的重视,尤其是基于纤维的防刺织物,更是如此。在此类的防刺织物中,由柔性基布和硬质鳞片组成的半硬防刺织物不仅具有优异的防刺性能,而且兼具较好的柔韧性,因而得到了广泛的应用。尽管如此,有关半硬防刺织物的研究仍然很少。本文基于碳化硼(BC)硬质粒子涂层和环氧树脂注塑的多层防刺织物,制备了用于半硬质防刺织物的纤维增强复合鳞片,并优化了鳞片的形状和排列方式,同时也研究了鳞片的防刺机理。其研究结果对于防刺性更优、灵活性更好、重量更轻的半硬防刺织物的设计和制备具有一定的借鉴意义。(1)BC涂层织物的制备。通过三因素四水平的正交实验确定了直径2.5μm,质量分数49%,搅拌温度30°C为BC硬质粒子最佳分散液制备组合。将均匀的BC分散液与适量的环氧树脂粘胶剂混合得到BC涂层液,并借助丝网印刷技术涂层芳纶织物,然后分别对BC涂层织物进行硬挺度、单束抽拔、单舌撕裂以及准静态穿刺实验,探究不同直径,不同质量分数BC硬质粒子对涂层织物的影响。结果表明,BC硬质粒子的加入不仅改善了涂层织物的柔韧性,还提高了涂层织物的各项力学性能,其中最大单位克重刺破载荷达到了486N/g,提升了428%。(2)共固化多层复合织物的制备。选择防刺性能最优的BC涂层织物进行铺层来制备多层复合织物。固化时在环氧树脂内加入适量直径2.5μm的BC硬质粒子并借助真空辅助树脂传递模塑(VARTM)技术实现复合织物的共固化一体成型。通过准静态穿刺实验发现,BC粒子质量分数为2%,叠层角度为45°的机织物/非织物/机织物交叉叠层复合织物的最大单位克重穿刺载荷提高了269%。此外,通过动态穿刺实验发现,多层复合织物叠层数目达到15层,即厚度为4.48mm时,复合织物未穿透。(3)复合鳞片形状与排列设计。将复合织物切割成复合鳞片并粘合在柔软的芳纶织物上。通过研究标准刀具刚接触柔性基布的临界情况,优化了相邻复合鳞片的间隙宽度。结果表明,弧边复合鳞片的临界间隙宽度较直边复合鳞片提高了10.5%,即相同间隙宽度下,弧边复合鳞片可以降低刀具的穿刺深度。此外,弧形与正六边形复合鳞片的组合排列也避免了长直线间隙的产生。(4)防刺机理。通过BC涂层防刺织物和共固化多层复合织物表面和刺口形貌以及载荷-位移曲线的分析,探究了两者的防刺机理。结果表明,BC硬质粒子的加入提高了纤维滑移抽拔的能力,抑制了纤维断裂的不同时性,同时也钝化刀尖和刀刃。机织物/非织物/机织物共固化多层复合织物不仅束缚了刀尖的穿刺,而且降低了层间缺陷。中间的非织物层也进一步增加了穿刺能量的吸收。同时,在穿刺载荷的作用下,柔性基布能够向下弯曲闭合鳞片间隙,使得刀具被相邻复合鳞片夹住,实现“自锁”效果,阻碍刀尖的穿刺。本文的研究有助于半硬防刺织物复合鳞片的制备,对于硬质颗粒涂层防刺织物的机理研究也具有重要意义。

关键词： B4C 复合鳞片准静态穿刺防刺机理

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无机颗粒层填充防刺树脂片的研制及机理表征

无机颗粒层填充防刺树脂片的研制及机理表征

作者：陈立富东华大学

学位级别：硕士

在个体安全防护领域,防刺功能作为一种必备功能,一直是研究的热点。目前制作防刺服的主要方式有插片法、多层马赛克法、砂纸法等丰富了防刺服的种类。但主要存在以下几个问题:重量过重不能满足日常生活需要,且颗粒填充增硬树脂片材的防... 详细信息

