CN103144383B - 超高分子量聚乙烯复合材料及其制造方法 - Google Patents

超高分子量聚乙烯复合材料及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于：由叠加在一起的多个纤维层通过胶黏剂粘结形成，其中，各所述纤维层独立地为超高分子量聚乙烯纤维构成的层或增强纤维构成的层；按所述的胶黏剂的质量为100%计，所述的胶黏剂的配方为：EVA胶、SBS胶、SEBS胶、SIS胶、TPR胶、苯乙烯胶及丁纳胶中的任一种或多种胶粘剂树脂5-30%；石油树脂、松香树脂及萜烯树脂中的任一种或多种增粘树脂2-10%；碳氢类溶剂60-90%。本发明将多个纤维层通过胶黏剂粘结在一起，改善了单一高性能纤维材料的不足，提高了产品的整体性能，并且制备工艺简单；本发明通过改善胶黏剂的配方，使得加工温度降低，并且粘结性好。

Description

超高分子量聚乙烯复合材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种超高分子量聚乙烯复合材料及其制造方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯纤维是20世纪80年代初荷兰DSM公司通过凝胶纺丝――超倍热拉伸技术开发的一种高性能纤维，是继玻璃纤维和碳纤维后的第三代高性能纤维，由于其具有优异的力学性能（如DSM公司的商品Dyneema SK78的强度强达45g/d），极小的密度（0.96g/cm3）,耐气候性和耐化学腐蚀性，因而在航海、弹道装备、防护用品、海上绳缆等方面得到了较为广泛的用途。然而其自身也有不足之处，如界面粘结性差、不耐高温、蠕变性差等，这些不足也较大的限制了其更为广泛的应用。
玻璃纤维由于其良好的综合性能而被广泛应用于结构材料、电路基板、建筑板材等领域，但其低温变脆、比重大等不足也限制了它的应用；芳纶纤维具有优异的防刺、防弹性及耐高温和抗蠕变性，但其较差的耐候性也限制了它的应用；碳纤维具有优异的耐高温性和抗蠕变性，但其缺点是很脆，其抗冲击性能差。
为了克服超高分子量聚乙烯纤维自身不足拓宽其用途，国内外也做了很多相关的研究，主要为两个方面，一是通过化学改性、辐照改性、等离子体改性、加入纳米材料进行复合改性等方法进行改性，但这都需要增加复杂的处理工艺，使成本增加。另一方面是通过与其他高性能纤维混纺进行改性处理，但多以短纤维共混及连续纤维交替铺层混杂为主，还没有关于聚乙烯纤维层与其他高性能纤维层复合的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改进的超高分子量聚乙烯复合材料。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种改进的超高分子量聚乙烯复合材料的制造方法。
为解决以上技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种超高分子量聚乙烯复合材料，由叠加在一起的多个纤维层通过胶黏剂粘结形成，其中，各所述纤维层独立地为超高分子量聚乙烯纤维构成的层或增强纤维构成的层；按所述的胶黏剂的质量为100%计，所述的胶黏剂的配方为：选自EVA胶、SBS胶、SEBS胶、SIS胶、TPR胶、苯乙烯胶及丁纳胶中的任一种或多种胶粘剂树脂 5-30% ；选自石油树脂、松香树脂及萜烯树脂中的任一种或多种增粘树脂2-10%；碳氢类溶剂60-90%。
优选地，所述多个纤维层由10~400层超高分子量聚乙烯纤维构成的层和10~400层增强纤维构成的层组成。
进一步优选地，所述10~400层超高分子量聚乙烯纤维构成的层依次叠加后，与所述10~400层增强纤维构成的层相叠加。
优选地，所述的纤维层为无纺布、机织布或单向预浸料。
优选地，所述的增强纤维为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。
优选地，所述的胶黏剂的配方：SBS胶20-22%，碳氢清洗剂71-76%，4-7%的石油树脂或松香树脂。
优选地，所述的胶黏剂与所述的纤维层的质量比为1：3-6。
一种超高分子量聚乙烯复合材料的制造方法，包括依次进行的如下步骤：将所述的纤维层铺展后上胶，待胶黏剂干燥后进行压制，冷却后即得所述的超高分子量聚乙烯复合材料。
优选地，所述上胶的方法为喷胶、滚胶、刮胶、浸胶中的一种或多种。
优选地，压制温度为50℃～110℃，压制压力为5MPa～25MPa，压制时间为1min～120min。
本发明的有益效果在于:
