CN106965516A - 一种防弹复合布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防弹复合布及其制备方法，该防弹复合布包含两个单层布，每个单层布均包括单向取向的超高分子量聚乙烯纤维、基体材料和超高分子量聚乙烯薄膜，且两个所述单层布呈一定角度水平交叉复合。本发明的制备方法采用单向取向的超高分子量聚乙烯纤维、基体材料和超高分子量聚乙烯薄膜制备成单层布，再将两单层布以不同的交叉角度复合，该制备方法用胶量低，且无需使用离型纸载体，节约了生产成本；制得的防弹复合布防弹性能优异、且防弹性能可调，能满足各种防弹需求。

Description

一种防弹复合布及其制备方法
技术领域
本发明涉防弹成型件制备领域，特别涉及一种超高分子量聚乙烯防弹复合布及其制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)因分子量高而具有其它常规分子量PE所不具备的优越的机械性能。UHMWPE具有优良的抗水性能，几乎不吸水，其吸水率在工程塑料中最小。其耐冲击性能也是目前工程塑料中最高的，比以耐冲击性能著称的聚碳酸酯还要高3～5倍。而且，UHMWPE分子链很长，沿同一方向排列，相互缠绕，通过强化分子之间的相互作用，较长的分子链能够更有效地将载荷传递给主链，所以，UHMWPE具有很强的比模量和比强度，广泛应用于军事、警用防弹防护领域。
目前，UHMWPE防弹复合布一般采用如下工艺制备：将多根UHMWPE纤维从纱架中牵出，均匀铺展后入浸胶槽上胶，在铺附于离型纸载体上，经烘干、热压固结和收卷，得单向无纬布。将至少两层单向无纬布按0度或90度依次交叉复合得防弹复合布。现有工艺的用胶量大，同时需消耗大量离型纸。
目前的多层工艺是将多份无纬布单层依次叠层压制，压制时每层无纬布背面上胶，逐层上胶压制。这种方法存在上胶次数多，用胶量大的缺点；由于超高分子量聚乙烯纤维为丝束状结构，每根超高分子量聚乙烯纤维均为独立个体，故纤维的整经工艺复杂，生产成本较高，在多层涂胶的过程中容易产生摩擦，造成断丝、扭曲、缠绕打结、排列不均匀的现象；且所制得的防弹复合布刚性较弱，用其制作的防弹产品(如头盔、插板等)，受子弹冲击后，容易产生很大鼓包，对人体造成钝伤；且现有的无纬复合布成分单一，所制作的成品各项参数固定，不易改变。
发明内容
本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种结构新颖、成本低、防弹性能高的超高分子量聚乙烯防弹复合布及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种防弹复合布，包含两个单层布，每个单层布均包括单向取向的超高分子量聚乙烯纤维、基体材料和超高分子量聚乙烯薄膜，且两个所述单层布呈一定角度水平交叉复合。
进一步地，在所述的防弹复合布上，所述超高分子量聚乙烯薄膜位于所述防弹复合布的上下最外层。
进一步地，在所述的防弹复合布上，所述基体材料为热固性胶粘剂，所述热固性胶粘剂选自丙烯酸酯类材料、聚氨酯、苯系热塑性弹性体嵌段共聚物中的一种或几种。
进一步优选地，在所述的防弹复合布上，所述基体材料为热固性胶粘剂，所述热固性胶粘剂选自聚氨酯、苯系热塑性弹性体嵌段共聚物的混合胶粘剂。
进一步地，在所述的防弹复合布上，两个所述单层布的交叉角度为45°-135°；优选地，两个所述单层布的垂直交叉。
进一步地，在所述的防弹复合布上，所述单层布的面密度为45g/m2-200g/m2。
进一步优选地，在所述的防弹复合布上，单层布的面密度为80g/m2-150g/m2。
进一步更为优选地，在所述的防弹复合布上，单层布的面密度为100g/m2-120g/m2。
