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警用防暴用具材料的研究与应用

颁发时间:2018-06-21 11:11:43    浏览次数:2133

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摘 要:本文对SAS-TEC买球_买球app_买球软件的慢回弹低频阻尼材料行了深入解析,确定其为发泡聚氨酯材料,对慢回弹低频阻尼材料样品进行了力学、抗冲击、防刺、阻燃等试验。试验成果证实,该材料的抗冲击性 能优异,可满足防暴护具的性能要求。但是其不阻燃,防刺性能十分差,几乎没有防刺效果,成为其不能作为防暴护具材料的软肋。

要害词:警用;防暴;材料;聚氨酯;研究

前言 武警特警人员在执行任务时,经常要面对穷凶恶极的暴徒,受到暴力的袭击,因此,防暴护具的配备至关主要。警用防暴护具产物主要有硬 质、软质及半硬质三种形态。目前,国内警用防暴护具产物以硬质形态为主,采用无毒、阻燃材料特制而成,一般多为ABS塑料等。其具有耐高 温、耐冲击、防刺等长处,缺点是重量大、穿着 不舒适、易对人体造成二次钝伤等[2-6]

本文研究了慢回弹低频阻尼材料的性能特点,论证了该材料在警用防暴警用护具上的应用前景。

1 慢回弹低频阻尼材料样品阐发

本文对德国SAS-TEC买球_买球app_买球软件的慢回弹低频阻尼材料样品进行了阐发,该样品原用于摩托车手后背护板,对摩托车手碰到碰撞具有优异的缓冲作用。

经红外(IR)测试,其红外谱图如图1所示,确定此材料为聚氨酯材料。按照此材料的特性,可知其为具有外形记忆功能的发泡聚氨酯材料。

警用防暴用具材料的研究与应用

图1 Sas-Tec慢回弹低频阻尼材料红外谱图

外形记忆聚氨酯属于热塑性高分子材料,它是由相转变温度较高的硬段和相转变温度较低的 软段所组成的多嵌段共聚物。外形记忆聚氨酯是以硬段为固定相,软段为可逆相来实现外形记忆功能的。其性能如下:

(1)热力学性能。外形记忆聚氨酯的软段玻 璃化温度(Tg)随软段分子量的增大而变小,随 硬段含量的增大而变大。软段玻璃化温度(Tg)一般远低于室温。

(2)结晶度。对于软段分子量为1000和2000的聚氨酯,并没有发现软段结晶,而软段分子量为3000和5000的聚氨酯,则有明显的软段结晶,但结晶度随硬段含量的增大而明显降低。这说明,在这类聚氨酯体系中,存在临界分子量,只有分子量大于临界分子量的软段才是可以结晶的。研究发现,临界分子量大约为3000,低于临 界分子量的软段在这类聚氨酯体系中是无法结晶的;同时硬段的引入按捺了软段的结晶,导致软段结晶度有所下降。

(3)外形记忆功能。不同分子量软段(配比 均为1/3/2)聚氨酯样品的外形回复曲线不同。当组成比一按时,软段分子量对外形记忆聚氨酯形 状回复率的影响长短常明显的。含低分子量软段(Mn=1000、2000)聚氨酯样品的外形记忆效果很差,仅能恢复20%~30%的形变;而含较高分子量软段(Mn=3000、5000)聚氨酯样品的外形记忆回复比率非常高,可达93%~99%。这可以用只有软段分子量大于3000的聚氨酯才有软段 结晶来注释。含有不异软段(Mn=3000)而硬段含量不同的聚氨酯样品,硬段含量较低的样品,外形回复比率也只有50%~60%。只有硬段含量大于15%的样品,才有高的外形回复比率。这是因为,只有硬段含量较大时,硬段才有可能聚集形成硬段微区,起到物理交联点的作用。由此可得,这些样品的外形回复温度近似等于样品中软段的结晶熔融温度,这进一步说明了该类材料 是以软段的结晶熔融为外形记忆机理的。

(4)力学性能。聚氨酯的力学性能随硬段含量的增加而升高,似乎是硬段含量越高越好。但我们发现,在硬段含量大于45%时,其拉伸强度和断裂伸长率都有较明显的下降,这可能是硬段含量过大时,会发生由以软段为持续相向以硬段 为持续相的相反转成果。

