CN102486008A

CN102486008A - 芳纶机织布与金属鳞片粘合的表面处理乳液及应用

Info

Publication number: CN102486008A
Application number: CN2010105665431A
Authority: CN
Inventors: 赵前进; 刘元坤; 梁立; 常浩; 方心灵; 黄继庆; 吴中伟; 张聪; 潘智勇
Original assignee: BEIJING RATE NEW TECHNOLOGY CORP
Current assignee: BEIJING RATE NEW TECHNOLOGY CORP
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2012-06-06

Abstract

本发明提供了一种可改善芳纶机织布表面活性的RFL乳液，其特点是，普通芳纶机织布表面经该乳液处理后，在使用弹性体类胶粘剂的情况下，可提高芳纶机织布与金属鳞片间的粘结力，从而可应用于提高半软制防弹防刺服产品的防刀刺性能。粘结力测试结果证实，采用本发明的技术方案，弹性体类胶粘剂与芳纶机织布间的粘合力提高20％以上，金属鳞片与芳纶机织布间的粘合力提高50％以上。

Description

芳纶机织布与金属鳞片粘合的表面处理乳液及应用

技术领域

本发明涉及个体防护领域，尤其涉及一种半软质防弹防刺服的改进，通过改善芳纶机织布与金属鳞片间的粘合力提高材料的防刀刺性能。

背景技术

对位芳纶纤维全称“聚对苯二甲酰对苯二胺”，是一种高科技合成纤维，具有高强度、高模量和耐高温、耐酸碱、重量轻等优良性能，与碳纤维、高分子量聚乙烯纤维(PE)一起并称当今世界三大高强纤维。自上世纪60年代杜邦公司实现对位芳纶Kevlar的产业化以来，芳纶纤维的应用逐年扩大。目前，芳纶纤维是制作防弹衣、防刺服、防弹头盔、装甲等生命防护材料的理想选择，在军事上有广泛应用。

防弹防刺服又称双防服，是近年发展起来的一种新型个体防护服，由于该产品兼有防弹和防刺的功能，因此在警用领域广泛应用。

目前，双防服从结构上分，主要包括半软质双防服和纯软质双防服两种。其中，前者采用软硬结合的形式，着弹面和防刺面为硬质金属层，金属层之后为起防弹作用的软质叠层芳纶布或PE布。后者的结构中无金属层，防弹及防刺功能的实现完全靠较前者数量更多的叠层芳纶布或PE布累加实现。

与纯软质双防服相比，由于结构上的差别，半软质双防服生产成本低，同时，此类产品中的金属层若采用鳞片结构搭接，可使产品具备一定的穿着舒适性，因此，具有鳞片结构金属层的半软制双防服产品是近年来市场销售的主流。

在此类产品中，材料防弹性能的好坏取决于叠层的软质防弹材料，金属鳞片层虽在着弹面，但对防弹的贡献很小。然而，防刀刺时，金属鳞片层将起到主要的作用，防刀尖性能的好坏取决于金属鳞片的厚度、硬度、搭接的严密性和与基体纤维织物间的粘合力大小。其中，前三个因素由原材料的质量和生产工艺控制，而最后一个因素则取决于选用的胶粘剂和机织布表面的粘着活性。目前，胶粘剂种类很多，但综合成本、硬度、涂胶工艺的便捷性、环保性及粘合金属片与芳纶布的能力等多个因素，弹性体类胶粘剂是最佳选择。采用SIS、SBS等弹性体类胶粘剂，上胶量少、成本低、干透后的胶层柔软，刷涂法上胶快捷，且在相同的上胶量下，粘结力远高于其它种类胶粘剂，因此，虽然相关文献或专利未公开最佳的胶粘剂种类，但从实际应用效果分析，弹性体类胶粘剂是在半软制双防服产品设计中粘结金属鳞片与芳纶机织布的最佳选择。

通常，弹性体类胶粘剂与金属鳞片的粘结力很强，进一步提高的空间很小，而弹性体类胶粘剂与芳纶机织布间的粘合力则相对较弱。因此，为进一步提高“金属鳞片/弹性体类胶粘剂/芳纶机织布”这一体系的整体粘合力，以最终提高产品的防刺性能，应对该组合中的薄弱环节进行增强，即提高弹性体类胶粘剂与芳纶机织布间的粘合力。

