CN105082572A - 一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，以高性能纤维碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物为预制件，充分利用高性能纤维碳纤维、芳纶纤维的增强作用，高强聚乙烯在一定温度下熔化为基体的粘结作用，通过模压成型设备对预制件进行模压成型，制得碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的复合材料。本发明制得的复合材料具有不同的混杂协同效应，可以有效提高防弹能力和机械性能，此外具有良好的可观察性且压力调节范围较大，复合材料的结构内部质量易于保证，外形尺寸精度较高，因而在产业用复合材料领域广泛应用。

Description

一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种以高性能纤维作为增强材料，熔融型高性能纤维作为基体的硬质防弹复合材料，尤其是一种碳纤、芳纶与高强聚乙烯纤维硬质防弹复合材料的制备方法。

背景技术

高性能纤维增强复合材料是一种具有很高的弯曲强度和冲击韧性、极高的疲劳强度、抗损伤性能及优异的可设计性和成型加工性。碳纤维、芳纶纤维、高强聚乙烯纤维是比强度高、抗冲击性能好的三大高性能纤维，制成的一类抗弹类复合材料、耐冲击性好、比防护性能设计性强，并且具有一定的多功能性以及优异的韧性在防弹复合材料领域被广泛应用。其中碳纤维和芳纶纤维具有高强度、高模量、高稳定性的和轻质的特点，而高强聚乙烯纤维熔点较低和树脂的复合性能不好、粘接强度低、不耐热。将碳纤维、芳纶纤维和高强聚乙烯相结合，碳纤维、芳纶作为增强材料，高强聚乙烯在一定温度下熔化作为基体，采用模压成型工艺制备碳纤、芳纶增强高强聚乙烯热熔性纤维复合材料，可以充分发挥三者的优良性能，扩大复合材料的种类和应用范围。

发明内容

本发明目的在于提供了一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，本发明制得的复合材料具有不同的混杂协同效应，可以有效提高防弹能力和机械性能，此外具有良好的可观察性且压力调节范围较大，复合材料的结构内部质量易于保证，外形尺寸精度较高，因而在产业用复合材料领域广泛应用。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，以高性能纤维碳纤维(购于日本东丽公司)、芳纶纤维（购于常州高远化工有限公司）与高强聚乙烯纤维（购于宁波大成新材料股份有限公司）机织物为预制件，充分利用高性能纤维碳纤维、芳纶纤维的增强作用，高强聚乙烯在一定温度下熔化为基体粘结作用，通过模压成型设备对预制件进行模压成型，制得碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的复合材料。

所述的碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物采用芳纶纤维与高强聚乙烯纤维包缠线为经纱，采用碳纤维与高强聚乙烯纤维包缠线为纬纱，首先根据经纱和纬纱的交织层数确定各层经纱和纬纱的交织规律，设计碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物组织：根据各层经纱和纬纱的交织规律画出碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物的结构示意图；再根据碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物的结构示意图画出碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物组织图，然后通过碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物组织图得到碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物组织的上机图，最后根据碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物的上机图，在织机上织造得到碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物。

所述的预制件的经纱为芳纶纤维与高强聚乙烯纤维包缠线为经纱，预制件的纬纱为碳纤维与高强聚乙烯纤维包缠线为纬纱，其中碳纤维的细度为1600~2500D，芳纶纤维的细度为1000-1200D，高强聚乙烯纤维的细度为900-1200D。

所述的经纱和纬纱的交织层数为4~6层。

所述的碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物组织结构采用三维正交机织物组织、三维准正交正交机织物组织和三维角联锁机织物组织中的一种。

所述模压成型设备的模压时间为30min~50min；模压温度为145℃~160℃；模压压力为5MPa~20MPa。

本发明的有益效果是：本发明的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，以碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物的为预制件，充分利用高性能纤维碳纤维、芳纶纤维的增强作用，高强聚乙烯在一定温度下熔化为基体的粘结作用；改变预制件的组织结构、经纬纱线的交织层数得到不同类型的复合材料，同时保证制得的复合材料具有不同的厚度和硬度，表现出不同的机械性能和防弹性能，这种硬质防弹复合材料主要是通过弹开弹头或者使子弹碎裂来消耗分解其能量而起到防弹的作用。此外采用模压成型工艺操作方便，具有良好的可观察性且压力调节范围较大，复合材料结构内部质量易于保证，外形尺寸精度较高，因而在产业用复合材料领域广泛应用。

具体实施方式

实施例1

本实施例的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，以高性能纤维碳纤维(购于日本东丽公司)、芳纶纤维（购于常州高远化工有限公司）与高强聚乙烯纤维（购于宁波大成新材料股份有限公司）机织物为预制件，充分利用高性能纤维碳纤维、芳纶纤维的增强作用，高强聚乙烯在一定温度下熔化为基体的粘结作用，通过模压成型设备对预制件进行模压成型，制得碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的复合材料。

