一种镀镍磁化中空玻璃微球护甲片的避险服

1.本发明属于防护服的技术领域，涉及一种镀镍磁化中空玻璃微球护甲片的避险服。


背景技术：

2.海洋蕴含丰富多样的资源，占据着71％的地球面积，在科技迅猛发展、资源需求日益增加、全球贸易愈加频繁的背景下，人们提出的海洋平台概念日新月异，在海上的活动日益增加，但与此同时，也带来了更多的安全隐患。
3.一般而言，海洋平台均携带有大量的化石燃料和复杂的用电设备，受海洋恶劣的自然环境影响，易发生诸如电线短路、设备故障等意外问题，进而引发各类不可控火灾事故，比较典型的是化石、天然气能源的开采平台、易燃易爆品的运输船只等，遇到火源极易发生爆炸和大型火灾。而海上平台一般远离陆地，不易救援，人员落水后可能面临昏厥、体力不足等各类意外情况，这些均给海上作业人员生命安全造成巨大威胁。因此现阶段，面临着诸如溺水、火灾、爆炸等危险时，亟需一种能够同时提供浮力、防火和一定抗冲击性能的避险服来保护人们的生命安全。
4.大连理工大学马哲等人的专利cn202110270316.2一种基于hgm/er的防火浮性海洋作业服套装中利用环氧树脂和空心玻璃微珠复合制成能同时提供浮力和具有防火性能的泡沫材料，中空玻璃微球的填充率越高，整体复合材料质量越轻。但目前，中空玻璃微球材料强度相对于环氧树脂材料强度较低，当中空玻璃微球的填充率升高，会引起整体复合材料强度的下降，且在对环氧树脂和中空玻璃微球混合制成的工艺中，难以使中空玻璃微球充分搅拌，使其在树脂中均匀分布，而当中空玻璃微球聚集粘结，会进一步引起复合泡沫材料强度的下降。
5.其次该复合泡沫材料是硬质材料，不具备柔性特点，不能像我们常见的面料、橡胶类制品一样可弯曲，因此在避险服上的应用需采用模块化的形式。对于模块的划分和设计处理，传统的普通救生衣仅为背心样式，作应急用途，无特殊要求，舍弃了人体活动所需的灵活性，采用若干个大模块简单分割；南通大学王慧玲等人的论文防爆服的防护性能及其研究进展[j].纺织报告,2016,(05):33-37.中一般的硬质防爆服或警用、军用等特种服饰，模块划分为护胸、护肘、护肩、护裆等重点部位的保护，其他部位的保护效果相对较差，关节处较为僵硬，重量较大，不够灵活，穿戴行动不便，可能延缓逃生进程和落水后的自救，进而威胁人员生命安全。


