一种抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩及其制备方法与流程

本发明涉及运动防护配件，尤其涉及一种抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩及其制备方法。

背景技术：

1、本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、对抗性体育运动尤其是足球、篮球等运动中，容易造成运动员面部器官的冲击损伤，例如鼻梁、眉骨等撞击或骨折，为了保护运动员的器官安全性，保护运动员能够完成高强度运动任务，需要采用特殊的运动防护来避免受伤部位的二次冲击伤害，同时又要满足运动过程中人员佩戴的舒适性。

3、碳纤维增强特种树脂基体的复合材料材质是目前运动面罩的主要材质之一，其具有轻质高强的优势，同时还能依据人体面部的特定外型结构进行复合材料面罩的设计加工。但是，单层碳纤维增强特种树脂基体的复合材料综合性能（包括抗冲击性、抗变形性和舒适度等）仍有待提高，而现有技术中对于碳纤维运动面罩结构的报道非常少。因此，有必要提供一种兼具高抗冲击性、高抗变形稳定性和良好佩戴舒适度的碳纤维复合结构面罩。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩及其制备方法，解决了现有技术中碳纤维面罩综合性能欠佳的问题，本发明的抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩兼具高抗冲击性、高抗变形稳定性和良好佩戴舒适度。

2、第一方面，本发明提供了一种抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩，其由外向内依次包括表面耐冲击韧性层、中间刚性层和内部缓冲层；

3、所述表面耐冲击韧性层由高强度碳纤维混杂高韧性纤维平面织物增强热塑性树脂构成；

4、所述中间刚性层由高模量碳纤维混杂高强度碳纤维三维立体织物增强热塑性树脂构成；

5、所述内部缓冲层为发泡聚氨酯层或硅胶层。

6、第二方面，本发明提供了上述抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩的制备方法，包括如下步骤：将表面耐冲击韧性层和中间刚性层叠合之后进行二次熔渗固化成型，然后通过粘接的方式连接内部缓冲层，即得。

7、与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

8、（1）本发明的抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩采用多层结构嵌套组成整体，能够有效发挥多种纤维的综合力学性能，确保面罩的耐冲击破坏和抵抗变形能力的稳定发挥，并能确保佩戴时的舒适感和安全性；

9、（2）本发明采用二次熔渗成型连接方法使表面耐冲击韧性层和中间刚性层形成整体结构，能够有效提高面罩整体使用寿命，避免分层破坏问题。

技术特征：

1.一种抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩，其特征在于，由外向内依次包括表面耐冲击韧性层、中间刚性层和内部缓冲层；

2.如权利要求1所述的抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩，其特征在于，所述表面耐冲击韧性层的眼眶和鼻梁部位的高强度碳纤维和高韧性纤维的混杂质量比为1:(2~5)，其余面部部位的高强度碳纤维和高韧性纤维的混杂质量比为(1~3):1。

3.如权利要求1所述的抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩，其特征在于，表面耐冲击韧性层中，所述平面织物的结构选自平纹、斜纹或断纹中的任意一种；所述高韧性纤维选自尼龙纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维、pbo纤维或超高分子量聚乙烯纤维中的任意一种。

4.如权利要求1所述的抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩，其特征在于，所述表面耐冲击韧性层和所述中间刚性层的高强度碳纤维选自t300、t700、t800或t1000中的任意一种。

5.如权利要求1所述的抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩，其特征在于，所述表面耐冲击韧性层和所述中间刚性层的热塑性树脂相同，选自聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚苯硫醚、聚甲醛、聚碳酸酯或聚酰胺中的任意一种；所述表面耐冲击韧性层和所述中间刚性层的树脂含量为40~60wt%。

6.如权利要求1所述的抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩，其特征在于，中间刚性层中，所述高模量碳纤维和高强度碳纤维的混杂质量比为(1~4):1；所述三维立体织物的结构选自三维四向、三维五向、三维六向或三维七向中的任意一种；所述高模量碳纤维选自m40、m40j、m55、m55j、m60、m60j中的任意一种。

7.如权利要求1所述的抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩，其特征在于，所述表面耐冲击韧性层的厚度为0.3~0.5mm，所述中间刚性层的厚度为0.5~1mm，所述内部缓冲层的厚度为0.5~1mm。

8.如权利要求1~7任一项所述的抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将表面耐冲击韧性层和中间刚性层叠合之后进行二次熔渗固化成型，然后通过粘接的方式连接内部缓冲层，即得。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，二次熔渗固化成型的压力为1~10mpa，时间为20~60min。

10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，二次熔渗固化成型的温度高于所述表面耐冲击韧性层和中间刚性层的热塑性树脂基体的熔点。

技术总结本发明公开了一种抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩及其制备方法，属于运动防护配件技术领域。本发明提供的抗冲击碳纤维混杂复合结构面罩由外向内依次包括表面耐冲击韧性层、中间刚性层和内部缓冲层；所述表面耐冲击韧性层由高强度碳纤维混杂高韧性纤维平面织物增强热塑性树脂构成；所述中间刚性层由高模量碳纤维混杂高强度碳纤维三维立体织物增强热塑性树脂构成；所述内部缓冲层为发泡聚氨酯层或硅胶层。本发明采用多层结构嵌套组成整体，能够有效发挥多种纤维的综合力学性能，确保面罩的耐冲击破坏和抵抗变形能力的稳定发挥，并能确保佩戴时的舒适感和安全性。技术研发人员：王永伟,曹伟伟,张敏,朱安平,刘玉兰,周珊珊受保护的技术使用者：山东华特天维新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5