CN103753903B - 一种阻燃防弹复合材料的制备方法及所制得的复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃防弹复合材料的制备方法及所制得的复合材料，包括：将催化剂、炭化剂和发泡剂按照质量比5：3：2的比例均匀混合，制得膨胀型复合无卤阻燃剂体系；然后将膨胀型复合无卤阻燃剂体系与基体树脂进行混合，制得阻燃防弹复合基体胶液；再将连续纤维与阻燃防弹复合基体胶液进行正交铺层复合成型，并经过热风干燥，制得阻燃防弹复合材料预成型体；最后将阻燃防弹复合材料预成型体进行热压成型，即制得阻燃防弹复合材料。可见，本发明实施例不仅具有良好的阻燃性能，而且具有现有技术中未添加阻燃剂的防弹材料的防弹性能，同时还具有安全、环保、质地轻盈等特点，能够使各种防弹装备的防护水平达到最大化。

Description

一种阻燃防弹复合材料的制备方法及所制得的复合材料

技术领域

本发明涉及阻燃防弹复合材料领域，尤其涉及一种阻燃防弹复合材料的制备方法及所制得的复合材料。

背景技术

随着材料复合技术的迅猛发展，高性能纤维增强复合材料被广泛用作个体防弹衣、防弹插板、防弹装甲等防弹装备上的防弹材料。但是，现有的防弹材料的阻燃性能较差；为了使个体防护装备以及防弹装甲达到最大防护能力，改善现有防弹材料的阻燃性能成为一个亟待解决的问题。

在现有技术中，改善防弹材料的阻燃性能的方法大体有两种：一种方法是通过改进防弹材料的结构来改善阻燃性能，例如：在现有防弹材料的基础上添加阻燃结构（例如：铝箔）来提高整体的阻燃性能，但这种方法并未从本质上改善防弹材料的阻燃性能，而且大大增加了材料的整体重量；另一种方法是通过在制备防弹材料所用的基体中添加阻燃剂体系来改善阻燃性能，但现有技术中能够向防弹材料的基体中添加的阻燃剂体系大多是卤化阻燃剂体系，而卤化阻燃剂体系会给环境带来严重负面影响；最近，个别厂商研发出能够向防弹材料的基体中添加的无卤阻燃剂体系，但其阻燃性能较差，而且降低了防弹材料的原有防弹性能。

发明内容

为了解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种阻燃防弹复合材料的制备方法及所制得的复合材料，它不仅具有良好的阻燃性能，而且具有现有技术中未添加阻燃剂的防弹材料的防弹性能，同时还具有安全、环保、质地轻盈等特点，能够使各种防弹装备的防护水平达到最大化。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种阻燃防弹复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤A、将催化剂、炭化剂和发泡剂按照质量比5：3：2的比例均匀混合，制得膨胀型复合无卤阻燃剂体系；

步骤B、将膨胀型复合无卤阻燃剂体系与基体树脂进行混合，制得阻燃防弹复合基体胶液；

步骤C、将连续纤维与阻燃防弹复合基体胶液进行正交铺层复合成型，并经过热风干燥，制得阻燃防弹复合材料预成型体；

步骤D、将阻燃防弹复合材料预成型体进行热压成型，即制得阻燃防弹复合材料。

优选地，在步骤B制得的阻燃防弹复合基体胶液中，膨胀型复合无卤阻燃剂体系的质量分数为5%。

优选地，在步骤C制得的阻燃防弹复合材料预成型体中，连续纤维的质量分数为70%～80%。

优选地，在步骤D中，热压成型的温度为115～125℃、压力为10～20Mpa。

优选地，所述的连续纤维为高强度聚乙烯纤维。

优选地，所述的催化剂为聚磷酸铵。

优选地，所述的炭化剂为季戊四醇。

优选地，所述的发泡剂为三聚氰胺。

一种阻燃防弹复合材料，由上述技术方案中所述的阻燃防弹复合材料的制备方法制备而成。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的阻燃防弹复合材料的制备方法及所制得的复合材料通过将催化剂、炭化剂和发泡剂按照质量比5：3：2的比例混合得到膨胀型复合无卤阻燃剂体系；由于该膨胀型复合无卤阻燃剂体系具有良好的阻燃性能，因此采用该膨胀型复合无卤阻燃剂体系制得的阻燃防弹复合材料也具有良好的阻燃性能。同时，本发明实施例所提供的阻燃防弹复合材料通过将膨胀型复合无卤阻燃剂体系与基体树脂混合，并控制膨胀型复合无卤阻燃剂体系占混合后阻燃防弹复合基体胶液总质量的5%，从而使阻燃防弹复合材料最大程度地保持在现有技术中未添加阻燃剂的防弹材料的防弹性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例所提供的阻燃防弹复合材料的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面分别对本发明实施例所提供的阻燃防弹复合材料的制备方法及所制得的复合材料进行详细描述。

