CN101538802A - 一种高性能纤维增强膜复合材料 - Google Patents
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Abstract
一种高性能纤维增强膜复合材料，包括骨架织物和其表面的树脂涂覆层，其特征在于：所述的骨架织物是以纱线特数200～600D的高强纤维作为经或纬线，织造的经纬密度为22x22～27x27，骨架组织结构为平纹或方格组织或经编双轴向(经纬密度为18x18～18x20)结构织物；所述的树脂涂覆层是骨架织物两面中至少一面用间隙涂层与转移涂层结合工艺涂覆树脂层，所述的树脂层包括热塑性树脂85～90份、纳米无机添加剂1～5份、有机改性剂5～10份。本复合材料，面密度≤280g/m2，经纬向拉伸断裂强度750～1000N/cm，经纬向切口撕裂强力750～850N，断裂延伸率≤5％，耐候耐温自洁性好，柔韧抗疲劳性强，可高频热合，剥离强度(布/胶)≥2500N/m。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种高性能合成纤维(高强高模低收缩工业长丝，下简称高强纤维)增强膜复合材料，即采用一种或多种高强纤维长丝织造骨架组织，经预处理、定型、涂层、复合等工艺加工高性能复合材料。
二、背景技术
高性能纤维与功能聚合物研究与工业化大大推动新材料产业发展，高强模低缩工业长丝，具有高强度、高模量、低收缩、断裂伸长小、耐疲劳性强等优点，高性能纤维增强复合材料是我国产业升级进程中急需的关键材料，存在广阔市场需求。
高性能工业长丝可应用于轮胎、胶带(运输带)、胶管等橡胶制品增强材料；各种塑料和混凝土等的补强材料；弹道飞弹和复合材料的补强材料；光纤受拉件和保护膜；电热线、耳机线等各种软线的增强纤维；绳索和缆绳、耐切割材料等高拉力材料；高温过滤用耐热过滤材料；炸弹和子弹的防护材料如：防弹背心、防弹头盔和高性能飞行服；网球、快艇、赛艇等体育器材；高级扩音器振动板、新型通讯用材料；航空航天用材料、软体油罐、橡胶水坝、建筑膜材料等。
典型的高性能纤维聚合物基材的表面能低，涂覆树脂材料的表面能高，导致材料加工润湿困难。为确保充分润湿，必须提高纤维聚合物基材表面能。合纤长丝截面呈圆形，表面光洁，表面积小，对涂层树脂粘结力较低，为了提高剥离强度，采用纤维表面改性处理来增加与涂层树脂的机械粘结力。
聚合物基材的表面处理技术包括物理化学法、等离子法、超声波法等。正确的表面处理对提高涂膜粘接强度起至关重要的作用，基材表面的充分润湿渗透可确保胶粘剂与粘接面的最大接触。
目前工业用涂覆材料一般采用尼纶或涤纶或多纤维纱线做骨架纤维织造。传统涤纶帆布双面涂以PVC树脂工艺加工，主要缺点：密度高笨重、强度低、不耐磨易脆裂老化、漏气透水，加工操作不便；抗张抗撕裂强度低、剥离强度小、耐候耐低温性与尺寸稳定性差，应用领域受到极大限制，无法满足特殊领域对轻质高强涂覆材料需求，在加工环保及安全方面也存在问题。高性能合成纤维增强膜材料可采用浸胶、涂层、叠层粘接、膜复合、挤出涂覆等工艺实现，由于工艺复杂(要经过涂层、上浆、覆合等)，技术含量高，附加值高，市场前景广阔。
目前国内纤维增强膜材料产业发展方向是：轻薄、高强、多功能、高性能及安全环保。
三、发明内容
本发明旨在提供一种具有高抗张抗撕裂强度的高性能纤维增强复合材料生产方法。
本发明的技术方案是以合成纤维中的高强高模低收缩工业长丝(下简称高强纤维)为原料，首先织造成基布作为骨架(下简称骨架织物)，然后在其表面涂覆树脂层，所述的骨架织物是以特数200～600D的高强纤维长丝线作为经线和纬线，织造经纬密度为22x22～27x27，骨架基布组织为平纹交织(或方格或巴拿马形式)或经编双轴向(经纬密度为18x12～18x20)结构；骨架基布经预处理、浸胶定型后，采用间隙涂层与转移涂层结合工艺对骨架织物的两面中至少一面涂覆树脂层。
优选两面用间隙涂层与转移涂层结合工艺法多层涂覆树脂层(基础层、功能层、耐候层)。各层均选用热塑性树脂与添加剂组成，涂覆配方构成不同。
