具体实施方式
为了进一步了解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种防刺面料的制备方法,包括:
将强度≥25cN/detx的长纤维切断成50mm~100mm短纤维;
将所述短纤维进行开松、梳理;
将梳理后的短纤维进行叠加铺网;
将铺网后的纤维网进行针刺处理,制得无纺布;
将所述无纺布用浓度为6wt%~15wt%的胶粘剂进行上胶,所述胶粘剂包括:5wt%~12wt%的聚苯乙烯类弹性体、1wt%~3wt%增粘树脂和余量的溶剂,无纺布中胶粘剂的含量为5wt%~15wt%。
将上胶后的无纺布干燥后热压成型,热压温度为80℃~150℃、压力为15Mpa~30Mpa。
按照本发明,所述强度≥25cN/detx的长纤维优选为超高分子量聚乙烯纤维、聚吲哚纤维和/或芳纶纤维。超高分子量聚乙烯纤维、聚吲哚纤维和芳纶纤维均具有高强高模、质量轻的特性,采用上述纤维制备防刺面料既可有效的减轻面料的重量,还可增强面料的防刺性能。所述超高分子量聚乙烯纤维是由相对分子质量在(1~6)×106的聚乙烯经纺丝、超拉伸后制得,如宁波荣溢科技化纤有限公司生产的RYX90超高分子量聚乙烯纤维。芳纶纤维如杜邦公司生产的芳纶Kevlar 29。聚吲哚纤维的制备方法可以通过专利CN1094321A所描述的方法制备。
按照本发明,将所述长纤维切断成50mm~100mm短纤维的过程优选为:预热→卷曲→干燥→切割。
所述预热的目的是去除纤维的内应力,以增进卷曲效果,并使纤维易于切割,优选将所述长纤维在40℃~60℃的条件下预热,预热纤维时,可以采用热甬道预热,更优选的,使纤维在45℃~55℃的热辊进行预热。对于加热辊的加热方式,可以在热辊内采用电加热、或者热空气加热等本领域技术人员熟知的方式本,发明并无特别限制。
所述长纤维经预热后导入卷取机用本领域技术人员熟知的方法进行机械卷曲成形,对于卷曲机,可以使用本领域技术人员熟知的设备,本发明对此并无特别限制。
在干燥过程中,为了使纤维均匀受热,纤维表面的水分充分干燥,优选将所述长纤维送入干燥机依次进行第一级干燥、第二级干燥、第三级干燥,参见图1为本发明中长纤维干燥过程的流程示意图,所述长纤维4依次通过第一级干燥室1、第二级干燥室2、第三级干燥室3进行第一级干燥、第二级干燥、第三级干燥,图中箭头的方向表示干燥过程中热风吹送的方向。
长纤维4在进行第一级干燥前,纤维表面附着有大量的水分,在进行第一级干燥时,纤维4表面的部分水分会变成水蒸气向上方运动,故第一级干燥时控制热风方向是从纤维4的下方吹至上方,加热方向与水蒸气运动方向一致,便于将纤维表面的大部分水分蒸发。
按照本发明,第一级干燥的加热温度优选为70℃~120℃,更优选为85℃~110℃,干燥车速优选为80m/min~100m/min。
所述长纤维4经第一级干燥后表面仍残留部分水分,需对其进行第二级干燥,此时传送带5的温度已升至60℃~70℃,传动带温度过高会使纤维局部受热造成纤维4力学性能不稳定,故控制第二级干燥中的热风方向从超高分子量聚乙烯纤维4的上方吹至下方,减少传送带5温度的进一步升高,防止纤维4局部受热,稳定超高分子量聚乙烯纤维的力学性能。
按照本发明,第二级干燥的加热温度优选为60℃~110℃,更优选为75℃~105℃,干燥车速优选为80m/min~100m/min。
将所述长纤维4依次进行第一级干燥、第二级干燥后,纤维4表面残余水量约为1%~1.5%,为了使长纤维4表面的水分充分干燥,还需将其进行第三级干燥,第三级干燥中,同样为了控制传送带的温度,热风方向从长纤维4的上方吹至下方。
按照本发明,第三级干燥的加热温度优选为50℃~100℃,更优选为60℃~100℃,干燥车速优选为80m/min~100m/min。
对于干燥机,可以使用本领域技术人员熟知的设备,本发明对此并无特别限制。
