CN103526453A - 一种防弹复合材料用芳纶无纬布的制备方法 - Google Patents

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方心灵
高虹
刘元坤
李健
张静
梁立
潘智勇
王瑞岭
傅丽强
陈浩军
杨国
刘洋
樊凤彬
张兵
赵耀
高沛
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Abstract

本发明提供了一种防弹复合材料用芳纶无纬布的制备方法，涉及树脂改性领域。所述的树脂组合物包含：丙烯酸酯胶粘剂水溶液、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物乳液、交联剂、乳化剂。将各组分按照合适配比混合后制得改性胶粘剂体系，采用该胶粘剂制备的芳纶无纬布无需进行二次涂胶即可直接压制防弹复合板。经打靶试验证明，采用该芳纶无纬布制备的防弹复合板防弹性能优异，安全裕度高，重量轻，可明显提高作战人员的安全可靠性。

Description

一种防弹复合材料用芳纶无纬布的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种防弹复合材料用芳纶无纬布的制备方法，进一步地说，是涉及一种可应用于制备防弹复合材料的芳纶防弹制品。
背景技术：
防弹复合材料是作战人员必不可少的生命防护装备，尤其是防弹复合复合材料的需求逐年递增。目前，美国、欧洲等西方发达国家已装备高性能纤维复合防弹材料，我国对于芳纶防弹复合材料在运输工具上的应用起步较晚，与国外相比仍处于劣势。我国军用车辆及军用飞机的防护装甲仍以钢板为主，造成运输工具质量过大，增加油耗，影响加速、操控、航程等性能，并且当其受到弹体击打后，内部易产生破片，从而导致人员的伤亡，影响了装甲车辆的作战能力。同时防弹复合材料在个体防护中的也有不少应用，如作为胸插板背板、防弹盾牌、防弹头盔等。
传统的芳纶防弹复合材料的制备多采用树脂将芳纶布预浸，树脂干燥后，在模具中热压成型。但织物预浸不仅增加工时，同时增加了人员成本及原料成本，因此研究一种专用于芳纶防弹复合材料使用的芳纶无纬布，不仅能够有效的降低复合材料加工的原料成本，同时大大缩短了加工工时，提高了生产防弹复合材料的效率。因此，研究芳纶防弹复合材料用芳纶无纬布，不仅能够实现芳纶无纬布直接加工芳纶防弹复合材料，提高了制备芳纶防弹材料的效率，已经成为防弹护品研究的必然趋势。
发明内容：
本发明的目的在于解决芳纶织物压制防弹复合材料存在的缺陷，提供一种无需二次涂胶的防弹复合材料用芳纶无纬布的制备方法，旨在提高现有芳纶防弹复合材料的防弹性能。本发明是采用如下技术方案实现技术目的的：
本发明提供的防弹复合材料用芳纶无纬布，由芳纶纤维经展丝、上胶、干燥过程制得。其中，上胶过程使用的胶液中除包含现有技术的胶粘剂外，尤其还包含交联剂，所述胶粘剂形成的胶粘剂水溶液与所述交联剂的质量比为100∶1～6。该处所用交联剂是一种具有一定活性官能团的交联剂，它能使聚合物分子间在加热条件下产生交联形成体型结构。交联剂的添加能使得胶粘剂分子形成胶膜后，在高温高压胶膜中的部分化合健进一步发生交联，从而使得胶粘剂具有二次粘结的能力。添加交联剂，能够有效的改善加热后材料的粘结强度，从而提升材料的防弹性能。
本发明所采用的胶粘剂水溶液为水溶性丙烯酸酯胶粘剂水溶液与乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)乳液的混合物。所述的胶粘剂水溶液中，胶粘剂与水的质量比为35～50∶65～50。胶粘剂水溶液与所述EVA胶粘剂的质量比为100∶1～10。
本发明采用添加胶液中的交联剂为三缩水甘油异氰尿酸酯(TGIC)。其可与聚合物中部分化合健发生交联反应。胶液与交联剂质量比为100∶1～6。
为了本发明的改性胶粘剂乳液均匀，保证材料具有良好的均一性，以满足防弹复合材料的均匀涂胶的要求，本发明采用十二烷基苯磺酸钠作为乳化剂，其中胶液与十二烷基苯磺钠的质量比为100∶0.5～2。
试验证明，本发明的防弹板用芳纶无纬布，克服了现用技术的缺陷，得到了防弹性能优异的芳纶防弹复合材料。该种胶粘剂研制的芳纶无纬布，无需进行二次涂胶，尤其是交联剂的添加，充分改善了树脂与织物在高温热压后，织物与树脂间的粘结强度，从而有效地钝化子弹的冲击力，经打靶试验证明，采用该树脂组合物制备的芳纶防弹复合材料防弹性能优异，安全裕度高，重量更轻，可明显提高作战人员的安全可靠性。
具体实施方式：
本发明实施例中采用的防弹性能测试，按照公安部GA141-2010《警用防弹衣测试标准》进行，旨在测试采用本发明的芳纶无纬布制成的防弹复合材料的抗弹性能。
下面结合实施例，进一步说明本发明。
原料：
芳纶纤维，荷兰阿克苏公司，牌号twaron-2000，线密度1680dtex，纤维直径9～12μm；
丙烯酸酯胶粘剂，泰兴市中纺助剂厂，牌号ZF-101，固含量为50％；
三缩水甘油异氰尿酸酯(TGIC)，江都市三得利化工有限公司，环氧值0.93～0.98mol/100g。
乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)乳液，江苏大连化工，牌号DA-102。
十二烷基苯磺酸钠，上海双龙化学品厂，胶乳级。
实施例1
首先分别称取1000g丙烯酸酯胶粘剂水溶液及100g乙烯-醋酸乙烯酯胶粘剂乳液，其中丙烯酸酯胶粘剂水溶液的固含量为50％，乙烯-醋酸乙烯酯胶粘剂乳液的固含量为47％，混合均匀后，分别称取66g三缩水甘油异氰尿酸酯(TGIC)及5.5g十二烷基苯磺酸钠，并加入胶液中，将胶液充分混匀备用。
将芳纶纤维于卷绕机上平行缠绕，之后将纤维浸入上述胶液中，通过特定的展丝设备进行展丝。本实施例采用的胶粘剂为上述改性的胶粘剂，浸胶后用刮胶刀将胶液涂匀，在50℃的电热阻丝下干燥，待完全干燥后，将布样旋转90°，用同样的方法将纤维丝与布样纤维丝进行正交复合，即得到两层交错布样。所得到产品结构相应是[0°/90°]。
将布样裁剪成300mm×300mm正方形布样，去除PE薄膜，将28层布样按[0°/90°、0°/90°、0°/90°.....]方向依次层叠，将层叠的布样放入模具中，采用50t压机，预压压力为5MPa，温度130℃，连续放气3～5次，再将压力调制18MPa，制成防弹板。采用54式7.62mm手枪，51式7.62手枪弹(铅芯)，按GA141-2010防弹2级测试，其结果见表1。
实施例2
将实施例1中乙烯-醋酸乙烯酯胶粘剂乳液改为10g，其余条件与实施例1相同。采用54式7.62mm手枪，51式7.62手枪弹(铅芯)，按GA141-2010防弹2级测试，其结果见表1。
实施例3
将实施例1中，三缩水甘油异氰尿酸酯(TGIC)11g，其余条件与实施例1相同。采用54式7.62mm手枪，51式7.62手枪弹(铅芯)，按GA141-2010防弹2级测试，其结果见表1。
实施例4
将实施例1中，十二烷基苯磺酸钠改为22g，其余条件与实施例1相同。采用54式7.62mm手枪，51式7.62手枪弹(铅芯)，按GA141-2010防弹2级测试，其结果见表1。
实施例5
将实施例1中丙烯酸酯胶粘剂水溶液固含量改为35％，丙烯酸酯胶粘剂改为35％，其余条件与实施例1相同。采用54式7.62mm手枪，51式7.62手枪弹(铅芯)，按GA141-2010防弹2级测试，其结果见表1。
对比例1
将芳纶纤维于卷绕机上平行缠绕，之后将纤维浸入1000g丙烯酸酯胶粘剂水溶液中，通过特定的展丝设备进行展丝。浸胶后用刮胶刀将胶液涂匀，在50℃的电热阻丝下干燥，待完全干燥后，将布样旋转90°，用同样的方法将纤维丝与布样纤维丝进行正交复合，即得到两层交错布样。所得到产品结构相应是[0°/90°]。待无纬布制备完毕后，去除PE薄膜，将300酚醛树脂均匀的涂于无纬布表面，待布样表面干燥后，将布样裁剪成300mm×300mm正方形布样，将28层布样按[0°/90°、0°/90°、0°/90°.....]方向依次层叠，将层叠的布样放入模具中，采用50t压机，预压压力为5MPa，温度130℃，连续放气3～5次，再将压力调制18MPa，制成防弹板。采用54式7.62mm手枪，51式7.62手枪弹(铅芯)，按GA141-2010防弹2级测试，其结果见表1。
表1制备复合材料的防弹性能对比表