(5)密度。Sas-Tec买球_买球app_买球软件产物密度为260g/L,为传统硬质材料的1/4。

(6)具有的细胞单元布局耐水性好(吸水性低于1%),可水洗。

(7)该材料对温度反应较为敏感。随着温度的升高,该材料本身会变软。因此在实际使用中,冬天会比夏天硬很多,在必然程度上会影响穿着 舒适性。

2 慢回弹材料在防暴护具上的应用测试

警用防暴护具产物主要有硬质、软质及半硬质三种形态。其所谓的软质其实也只是在硬质材料内侧添加了软质缓冲材料,并非真正意义上的软质防弹衣。为阐发确定慢回弹低频阻尼材料是否能在警用防暴护具上应用,首先必需解析相关尺度。按照GA420—2008《警防暴服》要求:第一,能有效抵御各种利器、棍棒、非爆炸性投掷物,并且具有阻燃能力,使人体防护部位不受到伤害的一种服装;第二,防暴服的总质量应小于85kg;第三,防暴服的前胸、后背、腹部、前裆用GA68尺度试验刀具,20J动能,垂直刺入防护层,刀尖不应透过防护层;第四,击打能量吸收性能:将防暴服的前胸、后背部件放于尺度胶泥上,以100J能量冲击,胶泥压痕深度不超过20mm;第五,阻燃性能:防护层阻燃性能应符合FV-2级。

由以上尺度可以看出,警用防暴服不仅需要有抵御冲击的作用,并且在防刺、阻燃、总重量方面均有的相应规定。为此,对慢回弹低频阻尼材料进行了相关的测试。

2.1 击打能量吸收性能

2.1.1 试验一:抗冲击性尝试

用6kg直径96mm球头钢柱自204m(±10mm)高度自由落下,向慢回弹低频阻尼材料的中心位 置撞击。

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图2 试样及背衬材料放置图

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图3 凹陷深度的测量

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由表1可知,此慢回弹低频阻尼材料抗冲击 的凹陷深度均小于20mm,符合防暴服的要求。

2.1.2 试验二:抗冲击反应时间测试

针对SAS-TEC买球_买球app_买球软件的样品进行冲击测试,该买球_买球app_买球软件的样品除具有很好的外形记忆功能外,还具有碰到瞬间冲击力迅速变硬的特点。为进一步把握该材料的抗冲击性,特对其抗冲击反应时间 进行测试。

经过测试,由图4可以看出,该材料在碰到 冲击后2ms即可对冲击产生反映,在5.84ms时,对冲击力的反应达到最大,达到7.1KN,在9ms 周围时,可以将冲击力完全化解。此材料具有如此优异的冲击力缓冲作用,是因为在其布局中,还有一种微小的颗粒,可以起到应力反应的作用,它是一种智能材料,一般为石墨颗粒、硅颗粒类。

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图4 应力-时间测试图

2.2 阻燃性能

按照国家尺度GB/T2408—1996《塑料燃烧 性能试验方法程度法和垂直法》 进行测试,要 求防暴护具材料达到燃烧性能尺度(表2)中的FV-2级。

按照测试数据(表3),该材料的阻燃等级超 出了FV-2尺度的范围,不符合作为防暴材料的要求。

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2.3 防刺性能

警用防暴护具除要求具有良好的抗冲击性能,同时可防止暴徒持匕首等尖锐兵器对警务人员进 行身体伤害,因此,防暴护具还要求有优良的防 刺性能[1][3]

采用尺度尝试道具(图 5)对试样共刺三点, 刺入角为0°,刺穿动能20J,成果为全部刺穿,注解该慢回弹低频阻尼材料的防刺性能达不到防暴护具的要求。

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图5尺度尝试刀具示意图

3 结论

本文对SAS-TEC买球_买球app_买球软件的慢回弹低频阻尼材料进行了深入解析,确定其为发泡聚氨酯材料。对该买球_买球app_买球软件的的慢回弹低频阻尼材料样品进行了力学、抗 冲击、防刺、阻燃等试验,试验成果证实,该材料的抗冲击性能优异,可满足防暴护具的性能要求。但是其不阻燃,防刺性能十分差,几乎没有防刺效果,成为其不能作为防暴护具材料的软肋。若在其外面另加上一层防刺层则会增加防暴服的重量,且比目前国内大幅使用的硬质防暴服材质还要坚硬。 但是该材料在运动防护领域得到了大量的应用,并且因为其优异的性能,产物附加值很高,利润也很 高,有望在运动防护领域得到更加广泛的应用。

参考文献

[1]中华人民共和国公安部.警用防刺服:GA68—2019[S].北京:中国尺度出版社,2019:2.


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