将干燥后的纤维导入切割机按照本领域技术人员熟知的方法将其切割成50mm~100mm的短纤,优选切割成60mm~90mm的短纤,对于切割机可以使用本领域技术人员熟知的设备,本发明对此并无特别限制。
为了使所述长纤维卷曲均匀、干燥均匀,将所述长纤维在进行预热前还包括:将所述长纤维均匀铺展。铺展纤维时,可以采用专利US4916000中的技术:使纤维通过两根铺展棒,纤维与铺展棒的接触角度为40°~200°,然后对纤维施加0.3g/d~0.6g/d的张力使纤维铺展开。优选采用专利CN1291090C中描述的技术:使纤维以≤0.1g/d的牵引张力通过摩擦体摩擦使纤维带上静电铺展开,所述摩擦体是氧化铬、氧化镁或氧化铝材质或其材质涂层的多边棱形体或圆形体,摩擦体的数量可以是一个,也可以是多个。由于所述长纤维是一种绝缘体,当其与绝缘性质的陶瓷材料摩擦时,极易带上负电,这种累积的静电可以高达万伏以上,纤维带上高压静电后,纤维之间互相排斥,可以均匀铺展。纤维带上静电均匀铺展开后,需要消除纤维上的静电,对于消除静电的方法,可以采用静电消除器,优选的,采用具有良好导电性能的碳纤维制成的摩擦刷与带静电纤维摩擦消除静电。具体流程示意图参见图2,纱架11上的纤维纱锭经过集束架12后集结成束,经由静电生成装置13后进入静电消除装置14,静电消除装置14包括由碳纤维制成的摩擦刷14a(参见图3),由于碳纤维是优良的导体,并且具有很高的模量,因此不容易变形,可以和所述纤维保持充分的接触,带走静电,并且使用碳纤维作为摩擦体,不易对纤维造成损伤。
将所述长纤维经预热→卷曲→干燥→切割后制得短纤维按照本领域技术人员熟知的方法进行开松、梳理。开松的目的是消除部分纤维之间的作用力,并使纤维能够均匀的进入梳理机进行梳理。所述梳理就是把经过开松后的短纤维分梳成单纤维状态,组成网状纤维薄层。
将梳理后的短纤进行叠加铺网,铺网过程优选为:
用芳纶纤维进行第一层铺网;
用超高分子量聚乙烯纤维进行第二层铺网;
用聚吲哚纤维进行第三层铺网。
芳纶纤维不仅具有较高的强度,还具有较好阻燃性和耐腐蚀性,以芳纶纤维作为防刺面料的最外层,可以使制得的防刺面料不仅具有较高的防刺性,还可提升面料的阻燃性,并能抵御酸碱侵蚀;超高分子量聚乙烯纤维具有优异的抗冲击性、耐应力开裂性,但其耐高温性不及芳纶纤维,故将其置于防刺面料的中层,用以增强面料的耐刺穿性;聚吲哚纤维具有优异于芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维的防护性能,但其在高温高湿条件下强度会降低,故将其置于防刺面料的内层,提升防刺面料的防护性能。
梳理后将三层纤维网放入针刺机用本领域技术人员熟知的方法进行针刺工序,制得无纺布,针刺密度优选为1000针/cm2~4000针/cm2。
将所述无纺布进行上胶的目的是使短纤更加紧密的结合,并且浸渍在无纺布的胶粘剂在防刺防弹材料中还能起到吸收和传递袭击能量的作用。按照本发明,优选采用浓度为6wt%~15wt%的胶粘剂进行上胶,当胶粘剂浓度为6wt%~15wt%时,所述胶粘剂具有较好的流动性,能够均匀浸渍于无纺布中,使制得防刺面料具有均一的力学性能。按照本发明,所述胶粘剂优选包括:5wt%~12wt%的聚苯乙烯类弹性体、1wt%~3wt%增粘树脂和余量的溶剂,无纺布中胶粘剂的含量为5wt%~15wt%,更优选还包括:0.5wt%~1.2wt%增塑剂、1wt%~3wt%阻燃剂和0.5wt%~1.2wt%的抗氧剂。
聚苯乙烯弹性体具有较好粘性和热塑性,所以作为胶粘剂将所述高强度纤维粘结后不会影响纤维原有的塑性,从而使制得的防刺面料具备较高的耐冲击性。按照本发明,所述聚苯乙烯弹性体优选为聚苯乙烯三嵌段共聚体或HIPS耐冲击性聚苯乙烯,如台湾奇美实业股份有限公司生产的HIPS PH-88E、EPH-88S,更优选为SIS(聚乙烯-异戊二烯-苯乙烯),如科腾公司(KARTON)生产的KARTON D-1107、KARTON D-1161,或SEBS(聚乙烯-丁二烯-苯乙烯),如科腾公司(KARTON)生产的KARTON G-1650、KARTON D-1651。因为SIS和SEB S均与超高分子量聚乙烯、芳纶纤维和聚吲哚纤维具有较好的相容性。优选的,所述胶粘剂中聚苯乙烯弹性体的含量为7wt%~9wt%。