在个体安全防护领域,防刺功能作为一种必备功能,一直是研究的热点。目前制作防刺服的主要方式有插片法、多层马赛克法、砂纸法等丰富了防刺服的种类。但主要存在以下几个问题:重量过重不能满足日常生活需要,且颗粒填充增硬树脂片材的防刺机理及影响规律无完整准确表述,阻碍了防刺材料研究的发展。故本论文将人造金刚石颗粒填充进入热塑性聚酰亚胺树脂制备复合树脂片,提高了防刺材料的防刺性能,降低了防刺材料的重量,并探索了此类材料的高效防刺割机理。主要研究结论如下:(1)自主研制的摆锤式防刺、割、砍功能原位组合测量仪将动态防刺性能测试、防割性能测试、防砍性能测试、准静态防刺性能测试综合于一台仪器上进行测试,实现对防护织物的防刺、割、砍综合性能评价更加有效化、准确化和简单化。在同一台仪器上对防护织物的代表性防护功能均能进行独立性测量、测试过程中自动化程度高并符合人体工学设计、安全程度高等使得测试更加高效、快捷、安全。采用摆锤式刺扎代替传统的落锤式刺扎,减小了空间位置,并对摆锤式刺扎的能量进行计算并给出对能量的调节的方式和应满足的公式,使刺扎的能量更加准确并可调。研制的仪器具有多样化指标,在可测得刺穿长度的基础上,利用刀头和底座的力传感器进行防刺、砍测试过程中力的采集,得到力-时间曲线、力-位移曲线;防割测试过程中力和速度的采集,得到力-时间曲线、速度-时间曲线;准静态测试中准静态防刺模量、防护功的测试计算,这几个评价指标可更加全面的对织物的防护功能进行评价。(2)探究了单层和多层树脂片中人造金刚石的粒径、填充体积分数和树脂片层数对树脂片防刺性能的影响。结果表明:填充人造金刚石之后的树脂片由于准静态防刺模量变高,从而使树脂片的防刺性能变好。人造金刚石的粒径独立的对树脂片的防刺性能发挥作用,且粒径越大,树脂片的初始模量越大,防刺性能越好;人造金刚石的体积分数与树脂片的层数的树脂片的防刺性能影响存在交互作用,在层数较少时(单层)体积分数的增加主要在于使树脂片的脆性增大,即体积分数超过20%时就会发生树脂片的脆裂,在层数较多时(三层)体积分数的增加可以更好的增硬树脂片,并且使体积分数增加导致的树脂片脆性增加的效果减弱,表现为体积分数增加树脂片的准静态防刺模量增大,而体积分数增大至30%出现最大防刺力。在单一粒径人造金刚石对树脂片进行填充制备多层防刺树脂片时,当人造金刚石粒径为300μm、体积分数为30%时,其防刺性能最好,且16层的防刺树脂片的最大防刺力是4层树脂片的4.58倍。(3)利用手糊成型与热压法成型制备了三种结构的人造金刚石填充聚酰亚胺树脂基复合树脂片,分别为单层均布结构、手糊分层结构、均布结构层复合结构。研究结果表明,均布结构层分层复合结构的树脂片的防刺性能最佳;通过试验设计证明人造金刚石不同粒径、不同体积分数的分层排布有利于提高树脂片的防刺性能,且样品4树脂片的排列方式使得防刺性能最优,树脂片的平方米克重最轻可达5.84kg/m,达到比现有市面防刺材料减轻15%的目标,并比满足测试要求的同类型纯树脂片重量减轻19%。且通过聚酰亚胺固化贴合的树脂片优于用双面胶贴合的树脂片,更优于不经贴合的树脂片。双面胶贴合的树脂片在平方米克重为6.67kg时能满足性能测试要求,比现有重量减轻了10%。(4)针对硬质颗粒填充树脂片的防刺机理,通过对人造金刚石棱角及尖锐程度进行观察,提出反向切割粗糙化防刺机理和碰撞隔挡钝化防刺机理,并通过扫描电镜对刀具刺入前后的观察,证明了以上两种机理的存在。且当人造金刚石的粒径小于刀尖直径时,发生反向切割作用,粒径越小,反向切割的可能性越大;当人造金刚石的粒径大于刀尖直径时,发生碰撞钝化作用,粒径越大,反向切割的可能性越大,除此之外,两机理均通过人造金刚石的下移使体积增大、转动阻尼发挥作用。相同防护面积树脂片相同间距排列时,四种常见形状树脂片中,正六边形的覆盖概率最大,且间距越小覆盖概率越大;当树脂片边长为5.5mm,间距0.48mm时,其覆盖率可达90.61%,且三层正六边形树脂排列即可达到覆盖率为100%。树脂片的柔软性与树脂片边长与间距的比值呈负相关,树脂片覆盖概率和树脂片与间距的比值呈正相关。