文献或专利报道过的芳纶纤维表面处理的方法有很多，其中，最简单、传统的方法是采用间苯二酚-甲醛-乳液(RFL)，但该方法适合于芳纶纤维与硫化橡胶间的粘合，弹性体类胶粘剂与SIS、SBS类橡胶虽然主成分大致相同，但其它成分、物理状态、使用方法等有很大差别，因此，普通RFL方法并不适用于芳纶机织布与弹性体胶粘剂类。综上所述，通过简单的化学合成，得到适合于芳纶机织布表面处理的RFL乳液，要求该乳液可促进芳纶机织布与弹性体胶粘剂间的粘合，成为解决本问题并进一步提高双防服防刺性能的最佳方案。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种表面处理RFL乳液，通过该乳液对现有双防服产品中芳纶机织布的表面进行处理，旨在提高“金属鳞片/弹性体类胶粘剂/芳纶机织布”体系的粘结力。本发明还提供了这种RFL乳液的制备方法，适合于SIS、SBS等单组分或多组分的弹性体类胶粘剂。

本发明是采用如下技术方案实现技术目的的：

以间苯二酚、间苯三酚、NaOH、甲醛、丁苯吡胶乳为基础配方，在一定条件下合成得到树脂预聚体，树脂预聚体再与丁苯吡胶乳反应得RFL乳液。

本发明所采用的胶粘剂可选主成分为SIS、SBS或两者混合的弹性体类胶粘剂，其中，优选SBS类。上述胶粘剂的溶剂一般为短链烯烃、丙酮、乙醇、汽油或其它适合的溶剂，胶粘剂固含量范围65～80％，优选70～75％。

本发明所采用的芳纶机织布原丝为杜邦公司、帝人公司所生产的任何牌号的未经特殊RFL处理的对位芳纶纤维，机织布的加工可采用普通织布机，织布方式、机织布纹理无特殊要求。

本发明所采用的金属鳞片为普通铁碳合金钢片，金属鳞片形状为长方形、正方形或三角形，其中，长方形长5～10cm，宽1～2cm；正方形或三角形边长1～4cm，优选2cm；所有金属片鳞厚度0.4～1.0mm，优选0.6mm；根据C含量和加工工艺的不同，金属鳞片的硬度可调，优选维氏硬度HV500～550。

上述芳纶机织布与金属鳞片的粘结按如下工艺进行：

第一步，使用丙酮清洗芳纶机织布表面，至少2次，以去除原丝纺丝过程中的油污，晾干；

第二步，使用已合成的RFL乳液对机织布表面进行刷涂，50℃、抽真空条件下干燥4h；

第三步，使用弹性体类胶粘剂对机织布表面进行刷涂，涂胶厚度1～2mm；首选的胶粘剂种类为SBS类；

第四步，将涂胶后的机织布与长条形金属片粘结，手工轻压，后置于压机内，1个大气压条件下压合15分钟。

第五步，取出粘结后的样品备用。

备注：若仅测试胶粘剂与芳纶机织布间的粘合，则在进行完第三步后，于50℃、抽真空条件下晾干备用。

采用上述技术方案制得的防刺层样品，干胶上胶量为15～30g/m²，以20～25g/m²为佳。产品的干胶上胶量对粘结强度有影响。在15～30g/m²的区间范围内，干胶量越大，粘结效果越好，但成本越高，且随干胶量的增加，产品总重量增加。因此，将干胶上胶量控制在一定范围内，既能满足实际使用时对粘结性能的要求，又能降低生产成本，并保证双防服重量满足相关标准和版型尺寸的要求。

本发明还提供了使用自制RFL乳液对芳纶机织布表面进行不同的化学处理和压合工艺后，在所选胶粘剂不变的情况下，芳纶机织布与金属鳞片间粘合力的测试方法和提高情况。

使用上海倾技公司QJ210A型微机控制拉力试验机的剥离程序，对芳纶机织布与SBS弹性体类胶粘剂间的撕裂强度、芳纶机织布与金属鳞片间的撕裂强度进行了测试。结果表明，RFL表面处理乳液的使用，可使芳纶机织布与SBS弹性体类胶粘剂间的撕裂强度提高20％以上，芳纶机织布与金属鳞片间的撕裂强度提高50％以上。因此，本发明所述的RFL乳液可用于改善芳纶机织布的表面活性，从而可提高芳纶机织布与SIS、SBS弹性体类胶粘剂间的粘合。本发明所述的“RFL乳液+SIS、SBS弹性体类胶粘剂”的组合，能广泛应用于芳纶机织布与金属间的粘合，特别适合于制备半软制防弹防刺服中的硬质防刺层材料，并在其它抗刀尖冲击、防刺护品领域有广泛应用。

试验证明，本发明涉及的芳纶机织布RFL表面处理乳液，克服了现有普通芳纶机织布与弹性体类胶粘剂间粘结力差的缺陷，经过该乳液的处理，得到了表面活性改善的芳纶机织布，从而有效地提高了其与金属间的粘合力。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。

