CN103358659A - 一种剪切增稠液/芳纶复合材料制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剪切增稠液/芳纶复合材料制备方法，通过剪切增稠液与芳纶材料复合实现智能防护，通过复合系统中的多组滚轴挤压保证剪切增稠液与芳纶纤维的充分复合，通过后处理工艺中的喷涂工艺在复合材料表面喷涂二甲基硅油提高复合材料的耐湿性，通过后处理工艺中的维护工艺在芳纶材料表面粘附蜡纸避免芳纶复合材料在运输或存储过程中造成的磨损，从而制备出一种具有常态柔软，冲击变硬特性，耐湿性能优良，抗冲击能力更强的的智能抗冲击材料，主要应用于军用防弹衣、防刺服、装甲和个体防护方面，也可用在民用防护系列产品以及工业机械减振防护中。

Description

一种剪切增稠液/芳纶复合材料制备方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料制备方法，具体地说涉及一种剪切增稠液/芳纶复合材料制备方法。本发明所述的剪切增稠液/芳纶复合材料制备方法是将芳纶通过装有剪切增稠液的复合系统，再经过烘干、涂覆、维护等后处理工艺，得到一种具有常态柔软，冲击变硬特性的智能抗冲击复合材料，属于制造技术领域。

背景技术

上世纪60年代，美国杜邦公司研制出一种新型芳纶纤维材料，该材料具有密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工和成型的特点，受到防护领域的青睐，引领了防护材料从硬质材料向软质材料的变革。芳纶材料是当今世界三大高性能纤维之一，主要应用于军用防弹衣、防刺服、装甲和个体防护方面，也可用在民用防护系列产品以及工业机械减振防护中。利用芳纶材料制成的软质防弹衣与硬质防弹衣相比，柔软且穿着舒适，可保护肘部、膝部等易弯曲部位，大大提高了士兵的机动性能，有效提升了我军的战斗力。目前市面上的芳纶材料，有机织布和无纬布两种，无纬布与机织布相比，纤维顺直平行排列，无交错和屈曲，冲击能量可以迅速、无阻碍的传播，防护能力更强，但是无纬布由于在加工过程中需要热压固化成形，柔韧性和透气性较机织布差。防护级别较高的防弹衣通常采用无纬布或增加硬质插板实现，并不是真正意义上的软质防弹衣。

近年来，科学家们发现将剪切增稠液与芳纶机织布复合，可以大大提升芳纶的防护性能，同时保持织物的透气性和柔韧性。如美国德拉华大学和陆军实验室联合研制了一种称为液体防弹衣的新型软质防弹衣，英国BAE公司也有相关产品报道。其中，剪切增稠液/芳纶的制备方法是将芳纶机织布浸泡于剪切增稠液与乙醇的稀释液中停留一定时间，捞出后置于烘箱中晾干。该法的缺点是所制备的剪切增稠液/芳纶复合材料密度大，增重比高，涂覆不均匀，且耐湿性差。虽然在一定程度上提高了芳纶材料的抗冲击性能，但制备过程自动化程度低，不能保证产品质量的一致性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种剪切增稠液/芳纶复合材料的制备方法。该方法的特点是通过剪切增稠液与芳纶材料复合实现智能防护，通过多组滚轴挤压保证剪切增稠液与芳纶纤维的充分复合，通过在复合材料表面喷涂二甲基硅油提高复合材料的耐湿性，通过在芳纶材料表面粘附蜡纸避免芳纶复合材料在运输或存储过程中造成的磨损，从而制备出一种具有常态柔软，冲击变硬特性，耐湿性能优良，抗冲击能力更强的的智能抗冲击材料。

实施过程在本发明所述的剪切增稠液/芳纶复合材料制备装置中进行，如附图1。

现参考附图1对本发明详细说明如下：

如附图1所示，剪切增稠液/芳纶复合材料的制备装置由进布系统I、复合系统II、后处理系统III和落布系统IV四大部分构成。进布系统I包含滚轴1和驱动装置2，其中驱动装置控制整个制备装置的滚轴运转。复合系统II内盛有复合液3，复合液由剪切增稠液/乙醇稀释液组成。复合系统II内装有搅拌桨4和搅拌桨5，搅拌方向相反，起混合复合液的作用，防止复合液的沉降，保证复合液与芳纶的均匀复合。复合系统II包含多组滚轴，即滚轴6、滚轴7，其中滚轴6位于复合液面下，滚轴7位于复合液面上，滚轴6和滚轴7的间隙由剪切增稠液/芳纶复合材料的厚度决定，间隙可调。芳纶原材料从进布系统I进入复合系统II后，经过滚轴6，将多余的气泡或空气挤压出去，经过滚轴7将多余的复合液挤压出去，然后通过滚轴8离开复合系统II，进入后处理系统III。后处理系统III由烘干组件9和喷涂组件10两大部分构成，烘干组件包括烘干设备11、复合材料传送设备12组成。喷涂组件由喷涂设备13、传送设备12组成。剪切增稠液/芳纶复合材料离开复合系统II进入后处理系统III后，首先经过烘干组件9，将乙醇烘干，然后经过喷涂组件10，将二甲基硅油涂覆在复合材料的正反两面，然后经过烘干组件9，到达落布系统IV。落布系统IV由滚轴14、滚轴15组成，其中滚轴14缠绕有蜡纸，滚轴15为落布滚轴。落布时，蜡纸位于复合材料夹层之间，避免复合材料在运输或存储过程中造成的磨损。

