CN110861382A - 无溶剂型芳纶防弹预浸料及其复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了无溶剂型芳纶防弹预浸料，涉及高性能纤维复合材料，尤其涉及人体防护材料。所述的无溶剂型芳纶防弹预浸料由改性环氧树脂、热熔纤维载体与芳纶织物组成，改性环氧树脂与热熔纤维载体先制成胶膜，胶膜单面部分浸渍芳纶织物，所述胶膜在芳纶预浸料中所占质量比为10～20％，所述芳纶织物在芳纶预浸料中所占质量比为80～90％。所述的改性环氧树脂由环氧树脂、增韧树脂、双氰胺固化剂、有机脲促进剂、增韧剂、消泡剂组成，所述的热熔纤维载体是在高温下可熔融的热塑性纤维织物、无纺布或毡，其面密度为15～30g/m2。该改性环氧树脂具有良好的韧性，对芳纶织物具有合适的粘结强度，采用该树脂制备的芳纶复合材料具有优异的防弹性能。

Description

无溶剂型芳纶防弹预浸料及其复合材料
技术领域
本发明属于高性能纤维复合材料技术领域，涉及一种无溶剂芳纶防弹预浸料及其复合材料，更进一步，涉及人体防护材料技术。
背景技术
防弹防刺复合材料在人体防护和军事仪器设备的防护方面已得到广泛的应用，如防弹背心、头盔以及坦克、飞机、舰船的防护部件等。防弹复合材料具有优良的物理机械性能和化学性能，其比强度、比模量、抗疲劳性、减震性均高于金属材料，同时具有优良的动能吸收性，且无“二次杀伤效应”，因而具有优良的防弹性能。防弹复合材料是作战人员必不可少的生命防护装备，尤其是防弹头盔的需求逐年递增。
近年来高性能的纤维材料如芳纶纤维被广泛应用于制备防弹产品，芳纶纤维具有高强度和高模量等优点，因此防弹复合材料多采用芳纶纤维作为增强体。高性能芳纶纤维复合材料目前一般多采用热固性树脂将芳纶织物进行粘合，影响芳纶复合材料性能主要有两个因素：(1)树脂对芳纶织物之间的粘结性；(2)树脂的韧性。因此芳纶织物之间的树脂粘结层对芳纶防弹复合材料的防弹性能起着关键作用。
对于基体树脂，合适的粘结强度及韧性，对提升芳纶复合材料性能至关重要。若树脂韧性差，易发生脆性断裂。粘结强度低，则芳纶织物易发生分层，滑移，不利于子弹能量传递；而树脂粘结强度若过大，会导致树脂对纤维束缚，使产品易发生脆性断裂，因此树脂的粘结强度必须适中。
目前市场上的芳纶防弹复合材料产品以及公开的专利文献等一般都是采用改性酚醛树脂为作为芳纶织物的树脂粘结层，使用改性酚醛制备芳纶预浸料均是采用含有乙醇或甲苯等溶剂的改性酚醛树脂溶液。中国专利CN102604320A，CN102909920A，美国专利US2016/0273884A1公开了几种芳纶防弹复合材料的制备方法，这几种方法中树脂均是改性酚醛树脂，改性剂主要是聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩甲乙醛一种或几种组合，这几种改性剂均需先溶解在乙醇或甲苯等溶剂中配制成低浓度的溶液，再与酚醛树脂及其他组分混合，用来制备芳纶预浸料。因改性酚醛树脂是溶剂型树脂，在制备预浸料时给车间与环境造成污染，不利于工作人员健康；另外，芳纶预浸料的挥发性分含量不易控制，在制造复合材料产品时容易产生空隙，影响材料性能。
发明内容
本发明的目的在于解决目前常用的溶剂型树脂配方制备芳纶防弹预浸料技术的不足，提供一种无溶剂性芳纶防弹预浸料及其复合材料，且该复合材料具有优异的防弹性能。
本发明是采用如下技术方案实现上述技术目的：将无溶剂型高韧性环氧树脂基体与热熔纤维载体制成胶膜，将芳纶织物单面覆胶膜，制成芳纶预浸料。
本发明提供的无溶剂型芳纶防弹预浸料无溶剂型改性环氧树脂与芳纶织物组成或者由无溶剂型改性环氧树脂、热熔纤维载体与芳纶织物组成，所述改性环氧树脂或改性环氧树脂与热熔纤维载体先制成胶膜，芳纶预浸料由芳纶织物单面覆胶膜制成，胶膜部分浸渍芳纶织物，胶膜的含量为10～20％，芳纶织物含量为80～90％。
本发明所述的改性环氧树脂由环氧树脂、增韧树脂、固化剂、促进剂、增塑剂、消泡剂组成，其在胶膜所占质量比为60～100％。
本发明所述的环氧树脂为中、低分子量的液态环氧树脂，如双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或几种组合，环氧树脂的环氧当量为160～250g/eq，其在改性环氧树脂所占质量比为0～25％，优选10～25％。
