CN103753904B - 高韧性树脂基芳纶复合材料及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及纺织领域，特别涉及高韧性树脂基芳纶复合材料及其生产方法。其中，该高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法，包括下列步骤：按重量计，将50-80份环氧树脂与10-20份改性剂混合；其中，改性剂为液体聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚乙二醇醚中的一种或多种；将环氧树脂与改性剂的混合物中加入15-35份脂肪胺类固化剂，再搅拌，得到复合树脂；将复合树脂在15-40℃下干燥1.5-4.5h，得到半固化的复合树脂膜；将半固化的复合树脂膜涂覆在芳纶织物的表面，经压辊成型，得到高韧性树脂基芳纶复合材料。与相关技术中的预浸工艺相比，本发明的生产方法得到的高韧性树脂基芳纶复合材料防刺性能较高，并且防刺性能分布均匀。

Description

高韧性树脂基芳纶复合材料及其生产方法

技术领域

本发明涉及纺织领域，具体而言，涉及高韧性树脂基芳纶复合材料及其生产方法。

背景技术

随着社会的发展和进步，人们日益渴望社会的和平和个人的人身安全。自从“美国9.11”事件发生后，人们的反恐意识愈加强烈，因此个体防护材料的研制和开发得到了快速发展。目前，可用于个体防护的材料有很多种，例如树脂基玻璃纤维复合材料、树脂基碳纤维复合材料、树脂基芳纶复合材料等。以上材料的防护功能主要体现在防弹和防刺两个方面。其中，树脂基芳纶复合材料具有重量轻、强度高、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等优点，因而应用比较广泛。

树脂基芳纶复合材料是由以树脂为基体的芳纶纤维增强材料，其常用的加工工艺是：直接以树脂溶液（即树脂为液体状）对芳纶织物进行预浸处理制成。相比单一的芳纶织物，该复合材料具有良好的防刺性能，原理是：由于树脂涂层对芳纶织物纤维起到一定的保护作用，增加芳纶织物的韧性，阻碍刀尖对芳纶织物的侵彻，因此，芳纶织物的防刺性增加。

但是，采用液体树脂对芳纶织物进行预浸处理时，液体树脂会浸入芳纶织物的结构缝隙中，形成表面凹凸不平的粗糙结构，该粗糙结构中凸起部分的纤维容易受到刀割、刀刺的侵彻，即该凸起部分作为防刀尖侵彻的薄弱部位，其防刺性能较差。由此可见，采用预浸工艺制成的树脂基芳纶复合材料的防刺性能不均一，凸起部分的防刺性能弱。

发明内容

本发明的目的在于提供高韧性树脂基芳纶复合材料及其生产工艺，以解决上述的问题。

在本发明的实施例中提供了一种高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法，包括下列步骤：

按重量计，将50-80份环氧树脂与10-20份改性剂混合；其中，改性剂为液体聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚乙二醇醚中的一种或多种。

将环氧树脂与改性剂的混合物中加入15-35份脂肪胺类固化剂，再搅拌，得到复合树脂；

将复合树脂在15-40℃下干燥1.5-4.5h，得到半固化的复合树脂膜；

将半固化的复合树脂膜涂覆在芳纶织物的表面，经压辊成型，得到高韧性树脂基芳纶复合材料。

进一步地，混合的方法为：搅拌25-45min。

进一步地，将复合树脂在15-40℃下干燥之前还包括：将复合树脂转移至离型纸上。

进一步地，压辊成型时，压辊的滚动速度为8-20m/s，压强为5-15MPa。

进一步地，将复合树脂转移至离型纸上的方法为：将复合树脂挤塑至离型纸上。

在本发明的实施例中还提供了一种高韧性树脂基芳纶复合材料，其采用上文任一种高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法制得。