技术实现要素：

[0006]
本发明为克服上述技术的不足，提出一种镀镍磁化中空玻璃微球护甲片的避险服。中空玻璃微球相对于树脂材料强度较弱，通过对中空玻璃微球外表面镀一层金属镍，可以提高中空玻璃微球的抗压强度，进而提升整体复合泡沫材料强度，因此在设计中可以进一步增加中空玻璃微球的填充率，降低复合泡沫材料密度。其次对镀镍中空玻璃微球作磁
化处理，使不同的镀镍磁化中空玻璃微球相互之间具有一定斥力，使中空玻璃微球在和环氧树脂材料搅拌的过程中减少聚集、粘接较近的情况，整体分布更加均匀，提高整体复合泡沫材料强度。最后将复合泡沫材料模块设计成一种具有夹芯结构的鱼鳞仿生护甲片，护甲片设计成合适大小、统一规格，并在此基础上进行结构设计使其按照仿生学原理堆叠排列，利用金属链和芳纶线固定于避险服外表面，整体避险服能达到不影响人员穿戴后正常活动的效果。
[0007]
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
[0008]
一种镀镍磁化中空玻璃微球护甲片的避险服，所述的避险服由多个结构相同的护甲片堆叠而成的护甲片表层1、气凝胶棉中层2、三明治网状尼龙内层3组成。气凝胶棉中层具有一定隔热阻燃、抗冲击性能，三明治网状尼龙内层柔软舒适，能够改善套装与人体的接触体感，通过自身弹性变形缓冲人体所受到的冲击力。
[0009]
所述的每个护甲片为圆片结构(上下表面中心凸出的圆形薄片，将上下层表面切割成具有一定的角度)，包括上夹层4、中间夹芯层5、下夹层6、粘接剂7，上下夹层与中间夹芯层5之间通过粘接剂7固连。所述上夹层4、下夹层6的边沿为斜面，其倾斜角度为α，所有护甲片均通过下夹层6斜面固定在气凝胶棉中层2上，相邻护甲片通过斜面堆叠而成，最终护甲片以鳞片方式堆叠在气凝胶棉中层2表面。具体如下：
[0010]
护甲片上夹层设计有连接孔洞8，下夹层设计有连接孔洞9和10，相邻护甲片之间采用环形细金属链11连接，使其按照仿生学原理进行堆叠。护甲片与气凝胶棉中层2之间采用高强芳纶线12约束固定。具体的：单片护甲片的上夹层4上设有贯穿的连接孔洞8，下夹层6上设有连接孔洞，分别为贯穿的孔洞9和相邻的一对孔洞10。护甲片下夹层6与气凝胶棉中层2接触的斜面通过高强芳纶线12穿过内部贯通的一对孔洞10，同纽扣形式一样缝在气凝胶棉中层2上。相邻搭接的护甲片，使用金属细链11穿过一个护甲片的上夹层孔洞8和另一个护甲片的下夹层孔洞9连接形成一个环形，使相邻护甲片之间存在一定的相对活动空间，满足穿戴人员的正常活动需求。
[0011]
所述护甲片表层1核心为镀镍磁化中空玻璃微球复合材料，所述的上夹层4和下夹层6采用铝箔复合玻璃钢材料，所述中间夹芯层5采用镀镍磁化中空玻璃微球复合材料。采用vari(真空辅助树脂灌注成型技术)工艺，将高强度的粘结剂基质填充到上下夹层与夹芯层之中，得到高强度的复合材料护甲片。
[0012]
进一步的，所述的高强度粘结剂为环氧树脂外加固化剂。
[0013]
进一步的，所述的气凝胶棉中层2的厚度为6mm，三明治网状尼龙内层3的厚度为4mm，护甲片的圆弧直径为6cm，等效厚度为2cm，上、下夹层与中间夹芯层5的等效厚度比取1:3，护甲片直径与厚度比例为1：3，护甲片上夹层4、下夹层6斜面倾斜角度为20
°
，即护甲片安装时的倾斜角为20
°
，覆盖角(覆盖角指两护甲片平面圆形重叠交点与护甲片圆心形成的圆心角)取56
°
进行铺设。
[0014]
进一步的，所述的镀镍磁化中空玻璃微球复合材料具体制备方法为：通过对中空玻璃微球作表面预处理、活化处理后，浸泡在镍离子电解液中使其形成一层镍膜，随后对其进行清洗，去除表面残留活化剂和电解液，最后将镀镍中空玻璃微球放入稳定的强磁场中充磁，制作完成后与树脂充分搅拌，加入固化剂，固化形成复合泡沫材料，切割成护甲片中间夹芯层5形状。
[0015]
本发明的有益效果是：
[0016]
1)采用镀镍磁性中空玻璃微球可以提高单个中空玻璃微球的抗压强度，使其在树脂中的分布更加均匀，减少聚集、粘接的情况，提高整体复合材料的强度，初步估计2cm厚的复合泡沫材料最高能抵挡爆炸产生的1600m/s的1.1g高速破片。