本发明所述的增韧树脂为聚氨酯改性环氧树脂、苯氧树脂、热塑性聚氨酯弹性体、丁腈橡胶、核壳结构橡胶、聚氧化乙烯-聚苯乙烯热塑性弹性体、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种。其在改性环氧树脂所占质量比为50～85％，优选55～70％。
本发明所述的固化剂为潜伏性胺类固化剂，优选双氰胺，其在改性环氧树脂所占质量比为1～4％，优选2～3.5％。
本发明所述的促进剂为有机脲类促进剂，其在改性环氧树脂所占质量比为1.5～4.5％，优选3～4％。
本发明所述的增塑剂为邻苯二甲酸酯类化合物，优选邻苯二甲酸二辛酯，其在改性环氧树脂所占质量比为1.6～6％，优选2.5～5％。
本发明所述的消泡剂为一种含润湿剂的低聚物混合物，其在改性环氧树脂所占质量比为0.5～2％。
本发明所述的热熔纤维载体是在高温下可熔融的热塑性纤维织物、无纺布或毡，其面密度为15～30g/m2。所述的热熔纤维为聚氨酯纤维、聚酯纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚酰胺纤维中的一种，优选聚氨酯纤维。在高温下，热熔纤维熔融，对芳纶织物具有一定粘结作用，其在胶膜所占质量比为0～40％。
本发明所述的芳纶织物为平纹织物、巴拿马纹织物中的一种，面密度200～600g/m2，芳纶织物在芳纶预浸料所占质量百分比为80～90％。
本发明还提供一种无溶剂型芳纶防弹复合材料，采用上述的一种芳纶预浸料，将该芳纶预浸料24层层叠后，加压13bar，150℃保温20mmin后得到复合材料。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：经过试验证明，本发明所述的无溶剂芳纶防弹预浸料及其复合材料克服了现有技术的不足，得到了具有优异防弹性能的芳纶防弹复合材料产品。高韧性树脂与热塑性纤维改善了普通环氧树脂的脆性，使得树脂体系具有良好的韧性，同时对芳纶织物具有合适的粘结强度，可满足芳纶防弹复合材料对树脂性能的要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但不作为技术限制。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例中所用原料：
环氧树脂：NPEL-128，南亚环氧树脂有限公司；
聚氨酯改性环氧树脂：102D-1H，TH-1，102C-4L，泰州恒创绝缘材料有限公司；
固化剂与促进剂：双氰胺，有机脲，深圳佳迪达化工有限公司；
消泡剂：BYK-P 9920，毕克化学。
实施例1
(1)改性环氧树脂膜制备：将环氧树脂NPEL-128、102D-1H、双氰胺，有机脲、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、消泡剂BYK-P 9920按质量比10：90：3：3：5：0.6混合均匀，抽真空，除去树脂中气泡。按面密度为56g/m2比例在预浸机上制备高韧性树脂膜。
(2)芳纶预浸料制备：将410g/m2巴拿马纹芳纶织物与树脂膜贴合，并加温加压复合，制成单面覆膜的芳纶预浸料，树脂含量12％。
(3)将该芳纶预浸料24层层叠后，压力13bar，150℃保温20min，将制品取出，制成防弹靶板。按照GJB 4300A-2012《军用防弹衣安全技术性能要求》测试V50值为620m/s。
实施例2
(1)高改性环氧性树脂膜制备：NPEL-128、102D-1H、双氰胺，有机脲、DOP、BYK-P9920按质量比10：90：3：3：5：0.6混合均匀，抽真空，除去树脂中气泡。按面密度为90g/m2比例在预浸机上制备改性环氧性树脂膜。
(2)芳纶预浸料制备：将410g/m2巴拿马纹芳纶织物与树脂膜贴合，并加压复合，制成单面覆膜的芳纶预浸料，树脂含量18％。
(3)将该芳纶预浸料24层层叠后，压力13bar，150℃保温20min，将制品取出，制成防弹靶板。按照GJB 4300A-2012《军用防弹衣安全技术性能要求》测试V50值为535m/s。
实施例3