进一步地，在所述的防弹复合布上，所述单层布中至多包含12wt％的基体材料。
进一步优选地，在所述的防弹复合布上，所述单层布中至多包含9％的基体材料。
进一步更为优选地，在所述的防弹复合布上，所述单层布中至多包含5％的基体材料。
进一步地，在所述的防弹复合布上，所述单层布中所采用的超高分子量聚乙烯薄膜的厚度至多为0.15mm。
进一步优选地，在所述的防弹复合布上，所述单层布中所采用的超高分子量聚乙烯薄膜的厚度至少为0.05mm。
进一步更为优选地，在所述的防弹复合布上，所述单层布中所采用的超高分子量聚乙烯薄膜的厚度为0.08-0.12mm。
进一步地，在所述的防弹复合布上，所述单层布中所采用的超高分子量聚乙烯薄膜的拉伸强度至少为1.8Gpa。
进一步优选地，在所述的防弹复合布上，所述单层布中所采用的超高分子量聚乙烯纤维的拉伸强度至少为2.5Gpa。
进一步更为优选地，在所述的防弹复合布上，所述单层布中所采用的超高分子量聚乙烯纤维的拉伸强度为2.0-2.3Gpa。
本发明的第二个方面是提供一种防弹复合布的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，将均匀铺展的单向取向的超高分子量聚乙烯纤维在盛装有载体材料的浸胶槽中进行浸胶，然后将浸胶后的超高分子量聚乙烯纤维铺附在超高分子量聚乙烯薄膜上，依次经烘干、热压处理后，收卷，得第一单层布；
步骤二，将上述步骤一制得的第一单层布按一定宽度进行裁切，得裁切断片，备用；
步骤三，采用步骤一制备第一单层布的方法制备第二单层布，但浸胶烘干后将上述步骤二制备的裁切断片按一定角度水平交叉复合在第二单层布上，再进行热压和收卷，得防弹复合布。
进一步地，在所述的防弹复合布的制备方法中，由于离型纸和超高分子量聚乙烯薄膜在工艺上可以进行互换，制作人员可以很方便的调整成品中超高分子量聚乙烯薄膜的组分含量，可以根据具体的需求调整防弹性能，以满足不同条件下的性能需求。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
采用本发明方法制备的防弹复合布，一方面用胶量低，且无需使用离型纸载体，这样可以大大节约成本，另一方面与单纯超高分子量聚乙烯薄膜防弹布相比，可提高防弹布的防弹性能，而与单纯超高分子量聚乙烯纤维复合布相比，提高了防弹复合布在受弹击后的抵抗变形能力，且可通过调整超高分子量聚乙烯纤维和超高分子量聚乙烯薄膜含量，制备不同防弹性能的复合布。
附图说明
图1为本发明一种防弹复合布的制备工艺流程图；
图2为本发明第一单层布的平铺正视图；
图3为本发明第一单层布旋转后的平铺正视图；
图4为本发明第一单层布与第二单层布的复合方式示意图；
图5为本发明防弹复合布的结构示意图。
具体实施方式
本发明的防弹复合布采用超高分子量聚乙烯薄膜替代离型纸，因超高分子量聚乙烯薄膜本身就是优质防弹材料，使得在节约成本的同时提高了单向布的防弹能力。用此类单向布制得的复合布，由于加入了超高分子量聚乙烯薄膜，纤维拉伸性得到加强，抗背凸作用有明显的提高。
如图5所示，本发明将两层超高分子量聚乙烯纤维8置于复合布中间层，超高分子量聚乙烯薄膜9在复合布的上下最外层的设计的时候，由于两层超高分子量聚乙烯纤维8交叉复合，一方面超高分子量聚乙烯纤维8交叉结合紧密，具有优质的纤维拉伸防弹能力，另一方面超高分子量聚乙烯纤维8已有上胶，直接粘合即可，不需要再次涂胶，节约用胶量，再次，由于超高分子量聚乙烯纤维8在两片超高分子量聚乙烯薄膜9中间，超高分子量聚乙烯薄膜9在复合布上下层，其外表更为光滑，在进行多层叠层压制时能有效减少对内层超高分子量聚乙烯纤维8的摩擦作用，大大减少超高分子量聚乙烯纤维8在叠层压制时的断丝、扭曲、缠绕打结、排列不均匀的现象。