[0017]
2)在达到强度要求的前提下可以进一步增加镀镍磁性中空玻璃微球的填充率，达到40-60％，使整体复合泡沫材料的密度减小到0.3-0.5g/cm3，相同体积的复合泡沫材料质量更轻，能提供更大的浮力。
[0018]
3)以复合泡沫材料为核心制成的护甲片除具有优异的抗冲击和浮力性能外，还具有较低的热惯量，与上下复合铝箔材料夹层、气凝胶棉中层的联合作用，可以有效抵挡火灾或爆炸中的热量向人体的传递。
[0019]
4)护甲片按小尺寸仿生鱼鳞设计，并按照特殊的形式堆叠排列，可以对进行较为全面的保护，同时相邻护甲片之间采用环扣连接，护甲片与气凝胶棉采用高强芳纶纤维约束固定，可以保证护甲片均具有一定维度的活动性，满足人体正常活动的转动需求。
附图说明
[0020]
图1为避险服示意图。
[0021]
图2为护甲片成果示意图。
[0022]
图3为护甲片堆叠方式平面示意图。
[0023]
图4为护甲片整体结构示意图。
[0024]
图5为护甲片连接方式图。
[0025]
图6为护甲片表层的结构示意图。
[0026]
图中：1护甲片表层，2气凝胶棉中层，3三明治网状尼龙内层，4上夹层，5中间夹芯层；6下夹层，7粘接剂，8上夹层孔洞，9下夹层孔洞a，10下层孔洞b，11环形细金属链，12高强芳纶线。
具体实施方式
[0027]
以下结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0028]
一种镀镍磁化中空玻璃微球护甲片的避险服，其具体的服饰样式如图1所示，衣体面料层级分为护甲片表层1，6mm的气凝胶棉中层2和4mm厚的三明治网状尼龙内层3。
[0029]
表层护甲片主要由上下层及夹芯组成，核心为一种镀镍磁化中空玻璃微球复合材料的中间夹芯5，上夹层4、下夹层6采用铝箔复合玻璃钢材料，采用vari(真空辅助树脂灌注成型技术)工艺，将高强度的粘结剂基质填充到上下夹层与夹芯层之中，得到一种高强度的复合材料护甲片。
[0030]
所述的镀镍磁化中空玻璃微球制成工艺如下，首先将中空玻璃微球先做简单的预处理，由于微珠体积极小，仅作简单清洗，去除其中污垢；然后，待微珠晾干后，一边翻动微珠一边均匀喷涂活化剂，提高镍层和玻璃微珠的表面附着力；其次，将中空玻璃微球浸泡在硫酸镍或镀镍硫酸盐的电解液中进行电沉积，使其表面形成一层镍膜；再次对镀镍完成后的中空玻璃微球清洗处理，去除其表面残留的活化剂和电解液；随后将晾干后的镀镍中空玻璃微球放入稳定的强磁场中充磁处理，使微球表层磁极相同，之间具有一定斥力；最后以
40-60％的填充率将镀镍磁性中空玻璃微球和环氧树脂搅拌均匀，制成0.3-0.5g/cm3的复合泡沫材料，并切割成护甲片夹芯层5的形状。
[0031]
护甲片的结构堆叠形式如下，借鉴仿生学思想，参照鳞片方式堆叠，通过数学推导确定护甲片的立面圆心角、立面圆弧、中部凸起及边缘厚度等参数，得出相邻鳞片之间的平面位置关系和立面位置关系，确定整个防护装具三维位置坐标表达式。通过确定单个护甲片坐标递推护甲系统中其它护甲片的位置坐标。本实例中，所述的每个护甲片为圆片结构(上下表面中心凸出的圆形薄片，将上下层表面切割成具有一定的角度)，包括上夹层4、中间夹芯层5、下夹层6、粘接剂7，上下夹层与中间夹芯层5之间通过粘接剂7固连。所述上夹层4、下夹层6的边沿为斜面，其倾斜角度为α，所有护甲片均通过下夹层6斜面固定在气凝胶棉中层2上，相邻护甲片通过斜面堆叠而成，最终护甲片以鳞片方式堆叠在气凝胶棉中层2表面。具体结构参数如下选取护甲片圆弧直径为6cm，上下夹层边沿在水平方向的投影长度a＝10mm，上表面宽度b＝40mm，厚度d＝3.6mm，边沿斜面倾斜角度α＝20
°
，复合材料夹芯厚度c＝15mm。
[0032]
所述的气凝胶棉中层2的厚度为6mm，三明治网状尼龙内层3的厚度为4mm，护甲片的圆弧直径为6cm，等效厚度为2cm，上、下夹层与中间夹芯层5的等效厚度比取1:3，护甲片直径与厚度比例为1：3，护甲片上夹层4、下夹层6斜面倾斜角度为20
°
，即护甲片安装时的倾斜角为20
°
