CN106758193B - 武器装备专用特种纤维材料及其织物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种武器装备专用特种纤维材料及其织物，芳纶纤维经邻苯二甲酸酐和微晶纤维素进行处理后，可提高其与聚氨酯胶黏剂的粘结性能，粘结强度大，可在一定程度上提高芳纶纤维的防弹性能。制备的武器装备专用特种芳纶纤维经过展丝，以及均匀、平行和挺直排列后，使用改性聚氨酯胶黏剂进行上胶；然后在60‑80℃烘干得到芳纶纤维无纬布。制备的芳纶无纬布强度高、耐水性能和防弹性能优异，抗冲击性能优良，适用于人体防护及装甲防护。

Description

武器装备专用特种纤维材料及其织物
技术领域
本发明涉及一种纤维材料及其织物，特别涉及一种武器装备专用特种纤维材料及其织物。
背景技术
在人体防护和武器装备领域，不仅对抗弹性能有要求，而且对重量、结构强度和高低温环境下的适用性也有很高的要求，因此，需要使用兼具防护功能和结构强度的高性能纤维复合材料。
芳纶纤维具有高强度、高模量、良好的抗冲击性以及良好的化学稳定性等特点，其防弹复合材料广泛应用于人体防弹装甲、军用车辆、直升飞机装甲等方面。但芳纶表面呈现较大的惰性，反应活性低，导致芳纶与树脂等基体之间的界面粘附性很差。为了更好地发挥芳纶优异的力学性能，改善芳纶增强复合材料的界面结合状况，就必须对芳纶表面进行改性处理。
芳纶纤维无纬布是由芳纶纤维通过展丝，均匀、平行和挺直排列后，对其进行涂胶、干燥后制成的。然而这种复合无纬布，由于作为基体的胶粘剂自身的缺点，使得复合无纬布的综合性能受到影响，体现在耐热性差，特别是其耐水性能差，综合机械强度也较差，生产效率较低。因此，如何改变芳纶纤维复合无纬布的生产效率，提高其防弹性能，已经成为防护品研究的必然趋势。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种武器装备专用特种纤维，其与聚氨酯胶黏剂的粘结强度大，防弹性能有了一定提升。
本发明的目的之二是提供上述武器装备专用特种纤维制成的织物，具有防弹性能好和耐水性能好的特点。
本发明的技术方案是：
一种武器装备专用特种纤维，制备方法如下：
(1)将芳纶纤维放在丙酮中浸泡20-24h，然后将芳纶纤维用去离子水洗涤，除去纤维表面的涂层，再在温度为90-100℃的烘箱中干燥1-2h，备用；
(2)将邻苯二甲酸酐用热水溶解并配成质量分数为0.1-0.5％的水溶液，再加入与邻苯二甲酸酐等质量的微晶纤维素，500-800r/min搅拌10-15min，备用；
(3)将步骤(1)中干燥后的芳纶纤维浸入到步骤(2)的邻苯二甲酸酐与微晶纤维素的混合液中，在40-60℃浸泡1-3h；
(4)将步骤(3)中浸泡后的芳纶纤维用水洗涤3-5次，然后在温度为100-120℃的烘箱中干燥2-3h，即得。
微晶纤维素是一种纯化的、部分解聚的纤维素，白色、无臭、无味，由多孔微粒组成的结晶粉末，主要成分为以β-1,4-葡萄糖苷键结合的直链式多糖类物质。聚合度约为3000～10000个葡萄糖分子。在一般植物纤维中，微晶纤维素约占73％，另30％为无定形纤维素。
本发明采用的微晶纤维素购于郑州奇华顿化工产品有限公司。
芳纶纤维经本发明所述的方法进行处理后，可提高其与聚氨酯胶黏剂的粘结性能，粘结强度大，可在一定程度上提高芳纶纤维的防弹性能。
本发明制备的武器装备专用特种芳纶纤维经过展丝，以及均匀、平行和挺直排列后，使用改性聚氨酯胶黏剂进行上胶；然后在60-80℃烘干得到芳纶纤维无纬布。
所述改性聚氨酯胶黏剂的制备方法如下：
(1)槲皮素和岩藻黄质以质量比10:1混合后，加入槲皮素重量30-40倍的乙醇，再加入异戊醛，40-50℃加热30-60min，然后加入四甲基丙二胺和N-甲基吗啉，升温至60-70℃，反应10-15h，再升温至120-150℃，保持6-8h，然后冷却至室温，即得预处理后的槲皮素；
(2)将二烯丙基硫醚加入聚氨酯胶黏剂水溶液中,搅拌均匀后静置10-30min，然后依次加入2-己烯醛、预处理后的槲皮素、木质素磺酸钙和三乙烯二胺，搅拌均匀，80-90℃反应3-6h，最后加入二氰二胺，80-90℃静置10-20min，即可。
所述异戊醛的用量为槲皮素质量的1-5％，四甲基丙二胺的用量为槲皮素质量的0.1-0.8％，N-甲基吗啉的用量为槲皮素质量的1.5-3.5％；
所述聚氨酯胶黏剂水溶液是按质量比聚氨酯胶黏剂：水＝1:2的比例制成的；