所述的树脂层的包括热塑性树脂85～90份，纳米无机添加剂1～5份，有机改性剂5～10份，所述的份为重量份。
当里外两面都涂覆树脂层时，其朝外的一面树脂中含紫外吸收剂5～10份。
所述的热塑性树脂选自聚丙烯酸树脂PA或聚碳酸酯PC或聚氨酯PU或TPU或EVA等。
所述的纳米无机添加剂选自气相SiO2、纳米SiO2或/和ZnO或/和TiO2或/和超细炭黑。当涂覆的树脂层为黑色时，则添加超细炭黑。
所述的有机改性剂选自硅烷偶联剂或/和交联剂或/和聚氟乙烯或/和聚偏二氟乙烯或含氟树脂、表面活性剂等。
经纬线采用200～600D特数的高强纤维，选自高强尼龙或涤纶或Kevlar或PBO或Vectran或M5或F-12或CVM或芳纶1414或HUMW-PE等。
对高强纤维表面进行改性，有利于提高复合材料的综合性能，特别是能提高涂覆层的剥离强度。所述的改性处理就是先采用单丝纤维表面浸渍水性或溶剂型树脂(PVA、PA或PU树脂或TPU树脂或其他树脂)等再进行织造或采用对已织造骨架织物进行包括物理化学法、等离子法、超声波法处理等。
本发明依据织物组织物理学原理，必须减少基布经纬屈曲波，保持结构稳定，要求基布开放度大。平纹组织交织点多，屈曲波大，涂层过程中加热使纬纱收缩，单位面积经纱根数增加，增加经向抗张强力，涂层后纬纱变得高度卷曲，屈曲波变化是抗张强力变化主要因素。
采用双轴向或多轴向织物设计，能提高织物强度10～50％，开放的组织能够产生相当高的抗张强力，采用稀密方格组织可以实现材料经纬向强力均衡，降低经纬密度可以大大提高组织的撕裂强度。这种结构允许纱线自由滑动，在施加撕力时能“集束”形成很高的撕破强力。基布织纹组合是疏松多孔(基布覆盖系数低)，开放的基布能得到非常高的粘结水平，即剥离强度很高，涂层树脂很快从纱线之间孔洞渗透到基布另一面，并在那里形成结点，由于机械粘结力很高，树脂需求很少，使丝条较自由滑移，形成集束有高撕裂强度，开放结构的基布只能使用高粘度树脂涂层。
本发明采用如下技术方案：
1、采用高强度的尼龙、涤纶、Kevlar、芳纶1414、PBO、Vectran、HUMW-PE等高性能纤维单一或多组分混拼作纬线或经线。
2、采用平纹或方格组织或经编双轴向组织。
3、为了达到织物的断裂强力要求和平方米克重要求，选用不同的纱线特数和股数，采用不同的加捻捻度，捻度范围为0-450T/M。
4、骨架织物浸胶工艺流程：坯布预处理→烘干→浸轧树脂→1#无接触烘燥→定型拉幅→浸轧树脂→2#无接触烘燥→定型拉幅→冷却→卷取→包装→成品。
浸胶工艺条件：浸胶速度30±3m/min，1#干燥区温度120±5℃，定型区温度180±5℃，2#干燥区温度120±5℃，定型区温度180±5℃，拉幅牵伸率100±1.5％。
5、浸胶采用热塑性水性树脂液(PU树脂或EVA或PA树脂)。
6、涂层采用间隙涂层与转移涂层结合工艺，单层涂层树脂量10～30g/m2、双层涂层树脂量45～60g/m2、烘干温度100～160℃，严格控制升温速度、涂层速度15～30m/min，一般面涂白色里涂黑色，单面采用白或黑色或其他同色涂层。采用一次厚涂或多次复涂工艺进行。
7、基布涂层后单面涂刮或双面浸轧水性或溶剂型树脂(聚氨酯或/和聚醋酸乙烯酯或/和聚丙烯酸酯或含氟树脂)，烘干，焙烘(160℃×2min)。
高性能纤维增强复合材料，面密度≤280g/m2，经纬向拉伸断裂强度750～1000N/cm，经纬向切口撕裂强力750～850N，断裂延伸率≤5％，高频热合，剥离强度(布/胶)≥2500N/m。
四、附图说明
图1所示为本高性能纤维增强复合材料结构示意图。
五、具体实施方式
以下通过具体实施方式，对本发明作进一步说明：
实例一：
1、材料选择及捻织工艺见下表：
2、浸胶工艺流程：坯布预处理→烘干→浸轧树脂→1#无接触烘燥→定型拉幅→浸轧树脂→2#无接触烘燥→定型拉幅→冷却→卷取→包装→成品。
浸胶工艺条件：浸胶速度30±3m/min，1#干燥区温度120±5℃，定型区温度180±5℃，2#干燥区温度120±5℃，定型区温度180±5℃，拉幅牵伸率100±1.5％。