（一）一种阻燃防弹复合材料的制备方法

如图1所示，一种阻燃防弹复合材料的制备方法，具体可以包括以下步骤：

步骤A、将催化剂、炭化剂和发泡剂按照质量比5：3：2的比例均匀混合，制得膨胀型复合无卤阻燃剂体系。

其中，催化剂可以采用聚磷酸铵或三聚氰胺磷酸盐等，最好采用聚磷酸铵；炭化剂可以采用季戊四醇、淀粉或多季戊四醇等，但最好采用季戊四醇；发泡剂可以采用碳酸铵、三聚氰胺或二氰二胺等，但最好采用三聚氰胺。

具体地，该膨胀型复合无卤阻燃剂体系的阻燃原理如下：炭化剂在遇到高温燃烧时发生脱水反应会生成不可燃的富碳化合物，这些富碳化合物会覆盖在基体表面形成不燃炭质层；催化剂在高温作用下会分解为无机酸的化合物，而发泡剂在这些无机酸的化合物以及高温作用下会产生大量气体化合物；这些气体化合物会使覆盖在基体表面的不燃炭质层膨胀，从而形成不燃炭质泡沫层；不燃炭质泡沫层可以将基体与外部空气和燃烧的高温相隔离，因此起到了良好的阻燃作用。

步骤B、将膨胀型复合无卤阻燃剂体系与基体树脂进行混合，制得阻燃防弹复合基体胶液。

具体地，基体树脂可以采用制备现有防弹材料所使用的基体树脂（例如：水性聚氨酯基体树脂胶液）；在阻燃防弹复合基体胶液中，膨胀型复合无卤阻燃剂体系的质量分数最好为5%，即基体树脂的质量分数最好为95%。由于阻燃防弹复合基体胶液中95%是基体树脂，而基体树脂是采用制备现有防弹材料所使用的基体树脂，因此采用该阻燃防弹复合基体胶液所制成的复合材料，其防弹性能与现有防弹材料基本一致，但其阻燃性能却由于加入了5%的膨胀型复合无卤阻燃剂体系而远远优于现有防弹材料。

步骤C、将连续纤维与阻燃防弹复合基体胶液进行正交铺层复合成型，并经过热风干燥，制得阻燃防弹复合材料预成型体。

其中，阻燃防弹复合材料预成型体可以是板材、片材等常见复合材料形状。

具体地，连续纤维最好采用高强度聚乙烯纤维，并且在阻燃防弹复合材料预成型体中连续纤维的质量分数最好为70%～80%，从而可以保证最终制得的阻燃防弹复合材料不仅具有良好的伸展性和抗冲击强度，并且具有较轻的质量；即使最终制得的阻燃防弹复合材料增添了优良的阻燃性能和防弹性能，其质量与单纯的纤维材料相比也不会增加太多的质量。

步骤D、将阻燃防弹复合材料预成型体进行热压成型，即制得阻燃防弹复合材料。

其中，热压成型的温度最好为15～125℃，压力最好为10～20Mpa，从而可以使阻燃防弹复合材料的各层基材之间具有良好的粘结强度，并且能够保证较高的生产效率。

具体地，最终制得的阻燃防弹复合材料可以是由32～38层（最好是35层）阻燃防弹复合材料预成型体叠加放置于平板硫化机中经热压成型制成的5mm厚阻燃防弹复合材料板材，也可以是由68～74层（最好是71层）层阻燃防弹复合材料预成型体叠加放置于平板硫化机中经热压成型制成的10mm厚阻燃防弹复合材料板材。

（二）一种阻燃防弹复合材料

一种阻燃防弹复合材料，由上述技术方案中所述的阻燃防弹复合材料的制备方法制备而成。该阻燃防弹复合材料可以是5mm厚阻燃防弹复合材料板材、也可以是10mm厚阻燃防弹复合材料板材。

由上述技术方案可见，本发明实施例不仅具有良好的阻燃性能，而且具有现有技术中未添加阻燃剂的防弹材料的防弹性能，同时还具有安全、环保、质地轻盈等特点，能够使各种防弹装备的防护水平达到最大化。

为使本发明的发明目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面通过一组实例，并结合相应附图，对本发明实施例作进一步详细描述。

实施例一

如图1所示，一种阻燃防弹复合材料的制备方法，具体可以包括以下步骤：

步骤A′、将聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺按照质量比5：3：2的比例均匀混合，制得膨胀型复合无卤阻燃剂体系。

步骤B′、将膨胀型复合无卤阻燃剂体系与水性聚氨酯基体树脂胶液进行混合，制得阻燃防弹复合基体胶液；在阻燃防弹复合基体胶液中，膨胀型复合无卤阻燃剂体系的质量分数为5%；即在阻燃防弹复合基体胶液中，各组分的具体质量分数如下：

步骤C′、将高强度聚乙烯纤维与阻燃防弹复合基体胶液进行正交铺层复合成型，并经过热风干燥，制得阻燃防弹复合材料预成型体；在阻燃防弹复合材料预成型体中，高强度聚乙烯纤维的质量分数为75%。