增粘树脂与SIS、SBS等聚苯乙烯弹性体具有良好的相容性,并能增加胶粘剂的粘度,增强了胶粘剂的粘接强度。所述增粘树脂可以松香系树脂、萜烯树脂、脂环族石油烃树脂。按照本发明,选为松香系树脂,所述松香系树脂可以为天然松香或改性松香,更优选为松香甘油酯。所述胶粘剂中增粘树脂的含量优选为1.6wt%~2.8wt%。
在胶粘剂中加入增塑剂可提高胶粘剂的塑性,赋予胶粘剂更好的蠕变性能,使制得的防刺面料具有更好的吸收和传递能量的特性。按照本发明,所述增塑剂可以为邻苯二甲酸酯、脂肪族二元酸酯或环氧化合物,优选为脂肪族二元酸酯或环氧化合物,更优选为DOA(已二酸二辛酯)或环氧化大豆油。所述增塑剂优选为液态增塑剂,所述胶粘剂中增塑剂的含量优选为0.6wt%~1.2wt%,更优选为0.8wt%~1.1wt%。
在胶粘剂中加入阻燃剂可以提高胶粘剂的阻燃性能,进而提高制得的防刺面料的阻燃性,使防刺面料可以应用于更多的恶劣的环境。本发明优选使用无卤素阻燃剂,无卤素阻燃剂在高温裂解及燃烧时,不会产生有毒的多溴代二苯并呋喃(PBDF)及多溴代二苯并噁烷(PBDD),增加了产品使用的安全性。所述胶粘剂中阻燃剂的含量优选为1.5wt%~2.8wt%。
在胶粘剂中加入抗氧剂,可提高胶粘剂的抗氧化性,使制得的防刺面料在高温状态可仍可保持良好的力学性能。所述抗氧剂可以使用酚系抗氧剂、磷系抗氧剂、硫系抗氧剂。
所述溶剂可以为苯、甲苯、氯仿、四氯化碳、己烷、环己烷、氯化环己烷、二乙醚、甲基异丁基醚、醋酸乙酯或醋酸戊酯。本发明优选2,3-丁二酮、环己烷、醋酸乙酯或甲基异丁基醚。
本发明使用的胶粘剂可以用本领域技术人员熟知的技术配制,具体过程为:在配有转子的带夹套混合釜,优选在带夹套重负混合器内,加入15份的溶剂和所有的聚苯乙烯弹性体和抗氧剂,然后将温度升高至180℃~190℃,待聚苯乙烯弹性体和抗氧剂溶化后,将温度降至150℃~165℃,待溶液混合均匀后依次加入阻燃剂、增塑剂、增粘树脂和余量的溶剂,将溶液继续混合均匀制得胶粘剂。对于混合器可以使用本领域技术人员熟知的设备,本发明对此并无特别限制。
所述上胶的过程可以为:
在上胶槽中加入所述胶粘剂,将所述无纺布导入上胶槽,浸渍胶粘剂。由于防刺面料中起主要防刺作用的是超高分子量聚乙烯纤维,因此应该控制防刺面料中适当的胶粘剂量。无纺布中胶粘剂的含量优选为5wt%~15wt%,更优选为8wt%~12wt%。
将上胶后的无纺布在80℃~100℃干燥后送入液压机进行热压成型,控制加热温度优选为80℃~150℃,更优选为90℃~140℃,压力为15Mpa~30Mpa,更优选为18Mpa~25Mpa,压制时间优选为5min~12min,热压成型后制得防刺面料,对于液压机可以使用本领域技术人员熟知的设备,本发明对此并无特别限制。
为了进一步了解本发明,下面结合实施例对本发明提供的超高分子量聚乙烯短纤维的制备方法进行描述,以下实施例中使用的无卤素阻燃剂均为合肥精汇化工研究所生产的环保型无卤素阻燃剂MPOP,抗氧剂均为德国拜耳公司生产的抗氧剂BHT。
实施例1
1、制备超高分子量聚乙烯短纤
1a、将400旦宁波荣溢化纤科技有限公司生产的RYX90超高分子量聚乙烯纤维放置在纱架上11,纱架上的纱锭经过集束架12后集结成束,经由静电生成装置13后进入静电消除装置14,消除静电。
1b、将均匀铺展的超高分子量聚乙烯纤维经过热甬道在50℃的温度下预热。
1c、卷曲。