本发明上述实施例的高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法是先制备复合树脂，再制备半固化的复合树脂膜，再将该半固体的复合树脂膜涂覆在芳纶织物的表面，经压辊成型得到高韧性树脂基芳纶复合材料。由于以上生产方法所用的半固体的复合树脂膜在常态条件下流动性比液体树脂弱，不会浸入芳纶织物的结构缝隙中形成表面凹凸不平的粗糙结构，因而制得的高韧性树脂基芳纶复合材料防刺性能均匀，不存在防刺性能较弱的凸起部分。另外，上述生产方法是将半固化的复合树脂膜直接涂覆在芳纶织物的表面，使得芳纶织物表面增加了一道防护，增加了刀剑在芳纶织物上形成穿孔结构的阻力，即芳纶织物的防刺性能提高。由此可见，与相关技术中的预浸工艺相比，本实施例的生产方法得到的高韧性树脂基芳纶复合材料防刺性能较高，并且防刺性能分布均匀。

另外，经试验证明，与相关技术中的预浸工艺相比，在得到的树脂基芳纶复合材料厚度、重量相等的情况下，本实施例的生产方法得到的高韧性树脂基芳纶复合材料的防刺性能高出40%以上。

其中，复合树脂中各成分的作用是：环氧树脂为胶的主体材料；改性剂可以增强胶的韧性，进而提高树脂基芳纶复合材料的韧性、弹性；脂肪胺类固化剂与环氧树脂会发生化学反应，形成网状立体聚合物，从而使树脂的体型固化。通过以上配方制得的半固化的复合树脂膜不仅本身具有较强的穿刺阻力和优异的粘结性能，而且对芳纶织物的纤维起到了固定的约束作用，可显著提高芳纶织物的抗穿刺性能。由此可见，以上实施例的生产方法从多个方面提高了芳纶织物的抗穿刺性能。

附图说明

图1示出了本发明的实施例提供的高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法的流程图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子对本发明做进一步的详细描述。

实施例一

一种高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法，如图1所示，包括下列步骤：

步骤101：按重量计，将50-80份环氧树脂与10-20份改性剂混合。

步骤102：将环氧树脂与改性剂的混合物中加入15-35份脂肪胺类固化剂，再搅拌，得到复合树脂。

步骤103：将复合树脂在15-40℃下干燥1.5-4.5h，得到半固化的复合树脂膜。

步骤104：将半固化的复合树脂膜涂覆在芳纶织物的表面，经压辊成型，得到高韧性树脂基芳纶复合材料。

其中，改性剂为液体聚硫橡胶、液体硅橡胶、聚乙二醇醚中的一种或多种。

以上高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法是先制备复合树脂，再制备半固化的复合树脂膜，再将该半固体的复合树脂膜涂覆在芳纶织物的表面，经压辊成型得到高韧性树脂基芳纶复合材料。由于以上生产方法所用的半固体的复合树脂膜在常态条件下流动性比液体树脂弱，不会完全浸入芳纶织物的结构缝隙中形成织布表面固有的凹凸不平的粗糙结构，因而制得的高韧性树脂基芳纶复合材料防刺性能均匀，不存在防刺性能较弱的凸起结构。此外，由于以上生产方法通过树脂转移膜复合芳纶织物的制备方法使得树脂基芳纶织物复合材料表面更加光滑、树脂分布均匀，因此复合材料的防刺性能更均匀稳定。

另外，上述生产方法是将半固化的复合树脂膜直接涂覆在芳纶织物的表面，使得芳纶织物表面增加了一道防护，增加了刀剑在芳纶织物上形成穿孔结构的阻力，即芳纶织物的防刺性能提高。由此可见，与相关技术中的预浸工艺相比，本实施例的生产方法得到的高韧性树脂基芳纶复合材料防刺性能较高，并且防刺性能分布均匀。

另外，经试验证明，与相关技术中的预浸工艺相比，在得到的树脂基芳纶复合材料厚度、重量相等的情况下，本实施例的生产方法得到的高韧性树脂基芳纶复合材料的防刺性能高出40%以上。