，覆盖角(覆盖角指两护甲片平面圆形重叠交点与护甲片圆心形成的圆心角)取56
°
进行铺设。
[0033]
单个护甲片上夹层设有相邻之间贯通的一对孔洞8，下夹层设有相邻之间贯通的一对孔洞9和10。护甲片下夹层与气凝胶棉中层2接触的一面，使用高强芳纶线12穿过内部贯通的一对孔洞10，同常规纽扣的形式一样缝在气凝胶棉中层上。相邻搭接的护甲片，使用金属细链穿过一个护甲片的上夹层孔洞8和另一个护甲片的下夹层孔洞9连接形成一个环形，使相邻护甲片之间存在一定的相对活动空间，满足穿戴人员的正常活动需求。
[0034]
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种镀镍磁化中空玻璃微球护甲片的避险服，其特征在于，所述的避险服由多个结构相同的护甲片堆叠而成的护甲片表层(1)、气凝胶棉中层(2)、三明治网状尼龙内层(3)组成；所述的每个护甲片为圆片结构，包括上夹层(4)、中间夹芯层(5)、下夹层(6)、粘接剂(7)，上下夹层与中间夹芯层(5)之间通过粘接剂(7)固连；所述上夹层(4)、下夹层(6)的边沿为斜面，其倾斜角度为α，所有护甲片均通过下夹层(6)斜面固定在气凝胶棉中层(2)上，相邻护甲片通过斜面堆叠而成，最终护甲片以鳞片方式堆叠在气凝胶棉中层(2)表面；具体如下：单片护甲片的上夹层(4)上设有贯穿的连接孔洞(8)，下夹层(6)上设有连接孔洞，分别为贯穿的孔洞(9)和相邻的一对孔洞(10)；护甲片下夹层(6)与气凝胶棉中层(2)接触的斜面通过高强芳纶线(12)穿过内部贯通的一对孔洞(10)，同纽扣形式一样缝在气凝胶棉中层(2)上；相邻搭接的护甲片，使用金属细链(11)穿过一个护甲片的上夹层孔洞(8)和另一个护甲片的下夹层孔洞(9)连接形成一个环形，使相邻护甲片之间存在一定的相对活动空间，满足穿戴人员的正常活动需求；所述护甲片表层(1)核心为镀镍磁化中空玻璃微球复合材料；所述的上夹层(4)和下夹层(6)采用铝箔复合玻璃钢材料；所述中间夹芯层(5)采用镀镍磁化中空玻璃微球复合材料；采用真空辅助树脂灌注成型工艺，将高强度的粘结剂基质填充到上下夹层与夹芯层(5)之中，得到高强度的复合材料护甲片。2.根据权利要求1所述的一种镀镍磁化中空玻璃微球护甲片的避险服，其特征在于，所述的高强度粘结剂为环氧树脂外加固化剂。3.根据权利要求1所述的一种镀镍磁化中空玻璃微球护甲片的避险服，其特征在于，所述的气凝胶棉中层(2)的厚度为6mm，三明治网状尼龙内层(3)的厚度为4mm，护甲片的圆弧直径为6cm，等效厚度为2cm，上、下夹层与中间夹芯层(5)的等效厚度比取1:3，护甲片直径与厚度比例为1：3，护甲片上夹层(4)、下夹层(6)斜面倾斜角度为20
°
，以56
°
覆盖角进行铺设。4.根据权利要求1所述的一种镀镍磁化中空玻璃微球护甲片的避险服，其特征在于，所述的镀镍磁化中空玻璃微球复合材料具体制备方法为：通过对中空玻璃微球作表面预处理、活化处理后，浸泡在镍离子电解液中使其形成一层镍膜，随后对其进行清洗，去除表面残留活化剂和电解液，最后将镀镍中空玻璃微球放入稳定的强磁场中充磁，制作完成后与树脂充分搅拌，加入固化剂，固化形成复合泡沫材料，切割成护甲片中间夹芯层(5)形状。

技术总结
本发明属于防护服的技术领域，提供一种镀镍磁化中空玻璃微球护甲片的避险服。避险服核心为外层覆盖的护甲片，护甲片由上下夹层、夹芯、粘结剂组成，夹层采用铝箔复合玻璃钢材料，夹芯采用镀镍磁化中空玻璃微球复合泡沫材料，粘结剂采用高强环氧树脂，用VARI(真空辅助树脂灌注成型技术)工艺将其复合成形，加工成特定规格后使用，通过全覆盖的护甲片可以对穿戴人员提供较为全面的保护，同时降低对人员活动灵活性的影响。复合泡沫材料中采用的镀镍磁化中空玻璃微球技术，使单体微球的强度得到一定提高，通过充磁使微球表面具有相同的磁性，可以减少在同树脂的搅拌过程中，微球聚集或距离较近的情况发生，从而进一步提高复合泡沫材料的强度。的强度。的强度。


技术研发人员：丁悦 马哲 丁宇 翟钢军
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/23