3、浸胶采用热塑性PU水性树脂液。
4、涂层采用间隙涂层工艺，单层涂层树脂量20～30g/m2、烘干温度120℃，严格控制升温速度、涂层速度15～30m/min，面涂白色采用一次厚涂工艺。
5、基布涂层后里面涂刮透明聚氨酯10～20g/m2，烘干，焙烘160℃×2min。
实例二：
1、材料选择及捻织工艺见下表：
2、浸胶工艺流程：坯布预处理→烘干→浸轧树脂→1#无接触烘燥→定型拉幅→浸轧树脂→2#无接触烘燥→定型拉幅→冷却→卷取→包装→成品。
浸胶工艺条件：浸胶速度30±3m/min，1#干燥区温度120±5℃，定型区温度180±5℃，2#干燥区温度120±5℃，定型区温度180±5℃，拉幅牵伸率100±1.5％。
3、浸胶采用热塑性EVA水性树脂液。
4、涂层采用间隙涂层工艺，单层涂层树脂量20～30g/m2、烘干温度120℃，严格控制升温速度、涂层速度15～30m/min，面涂白色采用多次涂工艺。
5、基布涂层后里面辊涂透明聚氨酯10～20g/m2，烘干，焙烘160℃×2min。
实例三：
1、材料选择及捻织工艺见下表：
2、浸胶工艺流程：坯布预处理→烘干→浸轧树脂→1#无接触烘燥→定型拉幅→浸轧树脂→2#无接触烘燥→定型拉幅→冷却→卷取→包装→成品。
浸胶工艺条件：浸胶速度30±3m/min，1#干燥区温度120±5℃，定型区温度180±5℃，2#干燥区温度120±5℃，定型区温度180±5℃，拉幅牵伸率100±1.5％。
3、浸胶采用热塑性PA水性树脂液。
4、涂层采用间隙涂层工艺，单层涂层树脂量20～30g/m2、烘干温度110℃，严格控制升温速度、涂层速度15～30m/min，面涂白色采用多次涂工艺。
5、基布涂层后里面辊涂黑，聚丙烯酸酯10～20g/m2，烘干，焙烘125℃×2min。
Claims (8)
1、一种高性能纤维增强膜复合材料，包括骨架织物和其表面的树脂涂覆层，其特征在于：所述的骨架织物是以纱线特数200～600D的高强纤维作为经或纬线，织造的经纬密度为22×22～27×27，骨架组织结构为平纹或方格组织或经编双轴向(经纬密度为18×18～18×20)结构织物。
2、根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：骨架织物的两面用中至少一面采用间隙涂层与转移涂层结合工艺涂覆树脂层，所述的树脂层包括热塑性树脂85～90份、无机纳米添加剂1～5份、有机改性剂5～10份。
3、根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于：骨架织物选用200～600D特数范围的长丝纤维作为经线和纬线，纤维选自尼龙或涤纶或Kevlar或PBO或Vectran或M5或F-12或CVM或芳纶1414或HUMW-PE等。
4、根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于：骨架织物所选高强长丝纤维可上浆或直接进行织造。
5、根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于：所述的热塑性树脂选自聚丙烯酸酯PA或聚碳酸酯PC或聚氨酯PU或TPU或其他热塑性树脂混合物。
6、根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于：所述的纳米无机添加剂选自气相SiO2或纳米SiO2或/和纳米ZnO或/和纳米TiO2或/和超细碳黑。
7、根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于：所述的有机改性剂选自硅烷偶联剂或/和交联剂或/和聚氟乙烯PVF或/和聚偏二氟乙烯PVDF或其他含氟树脂和表面活性剂。
8、根据权利要求1或2所述的复合材料，其特征在于：朝外的一面的树脂涂层中含5～10份紫外吸收剂。
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