其中，复合树脂中各成分的作用是：环氧树脂为胶的主体材料；改性剂可以增强胶的韧性，可显著提高树脂基芳纶复合材料的韧性；脂肪胺类固化剂与环氧树脂会发生化学反应，形成网状立体聚合物（即交联），从而使树脂的体型固化。具体为：

液体聚硫是环氧树脂胶黏剂的增韧剂，液体聚硫橡胶的溶解度与环氧树脂相近，因而相容性好，在环氧交联结构中引入了柔性较好的链段，降低环氧树脂本体模量，增大韧性，冲击强度由0.45J/cm²提高到0.90J/cm²。液体聚硫橡胶增韧改性的环氧树脂密封胶，在44MPa压力下不泄漏，可用于耐受深海压力容器的密封。

液体硅橡胶在-65℃-200℃范围下可长期使用并保持其柔软弹性性能，硫化性能优异，有优良的电性能和化学稳定性，耐水、耐臭氧、耐气候老化，无腐蚀性，生理惰性，无毒无味，线收缩率低，制品透明性高，脱模性好的优点，易操作等特点。

通过以上配方制得的半固化的复合树脂膜不仅本身具有较强的穿刺阻力和优异的粘结性能，而且对芳纶织物的纤维起到了适当的固定约束作用，从而提高芳纶织物的抗穿刺性能。综上所述，以上实施例的生产方法从多个方面提高了芳纶织物的抗穿刺性能。

另外，步骤102中搅拌的作用是：使脂肪胺类固化剂与环氧树脂、改性剂能够充分混合、反应。步骤103中的干燥温度可以选用15-40℃内的任意温度，该温度环境相当于常温条件，其中更为优选的温度是25℃。步骤101和102中的各成分可采用其份数范围内的任意份数，例如环氧树脂可为50、60、70、80份等，改性剂采用10、13、15、18、20份等（指改性剂的总量），固化剂可为15、20、25、30、35份等。

以上高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法还可以进一步改进，以达到更多的技术效果，例如：

步骤101中的混合可采用多种方法，以保证环氧树脂与改性剂充分混合并反应。例如，搅拌25-45min。

步骤103中的将复合树脂在15-40℃下干燥之前还包括：将复合树脂转移至离型纸上：防止复合树脂发生粘连或污染，提高复合树脂的均匀性和洁净度。其中，将复合树脂转移至离型纸上的方式有很多种，例如，将复合树脂挤塑至离型纸上，这种方式可以使复合树脂的薄厚更加均一。另外，离型纸可采用多种材质的离型纸，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯PE、聚碳酸酯（PC）或纸质离型纸等。

步骤104中，涂覆也可采用其它多种方法使半固化的复合树脂膜均匀地与芳纶织物贴合在一起。当采用压辊成型的方式时，为了使半固化的复合树脂膜与芳纶织物无气泡紧密的复合，可优选采用如下的工作条件：压辊的滚动速度为8-20m/s，压强为5-15MPa。

实施例二

该实施例提供了一种高韧性树脂基芳纶复合材料，其采用实施例一或者其优选方法制得。由此可见，本实施例的高韧性树脂基芳纶复合材料也可以达到上文所述的技术效果。

其中，所用的复合树脂中的各成分可采用其份数范围内的任意份，例如表1所示的配方（该表格只列举了部分配方，本发明的保护范围并不限于以下配方）。

表1复合树脂的配方

实施例三

取环氧树脂与改性剂混合，均匀搅拌25min使两种组分充分混合，继续加入脂肪胺类固化剂催化，充分搅拌25min，改性后的复合树脂转移到离型纸（PET、PE、PC或纸质离型纸）上，保证树脂均匀光滑附着在离型纸上，并加入干燥箱中常温真空干燥成膜保存，再将柔韧性好薄厚均一树脂配膜，二次转移至平整的芳纶布上。压辊滚动速度及压力调控适当，速度保证8m/s，压力保持在5MPa，定速定压均匀地压制，使改性过的环氧树脂膜与芳纶布无气泡紧密的复合，制成具有防刺性能优异、质量轻、稳定性好的芳纶防刺材料（即高韧性树脂基芳纶复合材料）。