本发明防弹复合布所采用超高分子量纤维为强度应大于2.5Gpa，更优大于3.0Gpa，最优大于3.4Gpa；所采用的超高分子量聚乙烯薄膜可选日本TENJIN公司的Endumaxtape系列，或者荷兰DSM公司的Dyneema BT tape系列或其它拉伸强度大于1.8Gpa，模量大于150Gpa，厚度小于0.15mm的超高分子量聚乙烯薄膜；所采用的载体材料为热固性胶粘剂，优选为聚氨酯、苯系热塑性弹性体嵌段共聚物中的一种或两种的混合胶粘剂。
本发明防弹复合布的具体制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一，如图1所示，将聚乙烯纤维8从纱架1中引出，在铺展装置2均匀铺展后送入浸胶装置3中上胶，纤维上胶后以超高分子量聚乙烯薄膜9作为载体送入烘干装置进行烘干，在经过热压装置6热压固结后在收卷装置7处收卷得防弹复合布第一单层布10；
步骤二，如图2所示，将第一单层布10按复合布成品宽度进行断布裁切，然后进行旋转90°得第一单层布的裁切断片10’备用，如图3所示的裁切断片10’；
步骤三，按图1所示方法继续制备第二单层布11，但在复合区域5处将与第二单层布11与第一单层布10制备的旋转裁切断片10’进行复合，最后经热压收卷得如图4所示结构的防弹复合布成品12。
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1本实施例所用超高分子量聚乙烯纤维为上海斯瑞科技有限公司生产的SP1000，规格1000D/320f，纤维拉伸强度3.4Gpa，模量110Gpa；所用超高分子量聚乙烯薄膜为日本TENJIN Endumax tape，强度2.0Gpa，模量170Gpa，基体材料采用水性聚氨酯胶黏剂；用上述材料，按图1步骤，制得防弹复合布第一单层布，其单层布面密度为90g/m2，基体材料含量9％，将复合布第一单层布裁切旋转90°与第二单层布复合后得最终防弹复合布成品，其面密度为180g/m2，基体材料含量9％。
将99层上述材料进行叠层压制，其中压力为17Mpa，温度为128℃，所得装甲板按NIJ0101.06的III级进行测试，具体测试数据见下表1：
子弹类型 速度m/s 面密度kg/m2 中弹情况 背凸深度(mm)
NATO7.62×51 847 17.82 防住 44
同时，验证其临界穿透速度V50＝919m/s。
实施例2本实施例所用超高分子量聚乙烯纤维为上海斯瑞科技有限公司生产的SP1000，规格1000D/320f，纤维拉伸强度3.4Gpa，模量110Gpa；所用超高分子量聚乙烯薄膜为日本TENJIN Endumax tape，强度2.0Gpa，模量170Gpa，基体材料采用水性聚氨酯胶黏剂；用上述材料，按图1步骤，制得防弹复合布第一单层布，其单层布面密度为120g/m2，基体材料含量5％，将复合布第一单层布裁切旋转90°与第二单层布复合后得最终防弹复合布成品，其面密度为240g/m2，基体材料含量5％。
将75层上述材料进行叠层压制，其中压力为17Mpa，温度为128℃，所得装甲板按NIJ0101.06的III级进行测试，具体测试数据见下表2：
子弹类型 速度m/s 面密度kg/m2 中弹情况 背凸深度(mm)
NATO7.62×51 848 18 防住 46
同时，验证其临界穿透速度V50＝923m/s。
对比例1本实施例所用超高分子量聚乙烯纤维为上海斯瑞科技有限公司生产的SP1000，规格1000D/320f，纤维拉伸强度3.4Gpa，模量110Gpa；基体材料采用水性聚氨酯胶黏剂；通过四层正交复合得面密度为160g/m2的聚乙烯无纬布，其中基体材料含量为18％；