本发明所述的剪切增稠液/芳纶复合材料的制备方法包括如下工艺步骤：

(1)配制复合液3，即剪切增稠液/乙醇稀释液。其中剪切增稠液的增稠幅值在300pa·s～10000pa·s之间。剪切增稠液与乙醇的体积比在1∶0.3～1∶5之间。剪切增稠液可以是二氧化硅/PEG体系，也可以是有机硅胀流体。

(2)将复合液置于复合系统II中，开启搅拌桨4和搅拌桨5。其中搅拌桨4的转速控制在100RPM～800RPM之间，搅拌桨5的转速控制在100RPM～800RPM之间。

(3)调整复合系统II中滚轴6和滚轴7的间隙，开启进布系统I的滚轴驱动装置2和后处理系统III的传动设备12。控制滚轴6和滚轴7的间隙在0.3mm～1mm之间，控制传动速度在1m/min～10m/min之间。

(4)开启后处理系统III的烘干设备11和喷涂设备13，控制烘干温度在40℃～150℃之间，喷涂压力在200MPa～500MPa之间。

(5)开启落布组件，即蜡纸供应滚轴14和滚轴15，完成剪切增稠液/芳纶复合材料的接收，控制滚轴14和滚轴15的转动速度在1m/min～10m/min之间。

本发明与现有技术相比，具有以下显著特点和积极效果：

(1)通过剪切增稠液与芳纶材料复合，赋予芳纶材料智能防护性能。即常态柔软，冲击变硬的特性。

(2)通过剪切增稠液与芳纶材料复合，赋予芳纶材料更高的防护级别，抗冲击性能提高30％～60％。

(3)通过多组滚轴挤压，提高了剪切增稠液与芳纶纤维的复合度，复合度由原来的30％提升到80％～100％。

(4)通过在复合材料表面喷涂二甲基硅油提高了复合材料的耐湿性，提升了复合材料的实际使用性能。

(5)通过在芳纶材料表面粘附蜡纸避免了芳纶复合材料在运输或存储过程中造成的磨损。

(6)采用该制备方法，优化了剪切增稠液/芳纶复合材料透气性、柔韧性、耐湿性，可制备成真正意义上的软体防护服，使用范围更广。

附图说明

附图1为本发明剪切增稠液/芳纶复合材料制备装置结构示意图

具体实施方式

实施实例1：

首先配制复合液，剪切增稠液为二氧化硅/PEG分散体系，剪切增稠幅值为1500pa·s，剪切增稠液与乙醇的体积比为1∶2。之后将复合液置于复合系统中，开启搅拌桨4和搅拌桨5。其中搅拌桨4的转速为200RPM，搅拌桨5的转速为300RPM。随后调整复合系统中滚轴6和滚轴7的间隙，开启进布系统的滚轴驱动装置2和后处理系统的传动设备12，控制传动速度为2m/min，调节滚轴6和滚轴7的间隙为0.5mm，开始复合材料的制备。同时开启后处理系统中的烘干组件9、喷涂组件10，控制烘干温度为60℃，传送速度为2m/min，喷涂压力为200MPa。当复合材料离开后处理系统后，开启落布系统，完成剪切增稠液/复合材料的制备。

所制备的剪切增稠液/芳纶复合材料面密度为230g/m²，30层复合材料制备出的防弹衣符合国标GA141-2010警用防弹衣标准。

实施实例2：

实例2与实例1工艺过程相似，区别是剪切增稠液与与乙醇的体积比为1∶4，滚轴6和滚轴7的间隙为0.4mm，所制备的剪切增稠液/芳纶复合材料面密度为200g/m²，复合材料的抗冲击性能是实例1的80％。

实施实例3：

实例2与实例1工艺过程相似，区别是剪切增稠液为有机硅胀流体，剪切增稠幅值为800pa·s，烘干温度为120℃，所制备的剪切增稠液/芳纶复合材料面密度为220g/m²，复合材料的抗冲击性能是实例1的60％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施方式，不应被视为对本发明范围的限制，而且本发明所主张的权利要求范围并不局限于此，凡熟悉此领域技术的人士，依照本发明所披露的技术内容，均应落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种剪切增稠液/芳纶复合材料制备方法，其特征在于芳纶原材料通过装有剪切增稠液的复合系统，再经过烘干、涂覆、维护等后处理工艺，可得到一种具有常态柔软，冲击变硬特性的智能抗冲击复合材料。

2.根据权利要求1所述的剪切增稠液/芳纶复合材料，其特征在于通过剪切增稠液与芳纶材料复合，赋予芳纶材料智能防护性能，即常态柔软，冲击变硬的特性，提高了芳纶材料的抗冲击性能。

3.根据权利要求1所述的剪切增稠液/芳纶复合材料制备方法，其特征在于通过复合系统中的多滚轴挤压提高了剪切增稠液与芳纶纤维的复合度。

4.根据权利要求1所述的剪切增稠液/芳纶复合材料制备方法，其特征在于通过涂覆工艺在复合材料表面喷涂二甲基硅油，提高了复合材料的耐湿性，提升了复合材料的实际使用性能。

5.根据权利要求1所述的剪切增稠液/芳纶复合材料制备方法，其特征在于通过维护工艺在复合材料表面粘附蜡纸避免了芳纶复合材料在运输或存储过程中造成的磨损。

6.根据权利要求1所述的剪切增稠液/芳纶复合材料制备方法，其特征在于采用该制备方法，优化了剪切增稠液/芳纶复合材料透气性、柔韧性、耐湿性，可制备成真正意义上的软体防护服，使用范围更广。

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