所述二烯丙基硫醚的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.3-0.9％,2-己烯醛的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的2.5-3.5％，预处理后的槲皮素的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的5-8％，木质素磺酸钙的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的1-3％，三乙烯二胺的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.1-0.5％，二氰二胺的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.05-0.1％；
木质素磺酸钙是一种多组分高分子聚合物阴离子表面活性剂，外观为浅黄色至深棕色粉末，略有芳香气味，分子量一般在800～10000之间，具有很强的分散性、粘结性、螯合性。通常来自酸法制浆(或称为亚硫酸盐法制浆)的蒸煮废液，经喷雾干燥而成。
本发明采用的木质素磺酸钙购于上海弘顺生物科技有限公司，
聚氨酯胶黏剂中加入预处理后的槲皮素、二烯丙基硫醚、2-己烯醛等进行反应制得的改性聚氨酯胶黏剂，可大大提高本发明所述武器装备专用特种芳纶纤维的防弹性能，减少防弹测试中的凹陷程度。另外，在改性聚氨酯胶黏剂制备过程中，通过调整2-己烯醛、预处理后的槲皮素、木质素磺酸钙和三乙烯二胺的加入顺序，还可提高制得的芳纶无纬布的耐水性能，常温下在水中浸泡60min其防弹性能仍然符合标准。
本发明制备的芳纶无纬布强度高、耐水性能和防弹性能优异，抗冲击性能优良，适用于人体防护及装甲防护。
具体实施例
实施例1：一种武器装备专用特种纤维，制备方法如下：
(1)将芳纶纤维放在丙酮中浸泡24h，然后将芳纶纤维用去离子水洗涤，除去纤维表面的涂层，再在温度为95℃的烘箱中干燥2h，备用；
(2)将邻苯二甲酸酐用热水溶解并配成质量分数为0.1％的水溶液，再加入与邻苯二甲酸酐等质量的微晶纤维素，600r/min搅拌15min，备用；
(3)将步骤(1)中干燥后的芳纶纤维浸入到步骤(2)的邻苯二甲酸酐与微晶纤维素的混合液中，在50℃浸泡2h；
(4)将步骤(3)中浸泡后的芳纶纤维用水洗涤4次，然后在温度为110℃的烘箱中干燥3h，即得。
实施例2：一种武器装备专用特种纤维，制备方法如下：
(1)将芳纶纤维放在丙酮中浸泡20h，然后将芳纶纤维用去离子水洗涤，除去纤维表面的涂层，再在温度为90℃的烘箱中干燥1h，备用；
(2)将邻苯二甲酸酐用热水溶解并配成质量分数为0.2％的水溶液，再加入与邻苯二甲酸酐等质量的微晶纤维素，500r/min搅拌15min，备用；
(3)将步骤(1)中干燥后的芳纶纤维浸入到步骤(2)的邻苯二甲酸酐与微晶纤维素的混合液中，在45℃浸泡1h；
(4)将步骤(3)中浸泡后的芳纶纤维用水洗涤3次，然后在温度为100℃的烘箱中干燥3h，即得。
实施例3：一种武器装备专用特种纤维，制备方法如下：
(1)将芳纶纤维放在丙酮中浸泡24h，然后将芳纶纤维用去离子水洗涤，除去纤维表面的涂层，再在温度为100℃的烘箱中干燥1h，备用；
(2)将邻苯二甲酸酐用热水溶解并配成质量分数为0.5％的水溶液，再加入与邻苯二甲酸酐等质量的微晶纤维素，800r/min搅拌10min，备用；
(3)将步骤(1)中干燥后的芳纶纤维浸入到步骤(2)的邻苯二甲酸酐与微晶纤维素的混合液中，在60℃浸泡1h；
(4)将步骤(3)中浸泡后的芳纶纤维用水洗涤5次，然后在温度为120℃的烘箱中干燥2h，即得。
实施例4：实施例1制得的武器装备专用特种芳纶纤维经过展丝，以及均匀、平行和挺直排列后，使用改性聚氨酯胶黏剂进行上胶；然后在60-80℃烘干得到芳纶纤维无纬布。
所述改性聚氨酯胶黏剂的制备方法如下：
(1)槲皮素和岩藻黄质以质量比10:1混合后，加入槲皮素重量40倍的乙醇，再加入异戊醛，45℃加热40min，然后加入四甲基丙二胺和N-甲基吗啉，升温至65℃，反应15h，再升温至140℃，保持8h，然后冷却至室温，即得预处理后的槲皮素；
(2)将二烯丙基硫醚加入聚氨酯胶黏剂水溶液中,搅拌均匀后静置20min，然后依次加入2-己烯醛、预处理后的槲皮素、木质素磺酸钙和三乙烯二胺，搅拌均匀，85℃反应5h，最后加入二氰二胺，85℃静置20min，即可。
所述异戊醛的用量为槲皮素质量的3％，四甲基丙二胺的用量为槲皮素质量的0.5％，N-甲基吗啉的用量为槲皮素质量的2.5％；