具体为：首先设计预制件的组织结构，采用细度为1100D的芳纶纤维与细度为1000D的高强聚乙烯纤维的包缠纱作为经纱，细度为1800D的碳纤维与细度为1000D的高强聚乙烯纤维的包缠纱作为纬纱。经纱的交织层数为4层，纬纱的交织层数为4层，根据经纱和纬纱的的层数确定各层经纱和纬纱的交织规律画出碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维三维准正交的结构示意图，然后根据三维准正交机织物的结构示意图画出三维准正交机织物的组织图和上机图。再根据设计出来的碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维三维准正交上机图，在实验室的SL800半自动织物织机上织造得到碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯的机织物为预制件。通过XLB25-L平板硫化机对碳纤维、芳纶纤维、高强聚乙烯的三维准正交机织物进行模压成型，所述的XLB25-L平板硫化机的模压时间为30min；模压温度为150℃；模压压力为5MPa；制得碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的硬质防弹复合材料。

本实施例的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，以碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物的为预制件，充分利用高性能纤维碳纤维、芳纶纤维的增强作用，高强聚乙烯在一定温度下熔化为基体的粘结作用；改变预制件的组织结构、经纬纱线的交织层数得到不同类型的复合材料，同时保证制得的复合材料具有不同的厚度和硬度，表现出不同的机械性能和防弹性能，这种硬质防弹复合材料主要是通过弹开弹头或者使子弹碎裂来消耗分解其能量而起到防弹的作用。此外采用模压成型工艺操作方便，具有良好的可观察性且压力调节范围较大，复合材料结构内部质量易于保证，外形尺寸精度较高，因而在产业用复合材料领域广泛应用。

实施例2

本实施例的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，以高性能纤维碳纤维(购于日本东丽公司)、芳纶纤维（购于常州高远化工有限公司）与高强聚乙烯纤维（购于宁波大成新材料股份有限公司）机织物为预制件，充分利用高性能纤维碳纤维、芳纶纤维的增强作用，高强聚乙烯在一定温度下熔化为基体的粘结作用，通过模压成型设备对预制件进行模压成型，制得碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的复合材料。

具体为：首先设计预制件的组织结构，采用细度为1000D的芳纶纤维与细度为900D的高强聚乙烯纤维的包缠纱作为经纱，细度为1600D的碳纤维与细度为900D的高强聚乙烯纤维的包缠纱作为纬纱。经纱的交织层数为4层，纬纱的交织层数为4层，根据经纱和纬纱的的层数确定各层经纱和纬纱的交织规律画出碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维三维正交的结构示意图，然后根据三维正交机织物的结构示意图画出三维正交机织物的组织图和上机图。再根据设计出来的碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维三维正交上机图，在实验室的SL800半自动织物织机上织造得到碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯的机织物为预制件。通过XLB25-L平板硫化机对碳纤维、芳纶纤维、高强聚乙烯的三维正交机织物进行模压成型，所述的XLB25-L平板硫化机的模压时间为35min；模压温度为155℃；模压压力为10MPa；制得碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的防弹复合材料。

本实施例的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，以碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物的为预制件，充分利用高性能纤维碳纤维、芳纶纤维的增强作用，高强聚乙烯在一定温度下熔化为基体的粘结作用；改变预制件的组织结构、经纬纱线的交织层数得到不同类型的复合材料，同时保证制得的复合材料具有不同的厚度和硬度，表现出不同的机械性能和防弹性能，这种硬质防弹复合材料主要是通过弹开弹头或者使子弹碎裂来消耗分解其能量而起到防弹的作用。此外采用模压成型工艺操作方便，具有良好的可观察性且压力调节范围较大，复合材料结构内部质量易于保证，外形尺寸精度较高，因而在产业用复合材料领域广泛应用。

实施例3

本实施例的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，以高性能纤维碳纤维(购于日本东丽公司)、芳纶纤维（购于常州高远化工有限公司）与高强聚乙烯纤维（购于宁波大成新材料股份有限公司）机织物为预制件，充分利用高性能纤维碳纤维、芳纶纤维的增强作用，高强聚乙烯在一定温度下熔化为基体的粘结作用，通过模压成型设备对预制件进行模压成型，制得碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的复合材料。

具体为：首先设计预制件的组织结构，采用细度为1200D的芳纶纤维与细度为1200D的高强聚乙烯纤维的包缠纱作为经纱，细度为2500D的碳纤维与细度为1200D的高强聚乙烯纤维的包缠纱作为纬纱。经纱的交织层数为5层，纬纱的交织层数为5层，根据经纱和纬纱的的层数确定各层经纱和纬纱的交织规律画出碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维三维角联锁的结构示意图，然后根据三维角联锁织物的结构示意图画出三维角联锁机织物的组织图和上机图。再根据设计出来的碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维三维角联锁上机图，在实验室的SL800半自动织物织机上织造得到碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯的机织物为预制件。通过XLB25-L平板硫化机对碳纤维、芳纶纤维、高强聚乙烯的三维角联锁织物进行模压成型，所述的XLB25-L平板硫化机的模压时间为40min；模压温度为145℃；模压压力为15MPa；制得碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的防弹复合材料。