本发明实施例中采用的主要原料如下：

间苯二酚、间苯三酚、NaOH、甲醛，北京化学试剂公司，分析纯；

丁苯吡胶乳：山东淄博东方化学股份有限公司。固含量：40％，粘度：20～45mPa.s；

芳纶机织布，日本帝人公司，牌号CT709；

SBS弹性体类胶粘剂，北京东方山泉贸易有限公司，牌号：绿色家园，固含量：≥30％，粘度(25℃)：150～350mPa.s；

金属片：长条形，长10cm，宽2cm，自加工，材质：铁碳合金，维氏硬度HV500。

实施例1

RFL乳液合成过程：

基础配方：间苯二酚＝10.8g，间苯三酚＝2.7g，NaOH＝0.9g，H2O＝81g，甲醛＝24.3g，丁苯吡胶乳＝97.2g。

合成步骤：在装有搅拌器、温度计和加料管的三口烧瓶中加入间苯二酚、间苯三酚和NaOH，然后加入H2O，搅拌并升温至35℃，然后缓慢加入甲醛，反应2h，缓慢降温，得树脂预聚体RF；在另一套装有搅拌器、温度计和加料管的三口烧瓶中加入丁苯吡胶乳，搅拌并升温至35℃，缓慢滴加已合成的树脂预聚体RF，继续反应20h，缓慢降温，得RFL乳液。

防刺层样品片制作过程：

①将芳纶机织布布样剪成10cm×2cm长条形，数量10个，分为两组，每组5个；②使用丙酮对布样的上下表面分别擦洗后晾干；③将RFL乳液刷涂到布样的任意一个表面后于50℃、抽真空条件下干燥4h；④将SBS胶粘剂刷涂到③中已涂RFL乳液的布样表面，SBS湿胶厚度1mm，以表面轮廓仪监测湿胶厚度；⑤两组涂胶后的布样中，第一组布样(数量5个)于50℃下抽真空4h，自然放置2天待测；第二组布样(数量5个)的带胶表面直接粘合10cm×2cm长条形金属片，手工轻微压合后置于压机内，50℃、1个大气压条件下压合15分钟，取出后自然放置2天待测。

分别对上述两组布样进行“机织布与胶粘剂”、“机织布与金属鳞片”间的撕裂强度测试，测试结果取平均值，数据见表1。

实施例2

RFL乳液合成过程：

同实施例1。

防刺层样品片制作过程：

①、②、③、⑤步同实施例1，④中SBS湿胶厚度2mm。

对比例1

不添加RFL乳液。

防刺层样品片制作过程：

与实施例1基本相同，只需将③、④两步合为一步，即将SBS胶粘剂刷涂到布样任一表面，SBS湿胶厚度1mm，以表面轮廓仪监测湿胶厚度。

对比例2

不添加任何RFL乳液。

防刺层样品片制作过程：

与实施例1基本相同，只需将③、④两步合为一步，即将SBS胶粘剂刷涂到布样任一表面，SBS湿胶厚度2mm，以表面轮廓仪监测湿胶厚度。

从实施例1与对比例1、实施例2与对比例2的比较可以看出，芳纶机织布经过普通RFL乳液表面处理后，其与弹性体类胶粘剂的撕裂强度提高了20％以上，与金属鳞片间的撕裂强度提高了50％以上。实验结果证实，本发明所述的RFL乳液可用于改善芳纶机织布的表面活性，从而可提高芳纶机织布与SIS、SBS弹性体类胶粘剂间的粘合。

表1“芳纶机织布/弹性体类胶粘剂/金属鳞片”体系的撕裂强度对比表

Claims

1.一种芳纶机织布表面处理乳液的制备方法，以间苯二酚、间苯三酚、NaOH、蒸馏水、甲醛、丁苯吡胶乳为基础配方，在一定条件下合成得到树脂预聚体，树脂预聚体再与丁苯吡胶乳反应得RFL乳液。

2.按照权利要求1所述的芳纶机织布表面处理乳液的制备方法，其特征在于，树脂预聚体是在如下条件下得到的：在装有搅拌器、温度计和加料管的三口烧瓶中加入间苯二酚、间苯三酚和NaOH，然后加入蒸馏水，搅拌并升温至35℃，然后缓慢加入甲醛，反应2h，缓慢降温，得树脂预聚体。

3.按照权利要求1所述的芳纶机织布表面处理乳液的制备方法，其特征在于，间苯二酚、间苯三酚、NaOH、水、甲醛、丁苯吡胶乳的质量比为12∶3∶1∶90∶27∶108。

4.按照权利要求1、3所述的丁苯吡胶乳，其特征在于，丁苯吡胶乳的固含量为40％。

5.按照权利要求1～3所述的芳纶机织布，其特征在于，芳纶机织布原丝为美国杜邦公司Kevlar系列对位芳纶纤维或日本帝人公司Twaron系列对位芳纶纤维。

6.按照权利要求1所述的橡胶类胶粘剂，其特征在于，所述橡胶类胶粘剂主成分为SBS、SIS或两者的混合物。