关键词：防刺测试仪器无机颗粒树脂填充防刺机理

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基于有限元仿真分析的防刺服的防护性能研究

基于有限元仿真分析的防刺服的防护性能研究

作者：乔芳芳西安工程大学

学位级别：硕士

近年来,随着国际社会恐怖组织犯罪愈加猖獗,很多国家对枪支管理更加严格,但刀具等利器还未受到管制,持刀行凶的作案方式给人们带来的威胁仍然存在。本课题通过对防刺服的防刺机理分析,利用有限元法建立了防刺服的等效冲击有限元仿真模... 详细信息

近年来,随着国际社会恐怖组织犯罪愈加猖獗,很多国家对枪支管理更加严格,但刀具等利器还未受到管制,持刀行凶的作案方式给人们带来的威胁仍然存在。本课题通过对防刺服的防刺机理分析,利用有限元法建立了防刺服的等效冲击有限元仿真模型和人体着装防刺服的冲击有限元仿真模型。通过设计研发人体防刺装备冲击试验机,分别做了防刺材料冲击物理实验和人体着装状态下的防刺服冲击物理实验,用来验证两个冲击有限元仿真模型。应用两种仿真模型分析了在不同的初始速度下的防刺服的防护性能。本课题的结论如下:（1）研究分析了防刺服的防刺机理,包括刀具以零度或以某一角度入射角刺入防刺服时,防刺服的受力情况分析。得出刀具以零度入射角或以小于45度入射角刺入防刺服时,上层防刺层抗剪切性能强。随着层数增多,防刺层材料抗拉伸性能逐渐增强有利于提高防刺材料的防刺性能。当刀具以大于45度入射角刺入防刺服时,防刺材料表层抗拉伸性能力强,底层抗剪切能力逐渐增强有利于提升防刺材料的防刺性能。（2）设计并研发了人体防刺装备冲击试验机。该冲击试验机可以测试多种防刺材料的防护性能,且能够测试人体着装防刺服状态下的防刺服的防护性能。该设备能够实现冲击刀具以0度和45度角冲击防刺服,测试数据包括冲击力随时间变化曲线、加速度随时间变化曲线,且能够测试冲击刀具接触到防刺服瞬间的速度。（3）建立、验证并应用防刺服的等效冲击有限元仿真模型。通过对防刺服的防刺机理分析,建立防刺服胸部的简化几何模型,通过分析防刺服的等效有限元模型的构建原则,确定材料本构模型及失效准则,根据实际冲击情况确定有限元模型的载荷和边界条件,网格划分类型,相互接触等,建立防刺服的等效冲击有限元仿真模型。通过对比防刺材料冲击物理实验结果验证防刺服的等效冲击有限元仿真模型,结果发现,两种实验结果具有较好的一致性,防刺服的等效冲击有限元仿真模型有效。应用防刺服的等效冲击有限元仿真模型分析了不同初始速度下的防刺材料的防护性能。（4）建立、验证并应用人体着装防刺服的冲击有限元仿真模型。通过防刺服的等效冲击有限元仿真模型,进一步完善模型并建立人体着装防刺服的冲击有限元仿真模型。使用逆向建模方法建立人体与防刺服几何模型,根据几何模型的不同,使用两种有限元软件划分网格,并对比了网格的优劣。根据实际情况创建边界条件、载荷和相互作用等,建立了人体着装防刺服的冲击有限元仿真模型。使用人体防刺装备冲击试验机做人体着装防刺服的冲击物理实验,包括实验用防刺服的设计与制作,实验方案设计等,对比分析了物理实验与仿真实验结果,结果发现:整体来看,由于人体着装防刺服的冲击有限元模型的复杂性,试验结果存在略微差异,但整体模型的仿真结果与物理实验结果匹配度较高,两种实验结果具有较好的一致性。应用人体着装防刺服的冲击有限元仿真模型分析了不同初始速度下的防刺服的防护性能。本课题中,冲击有限元模型的建立方法能够为功能性服装的建模方法提供技术路线与建模思路,同时所建立的防刺服的等效冲击有限元模型与人体着装防刺服的冲击有限元模型能够应用于多种防刺材料的防刺性能验证分析。图59幅,表14个,参考文献61篇。

关键词：有限元法冲击模拟防刺服防刺机理