本实施例的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，以碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物的为预制件，充分利用高性能纤维碳纤维、芳纶纤维的增强作用，高强聚乙烯在一定温度下熔化为基体的粘结作用；改变预制件的组织结构、经纬纱线的交织层数得到不同类型的复合材料，同时保证制得的复合材料具有不同的厚度和硬度，表现出不同的机械性能和防弹性能，这种硬质防弹复合材料主要是通过弹开弹头或者使子弹碎裂来消耗分解其能量而起到防弹的作用。此外采用模压成型工艺操作方便，具有良好的可观察性且压力调节范围较大，复合材料结构内部质量易于保证，外形尺寸精度较高，因而在产业用复合材料领域广泛应用。

实施例4

本实施例的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，以高性能纤维碳纤维(购于日本东丽公司)、芳纶纤维（购于常州高远化工有限公司）与高强聚乙烯纤维（购于宁波大成新材料股份有限公司）机织物为预制件，充分利用高性能纤维碳纤维、芳纶纤维的增强作用，高强聚乙烯在一定温度下熔化为基体的粘结作用，通过模压成型设备对预制件进行模压成型，制得碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的复合材料。

具体为：首先设计预制件的组织结构，采用细度为1100D的芳纶纤维与细度为1000D的高强聚乙烯纤维的包缠纱作为经纱，细度为1800D的碳纤维与细度为1000D的高强聚乙烯纤维的包缠纱作为纬纱。经纱的交织层数为6层，纬纱的交织层数为6层，根据经纱和纬纱的的层数确定各层经纱和纬纱的交织规律画出碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维三维正交的结构示意图，然后根据三维正交织物的结构示意图画出三维正交机织物的组织图和上机图。再根据设计出来的碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维三维正交上机图，在实验室的SL800半自动织物织机上织造得到碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯的机织物为预制件。通过XLB25-L平板硫化机对碳纤维、芳纶纤维、高强聚乙烯的三维正交织物进行模压成型，所述的XLB25-L平板硫化机的模压时间为50min；模压温度为160℃；模压压力为20MPa；制得碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的防弹复合材料。

本实施例的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，以碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物的为预制件，充分利用高性能纤维碳纤维、芳纶纤维的增强作用，高强聚乙烯在一定温度下熔化为基体粘结作用；改变预制件的组织结构、经纬纱线的交织层数得到不同类型的复合材料，同时保证制得的复合材料具有不同的厚度和硬度，表现出不同的机械性能和防弹性能，这种硬质防弹复合材料主要是通过弹开弹头或者使子弹碎裂来消耗分解其能量而起到防弹的作用。此外采用模压成型工艺操作方便，具有良好的可观察性且压力调节范围较大，复合材料结构内部质量易于保证，外形尺寸精度较高，因而在产业用复合材料领域广泛应用。

Claims (6)

1.一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，其特征在于：以高性能纤维碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物为预制件，充分利用高性能纤维碳纤维、芳纶纤维的增强作用，高强聚乙烯在一定温度下熔化为基体的粘结作用，通过模压成型设备对预制件进行模压成型，制得碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的复合材料。

2.如权利要求1所述的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，其特征在于：所述的碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物采用芳纶纤维与高强聚乙烯纤维包缠线为经纱，采用碳纤维与高强聚乙烯纤维包缠线为纬纱，首先根据经纱和纬纱的交织层数确定各层经纱和纬纱的交织规律，设计碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物组织，然后根据各层经纱和纬纱的交织规律画出碳纤维纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物的结构示意图；再根据碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物的结构示意图画出碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物组织图，然后通过碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物组织图得到碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物组织的上机图，最后根据碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维机织物的上机图，在织机上织造得到碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物。

3.如权利要求2所述的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，其特征在于：所述的预制件的经纱为芳纶纤维与高强聚乙烯纤维包缠线为经纱，预制件的纬纱为碳纤维与高强聚乙烯纤维包缠线为纬纱，其中碳纤维的细度为1600~2500D，芳纶纤维的细度为1000-1200D，高强聚乙烯纤维的细度为900-1200D的纤维。

4.如权利要求2所述的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，其特征在于：所述的经纱和纬纱的交织层数为4~6层。

5.如权利要求2所述的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，其特征在于：所述的碳纤维、芳纶纤维与高强聚乙烯纤维的机织物组织结构采用三维正交机织物组织、三维准正交正交机织物组织和三维角联锁机织物组织中的一种。

6.如权利要求1所述的一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法，其特征在于：所述模压成型设备的模压时间为30min~50min；模压温度为145℃~160℃；模压压力为5MPa~20MPa。