本发明将多个纤维层通过胶黏剂粘结在一起，改善了单一高性能纤维材料的不足，提高了产品的整体性能，并且制备工艺简单；本发明通过改善胶黏剂的配方，使得加工温度降低，并且粘结性好。
具体实施方式
下面对本发明作进一步阐述。
实施例1
本例提供一种抗冲击性船体复合板。该超高分子量聚乙烯复合材料由超高分子量聚乙烯机织布层和玻璃纤维机织布层组成。其中超高分子量聚乙烯机织布为40层，玻璃纤维机织布层为20层。
该抗冲击性船体复合板的制备方法如下：（1）配胶：SEBS胶18.5%、型号103#的碳氢清洗剂77.5%和4%的石油树脂。（2）上胶：对超高分子量聚乙烯机织布和玻璃纤维机织布分别浸胶后刮胶，然后干燥既可得到机织物和热塑橡胶的复合片材，其中复合片材中纤维层和胶黏剂的质量比为5.5：1。（3）将上述得到的复合片材于100℃、10MPa压力下压制90min,然后冷却至室温再卸掉压力。
实施例2
本例提供一种抗冲击、低变形罩壳。该超高分子量聚乙烯复合材料由超高分子量聚乙烯机织布层和玻璃芳纶机织布层组成。其中超高分子量聚乙烯机织布为20层，芳纶机织布层为20层。
该抗冲击、低变形罩壳制备方法如下：（1）配胶：SBS胶21.5%、型号为103#的碳氢清洗剂72%和6.5%的石油树脂。（2）上胶：对超高分子量聚乙烯机织布和芳纶机织布分别浸胶后刮胶，然后干燥既可得到机织物和热塑橡胶的复合片材，其中复合片材中纤维层和胶黏剂的质量比为4.5：1。（3）将上述得到的复合片材于90℃、15MPa压力下压制45min,然后冷却至室温再卸掉压力。
实施例3
本例提供一种抗刺穿高强箱板材。该超高分子量聚乙烯复合材料由超高分子量聚乙烯无纺布层和碳纤维预浸料层组成。其中超高分子量聚乙烯无纺布为20层，碳纤维预浸料层为10层。
该抗刺穿高强箱板材制备方法如下：（1）配胶：SIS胶22%、103#碳氢清洗剂73.6%和4.4%的松香树脂。（2）上胶：对超高分子量聚乙烯无纺布和碳纤维预浸料浸胶后刮胶，然后干燥既可得到超高分子量聚乙烯无纺布和热塑橡胶的复合片材，其中复合片材中纤维层和胶黏剂的质量比为5：1。⑶将上述得到的复合片材于95℃、20MPa压力下压制60min,然后冷却至室温再卸掉压力。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1. 一种超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于：由叠加在一起的多个纤维层通过胶黏剂粘结形成，其中，各所述纤维层独立地为超高分子量聚乙烯纤维构成的层或增强纤维构成的层；按所述的胶黏剂的质量为100%计，所述的胶黏剂的配方：SBS胶20-22%，碳氢清洗剂71-76%，4-7%的石油树脂或松香树脂，所述的胶黏剂与所述的纤维层的质量比为1：3-6。
2. 根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于：所述多个纤维层由10~400层超高分子量聚乙烯纤维构成的层和10~400层增强纤维构成的层组成。
3.根据权利要求2所述的超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于：所述10~400层超高分子量聚乙烯纤维构成的层依次叠加后，与所述10~400层增强纤维构成的层相叠加。
4. 根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于：所述的纤维层为无纺布、机织布或单向预浸料。
5. 根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于：所述的增强纤维为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维中的一种或多种。
6. 一种如权利要求1至5中任一项所述的超高分子量聚乙烯复合材料的制造方法，其特征在于：包括依次进行的如下步骤：将所述的纤维层铺展后上胶，待胶黏剂干燥后进行压制，冷却后即得所述的超高分子量聚乙烯复合材料。
7. 根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：所述上胶的方法为喷胶、滚胶、刮胶、浸胶中的一种或多种。
8. 根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于：压制温度为50℃～110℃，压制压力为5MPa～25MPa，压制时间为1min～120min。
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