实施例四

取环氧树脂与改性剂混合，均匀搅拌45min使两种组分充分混合，继续加入脂肪胺类固化剂催化，充分搅拌45min，改性后的复合树脂转移到离型纸（PET、PE、PC或纸质离型纸）上，保证树脂均匀光滑附着在离型纸上，并加入干燥箱中常温真空干燥成膜保存，再将柔韧性好薄厚均一树脂配膜，二次转移至平整的芳纶布上。压辊滚动速度及压力调控适当，速度保证20m/s，压力保持在15MPa，定速定压均匀地压制，使改性过的环氧树脂膜与芳纶布无气泡紧密的复合，制成具有防刺性能优异、质量轻、稳定性好的芳纶防刺材料（即高韧性树脂基芳纶复合材料）。

实施例五

取环氧树脂与改性剂混合，均匀搅拌35min使两种组分充分混合，继续加入脂肪胺类固化剂催化，充分搅拌35min，改性后的复合树脂转移到离型纸（PET、PE、PC或纸质离型纸）上，保证树脂均匀光滑附着在离型纸上，并加入干燥箱中常温真空干燥成膜保存，再将柔韧性好薄厚均一树脂配膜，二次转移至平整的芳纶布上。压辊滚动速度及压力调控适当，速度保证14m/s，压力保持在10MPa，定速定压均匀地压制，使改性过的环氧树脂膜与芳纶布无气泡紧密的复合，制成具有防刺性能优异、质量轻、稳定性好的芳纶防刺材料（即高韧性树脂基芳纶复合材料）。

以上实施例三至五中的复合树脂可采用上文提及的任意配方制成。

为了更清楚地说明本发明的有益效果，以下还提供了具体试验例：

采用相关技术中的预浸工艺制备的芳纶防刺片10层厚60mm，通过使用GA68标准刀具，以24J穿刺动能检测时，10层防刺片穿透，同时刀尖露出10mm，穿透长度相当70mm，采用本发明的生产方法制出的芳纶防刺片10层厚60mm，同样以24J穿刺动能的刀尖检测，结果10层防刺片不完全穿透，刀尖只穿透6层，即穿透36mm。防刺性能远远优于相关技术中浸渍工艺制出的芳纶防刺片，高出40%以上。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法，其特征在于，包括下列步骤：

按重量计，将50-80份环氧树脂与10-20份聚乙二醇醚混合，搅拌25-45min；

将所述环氧树脂与所述聚乙二醇醚的混合物中加入15-35份脂肪胺类固化剂，再搅拌，得到复合树脂；

将所述复合树脂在15-40℃下干燥1.5-4.5h，得到半固化的复合树脂膜；

将所述半固化的复合树脂膜涂覆在芳纶织物的表面，经压辊成型，得到所述高韧性树脂基芳纶复合材料。

2.根据权利要求1所述的高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法，其特征在于，将所述复合树脂在15-40℃下干燥之前还包括：将所述复合树脂转移至离型纸上。

3.根据权利要求1所述的高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法，其特征在于，压辊成型时，压辊的滚动速度为8-20m/s，压强为5-15MPa。

4.根据权利要求2所述的高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法，其特征在于，将所述复合树脂转移至离型纸上的方法为：将所述复合树脂挤塑至离型纸上。

5.高韧性树脂基芳纶复合材料，其特征在于，所述高韧性树脂基芳纶复合材料为采用权利要求1-4任一项所述的高韧性树脂基芳纶复合材料的生产方法制得的高韧性树脂基芳纶复合材料。