一种剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料

本发明涉及排爆服防护材料，特别涉及一种剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料。

背景技术：

1、为保护炸弹处理技术人员免受爆炸装置的潜在危害，处理人员防护装备主要是排爆服。排爆服的材料近些年发生了重大变化，以增强其防护能力，同时确保穿着者的舒适性和灵活性。其中一个关键的进步是在20世纪70年代引入了kevlar，这是一种重量轻、强度高的合成纤维，因其卓越的抗冲击、耐热和碎片性而成为炸弹防护服制造中的关键部件。目前对于排爆服防护的研究大都聚焦于提升材料性能及单一材料叠加结构的设计，但多层叠加会大幅增加重量，而新型智能流体材料剪切增稠液由于其优越的防护性能和流动性能逐渐应用于防护领域。

2、专利cn111910436a公开了一种剪切增稠防护液，由聚乙二醇、纳米二氧化硅粉末和碳化硼粉末组成，该剪切增稠防护液在碳化硼颗粒和二氧化硅颗粒的配合作用下，一方面增加摩擦，充分利用粒子之间摩擦吸能原理，另一方面能够减小纤维织物浸渍时发生剪切破坏的程度，增大纤维织物对弹丸的能量吸收。

3、专利cn114507986b公开了一种基于剪切增稠流体的防刺防弹织物及其制备方法，所述涂层织物由基布、功能纤维粉体改性涂层剂、剪切增稠流体以及短纤维绒毛四部分复合而成。本发明将植绒后的织物浸入剪切增稠流体内，垂直排布的功能短纤维内部及周围被剪切增稠流体包裹，烘干、冷却、吸绒后进行二次涂层或者覆膜得到成品织物。本发明将垂直纤维阵列短绒毛层作为容纳支撑区，结合上下两侧的功能纤维粉体改性涂层和两边封口，剪切增稠流体区更稳定，将短纤维采用高压静电定向植入纤维粉体涂层的方法，可使短纤维在涂层中起“销钉”角色来增强织物表面与涂层之间的作用力，从而提升涂层织物的耐磨及其他力学性能。

4、专利cn103469595b公开了一种剪切增稠液材料的制备方法，包括下述步骤：制备a液：向聚乙二醇溶液中加入异氰酸酯溶液和催化剂，在回流条件下预反应30-50分钟，再加入醋酸纤维素溶液，混匀后50-70℃反应1-3小时，减压蒸馏除去溶剂得a液；制备b液：将硅酸乙酯加入到四丙基氢氧化铵饱和液体中，搅拌并于50-70℃反应1-3小时，得b液；将上述a液和b液混合，在温度为140～160℃，压力为0.5～0.6mpa，反应18～24小时，然后减压蒸馏除去水分即得剪切增稠液材料。

5、关于剪切增稠液的制备主要由分散相颗粒及分散介质组成，现有的资料和科研成果报道还有加入一些添加剂以增加其粘稠性的效果。剪切增稠液以其良好的增稠防护效果，逐渐应用于防护领域，但是其分散相效果差，增稠持续效果低，大多数情况下，无法有效的增强样品的防护效果，或者防护性能的增强导致了增重，如何找到一种制备简单且稳定性好、增稠性强的制备负载方法是该领域的研究方向。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料，将芳纶织物通过浸渍于基于固态废弃物表面改性制备的绿色剪切增稠液中进行剪切增稠改性，该材料在同等防护性能的情况下，面密度更低，实现了轻量化和防护性能的平衡。

2、具体技术方案是一种剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料，包括：剪切增稠液和纤维层，剪切增稠液采用固废基改性作为分散相，形成非牛顿流体，呈现固液悬浮液，具有优异的剪切增稠功能；纤维层采用芳纶织物，芳纶织物浸渍于固废基剪切增稠液中进行结合。

3、优选地，剪切增稠液的制备：二氧化硅凝胶为分散相，分散介质为聚乙二醇1600，分散相与分散介质的质量比为40wt％-60wt％，将装有聚乙二醇1600的烧杯固定在搅拌器中，搅拌过程中，轻缓将分散相颗粒加入到烧杯中，达到均匀混合的状态。

4、优选地，二氧化硅凝胶的制备步骤如下：

5、s1、固废基表面改性处理，采用高温煅烧的方式对工业固废进行活化处理，

6、s2、改性固废基形态处理，球磨机磨成小颗粒，球磨后的污泥粉再通过200目筛网进行筛分，得到粒度＜200目的样品，对样品进行密封处理，

7、s3、基于固废基凝胶分散相制备，将处理后的污泥样品溶解到氢氧化钠溶液中进行碱催化，处理后的污泥主要经历硅源水解氧化、分子间缩聚反应，形成具有空间网络的湿凝胶，再将湿凝胶经过50％乙醇老化、三甲基氯硅烷表面改性处理24h，清除湿凝胶表面留存药品，并放入恒温干燥箱进行超临界干燥，即得二氧化硅凝胶。