所述聚氨酯胶黏剂水溶液是按质量比聚氨酯胶黏剂：水＝1:2的比例制成的；
所述二烯丙基硫醚的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.6％,2-己烯醛的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的2.8％，预处理后的槲皮素的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的6％，木质素磺酸钙的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的2％，三乙烯二胺的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.2％，二氰二胺的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.08％。
实施例5：实施例1制得的武器装备专用特种芳纶纤维经过展丝，以及均匀、平行和挺直排列后，使用改性聚氨酯胶黏剂进行上胶；然后在60-80℃烘干得到芳纶纤维无纬布。
所述改性聚氨酯胶黏剂的制备方法如下：
(1)槲皮素和岩藻黄质以质量比10:1混合后，加入槲皮素重量30倍的乙醇，再加入异戊醛，40℃加热60min，然后加入四甲基丙二胺和N-甲基吗啉，升温至60℃，反应12h，再升温至120℃，保持7h，然后冷却至室温，即得预处理后的槲皮素；
(2)将二烯丙基硫醚加入聚氨酯胶黏剂水溶液中,搅拌均匀后静置10min，然后依次加入2-己烯醛、预处理后的槲皮素、木质素磺酸钙和三乙烯二胺，搅拌均匀，80℃反应6h，最后加入二氰二胺，80℃静置15min，即可。
所述异戊醛的用量为槲皮素质量的2％，四甲基丙二胺的用量为槲皮素质量的0.1％，N-甲基吗啉的用量为槲皮素质量的1.5％；
所述聚氨酯胶黏剂水溶液是按质量比聚氨酯胶黏剂：水＝1:2的比例制成的；
所述二烯丙基硫醚的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.3％,2-己烯醛的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的2.6％，预处理后的槲皮素的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的6％，木质素磺酸钙的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的1％，三乙烯二胺的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.4％，二氰二胺的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.06％。
实施例6：实施例1制得的武器装备专用特种芳纶纤维经过展丝，以及均匀、平行和挺直排列后，使用改性聚氨酯胶黏剂进行上胶；然后在60-80℃烘干得到芳纶纤维无纬布。
所述改性聚氨酯胶黏剂的制备方法如下：
(1)槲皮素和岩藻黄质以质量比10:1混合后，加入槲皮素重量30倍的乙醇，再加入异戊醛，50℃加热30min，然后加入四甲基丙二胺和N-甲基吗啉，升温至70℃，反应10h，再升温至150℃，保持6h，然后冷却至室温，即得预处理后的槲皮素；
(2)将二烯丙基硫醚加入聚氨酯胶黏剂水溶液中,搅拌均匀后静置30min，然后依次加入2-己烯醛、预处理后的槲皮素、木质素磺酸钙和三乙烯二胺，搅拌均匀，90℃反应3h，最后加入二氰二胺，90℃静置10min，即可。
所述异戊醛的用量为槲皮素质量的5％，四甲基丙二胺的用量为槲皮素质量的0.8％，N-甲基吗啉的用量为槲皮素质量的3.5％；
所述聚氨酯胶黏剂水溶液是按质量比聚氨酯胶黏剂：水＝1:2的比例制成的；
所述二烯丙基硫醚的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.9％,2-己烯醛的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的3.5％，预处理后的槲皮素的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的8％，木质素磺酸钙的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的3％，三乙烯二胺的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.5％，二氰二胺的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.1％。