1d、将卷曲后的超高分子量聚乙烯短纤依次通过第一级干燥室1、第二级干燥室2、第三级干燥室3,第一干燥室中控制热风方向从纤维下方吹向上方,干燥温度设为105℃,车速设为90m/min;第二干燥室中控制热风方向从纤维的上方吹向下方,干燥温度设为85℃,车速设为90m/min;第三干燥室中控制热风方向从纤维的上方吹向下方,干燥温度设为75℃,车速设为90m/min。
1e、将干燥后的超高分子量聚乙烯纤维切断成75cm的短纤,制得超高分子量聚乙烯短纤维。
2、将400旦杜邦公司生产的芳纶1414采用同步骤1a~1e的方法制备芳纶短纤,短纤长度为75cm。
3、将400旦强度为33cN/detx、模量为790cN/detx的聚吲哚纤维采用同步骤1a~1e的方法制备聚吲哚短纤,短纤长度为75cm。
4、将经步骤1、2和3制备的超高分子量聚乙烯短纤、芳纶短纤和聚吲哚短纤分别进行开松、梳理。
5、用梳理后的超高分子量聚乙烯短纤维进行第一层铺网,用梳理后的聚吲哚短纤维进行第二层铺网,用芳纶短纤维进行第三层铺网。
6、将步骤5制备的三层纤维网进行针刺制得无纺布,针刺密度为3000针/cm2,无纺布克重为230g/cm2。
7、将无纺布导入上胶槽中进行上胶,无纺布中胶粘剂的含量为10wt%的,上胶槽中盛有如下成分的胶粘剂:
KARTON D-1107 8wt%;
松香甘油酯 2wt%;
环氧大豆油 1.1wt%;
无卤素阻燃剂 2wt%;
抗氧剂 0.9wt%;
120号溶剂油(2,3-丁二酮) 余量。
8、将上胶后的无纺布在90℃干燥后热压成型,设置热压温度为110℃、压力为22Mpa、热压时间为8min,制得防刺面料,编号为a。
实施例2
1、制备超高分子量聚乙烯短纤
1a、将400旦宁波荣溢化纤科技有限公司生产的RYX90超高分子量聚乙烯纤维放置在纱架上11,纱架上的纱锭经过集束架12后集结成束,经由静电生成装置13后进入静电消除装置14,消除静电。
1b、将均匀铺展的超高分子量聚乙烯纤维经过热甬道在56℃的温度下预热。
1c、卷曲。
1d、将卷曲后的超高分子量聚乙烯短纤依次通过第一级干燥室1、第二级干燥室2、第三级干燥室3,第一干燥室中控制热风方向从纤维下方吹向上方,干燥温度设为110℃,车速设为95m/min;第二干燥室中控制热风方向从纤维的上方吹向下方,干燥温度设为100℃,车速设为95m/min;第三干燥室中控制热风方向从纤维的上方吹向下方,干燥温度设为95℃,车速设为95m/min。
1e、将干燥后的超高分子量聚乙烯纤维切断成85cm的短纤,制得超高分子量聚乙烯短纤维。
2、将400杜邦公司生产的芳纶1414采用同步骤1a~1e的方法制备芳纶短纤,短纤长度为85cm。
3、将400旦强度为33cN/detx、模量为790cN/detx的聚吲哚纤维采用同步骤1a~1e的方法制备聚吲哚短纤,短纤长度为85cm。
4、将经步骤1、2和3制备的超高分子量聚乙烯短纤、芳纶短纤和聚吲哚短纤分别进行开松、梳理。
5、用梳理后的超高分子量聚乙烯短纤维进行第一层铺网,用梳理后的聚吲哚短纤维进行第二层铺网,用芳纶短纤维进行第三层铺网。
6、将步骤5制备的三层纤维网进行针刺,制得无纺布,针刺密度为4000针/cm2,无纺布克重为228g/cm2。
7、将无纺布导入上胶槽中进行上胶,无纺布中胶粘剂的含量为13wt%的,上胶槽中盛有如下成分的胶粘剂:
KARTON D-1161 10wt%;
松香甘油酯 2.5wt%;
环氧大豆油 2.7wt%;
无卤素阻燃剂 1.0wt%;
抗氧剂 1.1wt%;
120号溶剂油(2,3-丁二酮) 余量。
8、将上胶后的无纺布在90℃干燥后热压成型,设置热压温度为140℃、压力为27Mpa、热压时间为10min,制得防刺面料,编号为b。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于,将卷曲后的超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、聚吲哚纤维只进行一级干燥,干燥时热风方向从纤维下方吹向上方,干燥温度为110℃,车速为85m/min,制得的无纺布克重为223g/cm2。制得的防刺面料编号为c。