将112层上述材料进行叠层压制，其中压力为17Mpa，温度为128℃，所得装甲板按NIJ0101.06的III级进行测试，具体测试数据见下表3：
子弹类型 速度m/s 面密度kg/m2 中弹情况 背凸深度(mm)
NATO7.62×51 846 17.92 防住 51
同时，验证其临界穿透速度V50＝926m/s。
对比例2本实施例所用超高分子量聚乙烯薄膜为日本TENJIN Endumax tape，强度2.0Gpa，模量170Gpa，经四层正交复合得面密度为198g/m2的带材；
将90层上述材料进行叠层压制，其中压力为17Mpa，温度为128℃，所得装甲板按NIJ0101.06的III级进行测试，具体测试数据见下表4：
子弹类型 速度m/s 面密度kg/m2 中弹情况 背凸深度(mm)
NATO7.62×51 843 17.82 防住 42
同时，验证其临界穿透速度V50＝906m/s。
从上述实施例1、实施例2和对比例1的背凸深度值进行可以看出，与现有超高分子量聚乙烯纤维UD复合布压制的装甲板相比，本发明所提供的装甲板，中弹后减背凸深度明显减小；而对比实施例1、实施例2和对比例2的临界穿透速度V50值可以看出，与现有超高分子量聚乙烯薄膜压制的装甲板相比，本发明所提供的装甲板防弹性能明显；
综上可见，本发明制得的防弹复合布防弹性能优异、且防弹性能可调，能满足各种防弹需求。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种防弹复合布，其特征在于，包含两个单层布，每个单层布均包括单向取向的超高分子量聚乙烯纤维、基体材料和超高分子量聚乙烯薄膜，且两个所述单层布呈一定角度水平交叉复合。
2.根据权利要求1所述的防弹复合布，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯薄膜位于所述防弹复合布的上下最外层。
3.根据权利要求1所述的防弹复合布，其特征在于，所述基体材料为热固性胶粘剂，所述热固性胶粘剂选自丙烯酸酯类材料、聚氨酯、苯系热塑性弹性体嵌段共聚物中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的防弹复合布，其特征在于，两个所述单层布的交叉角度为45°-135°。
5.根据权利要求1所述的防弹复合布，其特征在于，所述单层布的面密度为45g/m2-200g/m2。
6.根据权利要求1所述的防弹复合布，其特征在于，所述单层布中至多包含12wt％的基体材料。
7.根据权利要求1所述的防弹复合布，其特征在于，所述单层布中所采用的超高分子量聚乙烯薄膜的厚度至多为0.15mm。
8.根据权利要求1所述的防弹复合布，其特征在于，所述单层布中所采用的超高分子量聚乙烯薄膜的拉伸强度至少为1.8Gpa。
9.根据权利要求1所述的防弹复合布，其特征在于，所述单层布中所采用的超高分子量聚乙烯纤维的拉伸强度至少为2.5Gpa。
10.一种如权利要求1-9任一项所述防弹复合布的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将均匀铺展的单向取向的超高分子量聚乙烯纤维在盛装有载体材料的浸胶槽中进行浸胶，然后将浸胶后的超高分子量聚乙烯纤维铺附在超高分子量聚乙烯薄膜上，依次经烘干、热压处理后，收卷，得第一单层布；
步骤二，将上述步骤一制得的第一单层布按一定宽度进行裁切，得裁切断片，备用；
步骤三，采用步骤一制备第一单层布的方法制备第二单层布，但浸胶烘干后将上述步骤二制备的裁切断片按一定角度水平交叉复合在第二单层上，再进行热压和收卷，得防弹复合布。
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