步骤D′、将阻燃防弹复合材料预成型体进行热压成型，热压成型的温度为120℃，热压成型的压力为15Mpa，从而制得阻燃防弹复合材料；

具体而言，将35层该阻燃防弹复合材料预成型体叠加放置于平板硫化机中进行热压成型，从而制得5mm厚阻燃防弹复合材料板材，以用于进行阻燃性能测试；将71层阻燃防弹复合材料预成型体叠加放置于平板硫化机中进行热压成型，从而制得10mm厚阻燃防弹复合材料板材，以用于进行防弹性能测试；在阻燃性能测试中，热释放速率是反映材料阻燃性能的主要指标，其数值越小则阻燃性能越好；在防弹性能测试中，警用防弹衣标准4级V₅₀性能（本申请文件的表格中简写为V₅₀）是反映材料防弹性能的主要指标，其数值越高，防弹性能越好。

对比例1～5

与实施例一相比，对比例1～5采用了与实施例一相同的步骤，其不同之处可以如下表1所示：

表1：

在对比例1～5中，每个对比例均按照表1的对应单元格中所记载的数值制得5mm厚阻燃防弹复合材料板材和10mm厚阻燃防弹复合材料板材；5mm厚阻燃防弹复合材料板材用于进行阻燃性能测试，10mm厚阻燃防弹复合材料板材用于进行防弹性能测试；这组对比实验的具体结果可以如下表2所示：

表2：

结合表1和表2可知：实施例一与对比例4和对比例5的热释放速率值最低，但对比例4和对比例5的防弹性能V₅₀值有明显的衰减。对比例1、对比例2和对比例3与实施例一的防弹V₅₀值都能满足实际防弹性能的需求，但对比例1、对比例2和对比例3的热释放速率值高，阻燃性能差。在实际应用过程中，要在保证材料防弹性能的前提下，来改善材料的阻燃性能。

由此可见，在阻燃防弹复合基体胶液中，膨胀型复合无卤阻燃剂体系的质量分数控制在5%，能够使最终制得的阻燃防弹复合材料在阻燃性能和防弹性能这两方面均能取得极好效果，远远优于膨胀型复合无卤阻燃剂体系的其他添加比例。

对比例6～11

与实施例一相比，对比例6～11采用了与实施例一相同的步骤，其不同之处可以如下表3所示：

表3：

在对比例6～11中，每个对比例均按照表3的对应单元格中所记载的数值制得5mm厚阻燃防弹复合材料板材和10mm厚阻燃防弹复合材料板材；5mm厚阻燃防弹复合材料板材用于进行阻燃性能测试，10mm厚阻燃防弹复合材料板材用于进行防弹性能测试；这组对比实验的具体结果可以如下表4所示：

表4：

结合表3和表4可知：实施例一的警用防弹衣标准4级V₅₀性能达到了487m/s，高于对比例6～11的这一性能指标，而这一性能指标与实施例一最接近的是对比例11，但其热释放速率远高于实施例一，因此在保持较高阻燃性能的情况下，实施例一的防弹性能好于对比例6～11。实施例一的热释放速率为345.9KW/m²，远低于对比例6～11的这一性能指标，而这一性能指标与实施例一最接近的是对比例9，但其警用防弹衣标准4级V₅₀性能低于实施例一，因此在保持较高防弹性能的情况下，实施例一所制备的阻燃性能远好于对比例8～13。

由此可见，本发明实施例所提供的膨胀型复合无卤阻燃剂体系的组分配比能够使最终制得的阻燃防弹复合材料在阻燃性能和防弹性能这两方面均能取得极好效果，远远优于其他组分配比制得的阻燃剂体系。

综上所述，本发明实施例不仅具有良好的阻燃性能，而且具有现有技术中未添加阻燃剂的防弹材料的防弹性能，同时还具有安全、环保、质地轻盈等特点，能够使各种防弹装备的防护水平达到最大化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种阻燃防弹复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、将催化剂、炭化剂和发泡剂按照质量比5：3：2的比例均匀混合，制得膨胀型复合无卤阻燃剂体系；所述的催化剂为聚磷酸铵，所述的炭化剂为季戊四醇，所述的发泡剂为三聚氰胺；

步骤B、将膨胀型复合无卤阻燃剂体系与基体树脂进行混合，制得阻燃防弹复合基体胶液；在步骤B制得的阻燃防弹复合基体胶液中，膨胀型复合无卤阻燃剂体系的质量分数为5％；

步骤C、将连续纤维与阻燃防弹复合基体胶液进行正交铺层复合成型，并经过热风干燥，制得阻燃防弹复合材料预成型体；在步骤C制得的阻燃防弹复合材料预成型体中，连续纤维的质量分数为70％～80％；所述的连续纤维为高强度聚乙烯纤维；

步骤D、将阻燃防弹复合材料预成型体进行热压成型，即制得阻燃防弹复合材料；在步骤D中，热压成型的温度为115～125℃、压力为10～20Mpa；

最终制得的阻燃防弹复合材料是由32～38层阻燃防弹复合材料预成型体叠加放置于平板硫化机中经热压成型制成的5mm厚阻燃防弹复合材料板材，或是由68～74层阻燃防弹复合材料预成型体叠加放置于平板硫化机中经热压成型制成的10mm厚阻燃防弹复合材料板材。

2.一种阻燃防弹复合材料，其特征在于，由上述权利要求1所述的阻燃防弹复合材料的制备方法制备而成。