实施例4
1、制备超高分子量聚乙烯短纤维
1a、将400宁波荣溢化纤科技有限公司生产的RYX90超高分子量聚乙烯纤维放置在纱架上11,纱架上的纱锭经过集束架12后集结成束,导入热甬道在45℃的温度下预热。
1b、卷曲。
1c、将卷曲后的超高分子量聚乙烯纤维导入干燥室进行干燥,热风方向从超高分子量聚乙烯纤维的下方吹向上方,干燥温度为100℃,车速为80m/min。
1d、将干燥后的超高分子量聚乙烯纤维切断成55cm的短纤,制得超高分子量聚乙烯短纤维。
2、将400杜邦公司生产的芳纶1414采用同步骤1a~1e的方法制备芳纶短纤,短纤长度为55cm。
3、将400旦强度为33cN/detx、模量为790cN/detx的聚吲哚纤维采用同步骤1a~1e的方法制备聚吲哚短纤,短纤长度为55cm。
4、将经步骤1、2和3制备的超高分子量聚乙烯短纤、芳纶短纤和聚吲哚短纤分别进行开松、梳理。
5、用梳理后的超高分子量聚乙烯短纤维进行第一层铺网,用梳理后的聚吲哚短纤维进行第二层铺网,用芳纶短纤维进行第三层铺网。
6、将步骤5制备的三层纤维网进行针刺,制得无纺布,针刺密度为2000针/cm2,无纺布克重为220g/cm2。
7、将无纺布导入上胶槽中进行上胶,无纺布中胶粘剂的含量为6wt%的,上胶槽中盛有如下成分的胶粘剂:
KARTON D-1161 7wt%;
松香甘油酯 1.5wt%;
120号溶剂油(2,3-丁二酮) 余量。
8、将上胶后的无纺布在90℃干燥后热压成型,设置热压温度为100℃、压力为20Mpa、热压时间为6min,制得防刺面料,编号为d。
比较例1
1、制备PE无纺布
将PE纤维卷曲后在110℃进行干燥,干燥过程中热风从纤维的下方吹向上方,将干燥后的短纤维切断成70mm的短纤维,将短纤维进行开松、梳理,将梳理后的PE短进行三层叠加铺网后针刺成无纺布,针刺密度为3000针/cm2。
2、制备PE机织布
将PE纤维加捻200个后用箭杆织机制成面密度为150g/cm2的平纹状PE机织布。
3、无纺布上胶
将步骤1制备的无纺布用导入上胶槽,用如下成分的胶粘剂进行上胶,无纺布中胶粘剂的含量为12wt%
KARTON G-1650 20wt%
松香 5wt%
120号溶剂油(2,3-丁二酮) 余量。
4、将步骤2制备的PE机织布导入上胶槽,用步骤3使用的胶粘剂对PE机织布进行上胶,PE机织布中胶粘剂的含量为20wt%。
5、将3层步骤3制备的PE无纺布和3层步骤4制备的PE无纺布进行叠合后送入液压机热压成型,热压温度为100℃、压力为8Mpa、热压时间为10min,制得防刺面料,编号为e。
将a、b、c、d、e四块防刺面料分别沿对角线方向截取三块100cm×100cm的测试布料,编号依次为a1、a2、a3,b1、b2、b3,c1、c2、c3,d1、d2、d3,e1、e2、e3,将所述测试布料进行耐刺穿试验。
耐刺穿试验测试标准:将质量为2.6kg的双尖刀匕首以一定高度置于测试布料上方,匕首下落次戳测试布料,观察布料刺破程度,刺破程度分为三个等级:未刺穿,轻微刺破,完全刺穿,测试结果列与表1。
将a、b、c、d、e五块防刺面料进行阻燃效果测试,结果列于表2。
表1耐刺穿性能测试结果
表2防刺面料阻燃效果测试结果
上述结果可知,按照本发明提供的方法制备的防刺面料具有均一的力学性能,均至少可承受28J的刺戳能量,具有较高的防刺等级,且使用含有阻燃剂的胶粘剂进行上胶后的防刺面料的阻燃性能通过GB 50222-1995方法附录B1级阻燃评级。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。