8、优选地，分散相加入后，将烧杯置于超声波仪器中，设置温度为25℃，超声时间为0.2h。

9、优选地，将制得的二氧化硅凝胶剪切增稠液置于温度为80℃的真空干燥箱中24小时，除去气泡，并将无水无气泡的二氧化硅凝胶剪切增稠液的稳定体系密封保存。

10、优选地，芳纶织物负载二氧化硅凝胶剪切增稠液：先将芳纶织物平铺浸渍于稀释后的多分散相二氧化硅凝胶剪切增稠液中超声分散30min，再取出织物放进启动后的轧车中，以适合压力轧压二氧化硅凝胶剪切增稠液/芳纶织物一次，为保证浸渍均匀，试样需要重复三次，最后将浸渍复合后的样品干燥48h，并继续放置24h，得到一种剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料。

11、优选地，二氧化硅凝胶剪切增稠液的稀释，在制备好的二氧化硅凝胶剪切增稠液中加入3倍质量比的无水乙醇进行稀释。

12、与现有技术相比，本发明有益效果如下：

13、1、本发明采用了固体废弃物改性，改性固废具备空间网络结构，并用改性固废作为制备剪切增稠液的分散相，实现了固废资源化的有效利用，

14、2、本发明针对绿色剪切增稠功能化新型复合材料进行了防破片性能测试，增强了防护能力，提升了防护极限速率，使纱线间的摩擦性能增强，并且质量及面密度增加较低，没有大幅度降低其舒适性，

15、3、采用本发明中制备的一种剪切增稠改性纤维作为排爆服材料，可以实现在爆炸环境中，阻挡高速冲击的破片，增强了复合材料的抗穿透能力，这为复合材料的防护性能探究提供可靠的研究基础，

16、综上，本发明提供了一种抗冲击性能强、舒适性效果优异、质量更轻的抗冲击剪切增稠复合柔性材料，用于冲击作用下炸弹处理技术人员的防护，极大的提高防护能力，增强舒适性能。

技术特征：

1.一种剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料，其特征在于，包括：剪切增稠液和纤维层，剪切增稠液采用固废基改性作为分散相，形成非牛顿流体，呈现固液悬浮液，具有优异的剪切增稠功能；纤维层采用芳纶织物，芳纶织物浸渍于固废基剪切增稠液中进行结合。

2.根据权利要求1所述的剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料，其特征在于，剪切增稠液的制备：二氧化硅凝胶为分散相，分散介质为聚乙二醇1600，分散相与分散介质的质量比为40wt％-60wt％，将装有聚乙二醇1600的烧杯固定在搅拌器中，搅拌过程中，轻缓将分散相颗粒加入到烧杯中，达到均匀混合的状态。

3.根据权利要求2所述的剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料，其特征在于，二氧化硅凝胶的制备步骤如下：

4.根据权利要求2所述的剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料，其特征在于，分散相加入后，将烧杯置于超声波仪器中，设置温度为25℃，超声时间为0.2h。

5.根据权利要求2所述的剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料，其特征在于，将制得的二氧化硅凝胶剪切增稠液置于温度为80℃的真空干燥箱中24小时，除去气泡，并将无水无气泡的二氧化硅凝胶剪切增稠液的稳定体系密封保存。

6.根据权利要求1-5任一所述的剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料，其特征在于，芳纶织物负载二氧化硅凝胶剪切增稠液：先将芳纶织物平铺浸渍于稀释后的多分散相二氧化硅凝胶剪切增稠液中超声分散30min，再取出织物放进启动后的轧车中，以适合压力轧压二氧化硅凝胶剪切增稠液/芳纶织物一次，为保证浸渍均匀，试样需要重复三次，最后将浸渍复合后的样品干燥48h，并继续放置24h，得到一种剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料。

7.根据权利要求6所述的剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料，其特征在于，二氧化硅凝胶剪切增稠液的稀释，在制备好的二氧化硅凝胶剪切增稠液中加入3倍质量比的无水乙醇进行稀释。

技术总结本发明提供了一种剪切增稠改性纤维增强防破片性能的排爆服材料，涉及排爆服材料技术领域。包括：剪切增稠液和纤维层，剪切增稠液采用固废基改性作为分散相，形成非牛顿流体，呈现固液悬浮液，具有优异的剪切增稠功能；纤维层采用芳纶织物，芳纶织物浸渍于固废基剪切增稠液中进行结合。与现有技术相比，本发明有益效果如下：本发明采用了固体废弃物改性，改性固废具备空间网络结构，并用改性固废作为制备剪切增稠液的分散相，实现了固废资源化利用；本发明中制备的一种剪切增稠改性纤维作为排爆服材料，可以实现在爆炸环境中，阻挡高速冲击的破片，增强了复合材料的抗穿透能力，这为复合材料的防护性能探究提供可靠的研究基础。技术研发人员：袁梦琦,王博,覃巧丽,颜轲,张炀,王国辉,李星,黄广炎,司洪利,吴广,刘奔,吕凯受保护的技术使用者：北京理工大学重庆创新中心技术研发日：技术公布日：2024/6/11