Claims (8)

1.一种防弹复合材料用芳纶无纬布，由芳纶纤维经展丝、上胶、干燥过程制得，所述上胶过程中使用的胶液包含胶粘剂，其特征在于：
所述胶液中还包含交联剂，所述胶粘剂形成的胶粘剂水溶液与所述交联剂的质量比为100∶1～6。
2.按照权利要求1所述的防弹复合材料用芳纶无纬布，其特征在于：
所述的胶粘剂水溶液为丙烯酸酯类胶粘剂与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)乳液混合物。
3.按照权利要求2所述的防弹复合材料用芳纶无纬布，其特征在于：
所述的胶粘剂水溶液中，所述胶粘剂与水的质量比为35～50∶65～50。
4.按照权利要求2所述的防弹复合材料用芳纶无纬布，其特征在于：
所述胶液中，丙烯酸酯类胶粘剂水溶液与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)乳液质量比为100∶1～10。
5.按照权利要求1所述的防弹复合材料用芳纶无纬布，其特征在于：
所述交联剂为三缩水甘油异氰尿酸酯(TGIC)。
6.按照权利要求1所述的防弹复合材料用芳纶无纬布，其特征在于：
所述胶粘剂水溶液与交联剂质量比为100∶1～6。
7.按照权利要求1所述的防弹复合材料用芳纶无纬布，其特征在于：
所述胶液中还包含乳化剂，为十二烷基苯磺酸钠，其中十二烷基苯磺钠与胶液的质量比为100∶0.5～2。
8.上述权利要求1～8的任何一项所述的芳纶纤维无纬布在防弹复合材料领域应用。
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