实施例7：与实施例4不同的是：所述改性聚氨酯胶黏剂的制备方法如下：
(1)槲皮素和岩藻黄质以质量比10:1混合后，加入槲皮素重量30倍的乙醇，再加入异戊醛，40℃加热60min，然后加入四甲基丙二胺和N-甲基吗啉，升温至60℃，反应12h，再升温至120℃，保持7h，然后冷却至室温，即得预处理后的槲皮素；
(2)将二烯丙基硫醚加入聚氨酯胶黏剂水溶液中,搅拌均匀后静置30min，然后依次加入预处理后的槲皮素、2-己烯醛、木质素磺酸钙和三乙烯二胺，搅拌均匀，80℃反应6h，最后加入二氰二胺，80℃静置15min，即可。
实施例8：与实施例4不同的是：所述改性聚氨酯胶黏剂的制备方法如下：
(1)槲皮素和岩藻黄质以质量比10:1混合后，加入槲皮素重量30倍的乙醇，再加入异戊醛，40℃加热60min，然后加入四甲基丙二胺和N-甲基吗啉，升温至60℃，反应12h，再升温至120℃，保持7h，然后冷却至室温，即得预处理后的槲皮素；
(2)将二烯丙基硫醚加入聚氨酯胶黏剂水溶液中,搅拌均匀后静置10min，然后依次加入木质素磺酸钙、2-己烯醛、预处理后的槲皮素和三乙烯二胺，搅拌均匀，80℃反应6h，最后加入二氰二胺，80℃静置15min，即可。
实施例9：与实施例4不同的是：所述槲皮素的预处理方法为：槲皮素和岩藻黄质以质量比5:1混合后，加入槲皮素重量40倍的乙醇，再加入异戊醛、四甲基丙二胺和N-甲基吗啉，升温至60℃，反应10h，再升温至150℃，保持8h，然后冷却至室温。
实施例10：与实施例4不同的是：所述改性聚氨酯胶黏剂的制备过程中不添加二烯丙基硫醚。
实施例11：实施例1制得的武器装备专用特种芳纶纤维经过展丝，以及均匀、平行和挺直排列后，使用市售的普通聚氨酯胶黏剂进行上胶；然后在60-80℃烘干得到芳纶纤维无纬布。
实施例12：以市售芳纶纤维经过展丝，以及均匀、平行和挺直排列后，使用市售的普通聚氨酯胶黏剂进行上胶；然后在60-80℃烘干得到芳纶纤维无纬布。
防弹性能测试：按照GA141-2010《警用防弹衣》标准进行测试，以3级为标准，采用79式轻型冲锋枪，7.62mm铅芯弹，在515±10m/s的弹速进行测试，合格标准为：防弹芯片不能穿透，且凹陷不能超过25mm。测试结果见表1。
表1防弹性能测试结果
组别 穿透层数(层) 凹陷(mm) 防弹结果
实施例4 6 13.1 防住
实施例5 8 16.8 防住
实施例6 7 15.4 防住
实施例7 6 13.5 防住
实施例8 7 14.7 防住
实施例9 11 21.9 防住
实施例10 11 22.3 防住
实施例11 11 21.7 防住
实施例12 12 23.9 防住
从表1可以看出，实施例4-6制得的芳纶无纬布防弹性能最好，实施例7-8也较好，实施例9-11采用了本发明实施例1制得的芳纶纤维为原料，但为采用本发明所述的改性聚氨酯胶粘剂或所述改性聚氨酯胶粘剂的制备未采用本发明技术方案，其防弹性能不及实施例4-8，但优于实施例12。
耐水性能测试：常温下，将样品在水中浸泡60min后进行防弹性能测试，防弹性能测试结果需符合GA141-2010《警用防弹衣》中的3级标准。测试结果见表2。
表2耐水性能测试结果
组别 穿透层数(层) 凹陷(mm) 防弹结果
实施例4 12 23.1 防住
实施例5 13 24.6 防住
实施例6 13 24.5 防住
实施例7 30 0 穿透
实施例8 30 0 穿透
实施例9 30 0 穿透
实施例10 30 0 穿透
实施例11 30 0 穿透
实施例12 30 0 穿透
GA141-2010《警用防弹衣》中，耐水测试是常温下将样品在水中浸泡30min后进行防弹性能测试，测试结果需符合3级标准。本发明是常温下将样品在水中浸泡60min后进行防弹性能测试，测试标准更为严格。从表2可以看出，只有实施例4-6制得的芳纶无纬布在水中浸泡60min后，防弹性能符合GA141-2010《警用防弹衣》中的3级标准。实施例9和10中2-己烯醛、预处理后的槲皮素、木质素磺酸钙和三乙烯二胺的加入顺序虽然与本发明技术方案一致，但实施例9中槲皮素的预处理，实施例中不添加二烯丙基硫醚，均与本发明技术方案不一致，故耐水性能远远不及实施例4-6。

Claims (2)

1.一种采用武器装备专用特种纤维制备的织物，其特在于：制备过程是将武器装备专用特种纤维经过展丝，以及均匀、平行和挺直排列后，使用改性聚氨酯胶黏剂进行上胶；然后在60-80℃烘干得到芳纶纤维无纬布；
所述武器装备专用特种纤维的制备方法如下：
(1) 将芳纶纤维放在丙酮中浸泡24h，然后将芳纶纤维用去离子水洗涤，除去纤维表面的涂层，再在温度为95℃的烘箱中干燥2h，备用；
(2)将邻苯二甲酸酐用热水溶解并配成质量分数为0.1%的水溶液，再加入与邻苯二甲酸酐等质量的微晶纤维素，600r/min搅拌15min，备用；
(3)将步骤（1）中干燥后的芳纶纤维浸入到步骤（2）的邻苯二甲酸酐与微晶纤维素的混合液中，在50℃浸泡2h；
(4)将步骤（3）中浸泡后的芳纶纤维用水洗涤4次，然后在温度为110℃的烘箱中干燥3h，即得；
所述改性聚氨酯胶黏剂的制备方法如下：
（1）槲皮素和岩藻黄质以质量比10:1混合后，加入槲皮素重量30-40倍的乙醇，再加入异戊醛，40-50℃加热30-60min，然后加入四甲基丙二胺和N-甲基吗啉，升温至60-70℃，反应10-15h，再升温至120-150℃，保持6-8h，然后冷却至室温，即得预处理后的槲皮素；
（2）将二烯丙基硫醚加入聚氨酯胶黏剂水溶液中,搅拌均匀后静置10-30min，然后依次加入2-己烯醛、预处理后的槲皮素、木质素磺酸钙和三乙烯二胺，搅拌均匀，80-90℃反应3-6h，最后加入二氰二胺，80-90℃静置10-20min，即可；
所述异戊醛的用量为槲皮素质量的1-5%，四甲基丙二胺的用量为槲皮素质量的0.1-0.8%，N-甲基吗啉的用量为槲皮素质量的1.5-3.5%；
所述聚氨酯胶黏剂水溶液是按质量比聚氨酯胶黏剂：水=1:2的比例制成的；
所述二烯丙基硫醚的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.3-0.9%,2-己烯醛的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的2.5-3.5%，预处理后的槲皮素的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的5-8%，木质素磺酸钙的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的1-3%，三乙烯二胺的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.1-0.5%，二氰二胺的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.05-0.1%。
2.如权利要求1所述的一种采用武器装备专用特种纤维制备的织物，其特在于：所述改性聚氨酯胶黏剂的制备方法如下：
（1）槲皮素和岩藻黄质以质量比10:1混合后，加入槲皮素重量40倍的乙醇，再加入异戊醛，45℃加热40min，然后加入四甲基丙二胺和N-甲基吗啉，升温至65℃，反应15h，再升温至140℃，保持8h，然后冷却至室温，即得预处理后的槲皮素；
（2）将二烯丙基硫醚加入聚氨酯胶黏剂水溶液中,搅拌均匀后静置20min，然后依次加入2-己烯醛、预处理后的槲皮素、木质素磺酸钙和三乙烯二胺，搅拌均匀，85℃反应5h，最后加入二氰二胺，85℃静置20min，即可；
所述异戊醛的用量为槲皮素质量的3%，四甲基丙二胺的用量为槲皮素质量的0.5%，N-甲基吗啉的用量为槲皮素质量的2.5%；
所述聚氨酯胶黏剂水溶液是按质量比聚氨酯胶黏剂：水=1:2的比例制成的；
所述二烯丙基硫醚的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.6%,2-己烯醛的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的2.8%，预处理后的槲皮素的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的6%，木质素磺酸钙的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的2%，三乙烯二胺的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.2%，二氰二胺的用量为聚氨酯胶黏剂水溶液质量的0.08%。
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