(1)改性环氧性树脂膜制备：NPEL-128、TH-1、双氰胺，有机脲、DOP、BYK-P 9920按质量比25：75：4：5：5：1混合均匀，抽真空，除去树脂中气泡。按面密度为45g/m2比例在预浸机上制备改性环氧树脂膜。
(2)芳纶预浸料制备：将410g/m2巴拿马纹芳纶织物与树脂膜贴合，并加压复合，制成单面覆膜的芳纶预浸料，树脂含量10％。
(3)将该芳纶预浸料24层层叠后，压力13bar，150℃保温20min，将制品取出，制成防弹靶板。按照GJB 4300A-2012《军用防弹衣安全技术性能要求》测试V50值为622m/s。
实施例4
(1)改性环氧性树脂膜制备：NPEL-128、TH-1、双氰胺，有机脲、DOP、BYK-P 9920按质量比25：75：4：5：5：1混合均匀，抽真空，除去树脂中气泡。按面密度为56g/m2比例在预浸机上制备改性环氧性树脂膜。
(2)芳纶预浸料制备：将410g/m2巴拿马纹芳纶织物与树脂膜贴合，并加压复合，制成单面覆膜的芳纶预浸料，树脂含量12％。
(3)将该芳纶预浸料24层层叠后，压力13bar，150℃保温20min，将制品取出，制成防弹靶板。按照GJB 4300A-2012《军用防弹衣安全技术性能要求》测试V50值为618m/s。
实施例5
(1)改性环氧性树脂膜制备：NPEL-128、TH-1、双氰胺，有机脲、DOP、BYK-P 9920按质量比55：45：4：5：5：1混合均匀，抽真空，除去树脂中气泡。以20g/m2聚氨酯纤维织物为载体，树脂按面密度为36g/m2比例在预浸机上制备56g/m2的改性环氧性树脂膜。
(2)芳纶预浸料制备：将410g/m2巴拿马纹芳纶织物与树脂膜贴合，并加压复合，制成单面涂膜的芳纶预浸料，树脂含量12％。
(3)将该芳纶预浸料24层层叠后，压力13bar，150℃保温20min，将制品取出，制成防弹靶板。按照GJB 4300A-2012《军用防弹衣安全技术性能要求》测试V50值为630m/s。
实施例6
(1)改性环氧性树脂膜制备：将环氧树脂NPEL-128、TH-1、双氰胺，有机脲、DOP、BYK-P 9920按质量比55：45：4：5：5：1混合均匀，抽真空，除去树脂中气泡。以20g/m2聚氨酯纤维织物为载体，树脂按面密度为70g/m2比例在预浸机上制备90g/m2的改性环氧性树脂膜。
(2)芳纶预浸料制备：将410g/m2巴拿马纹芳纶织物与树脂膜贴合，并加压复合，制成单面涂膜的芳纶预浸料，树脂含量18％。
(3)将该芳纶预浸料24层层叠后，压力13bar，150℃保温20min，将制品取出，制成防弹靶板。按照GJB 4300A-2012《军用防弹衣安全技术性能要求》测试V50值为560m/s。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.无溶剂型芳纶防弹预浸料,其特征在于，由无溶剂型改性环氧树脂与芳纶织物组成或者由无溶剂型改性环氧树脂、热熔纤维载体与芳纶织物组成，所述改性环氧树脂或改性环氧树脂与热熔纤维载体先制成胶膜，再将芳纶织物单面覆胶膜，制成芳纶预浸料。
2.根据权利要求1所述的无溶剂型芳纶防弹预浸料，其特征在于，所述胶膜由改性环氧树脂与热熔纤维载体组成，所述胶膜在芳纶预浸料中所占质量比为10～20％。
3.根据权利要求1所述的无溶剂型芳纶防弹预浸料，其特征在于，所述芳纶织物为平纹织物、巴拿马纹织物中的一种，面密度200～600g/m2，所述芳纶织物在芳纶预浸料中所占质量比为80～90％。
4.根据权利要求1所述的无溶剂型芳纶防弹预浸料，其特征在于，所述改性环氧树脂由环氧树脂、增韧树脂、固化剂、促进剂、增塑剂、消泡剂组成，所述改性环氧树脂在胶膜中所占质量比为60～100％。
5.根据权利要求4所述的无溶剂型芳纶防弹预浸料，其特征在于,所述环氧树脂为中、低分子量的液态环氧树脂，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛环氧树脂中的一种或几种组合，环氧当量为160～250g/eq，所述环氧树脂在改性环氧树脂所占质量比为0～25％。
6.根据权利要求4所述的无溶剂型芳纶防弹预浸料，其特征在于，所述增韧树脂为聚氨酯改性环氧树脂、苯氧树脂、热塑性聚氨酯弹性体、丁腈橡胶、核壳结构橡胶、聚氧化乙烯-聚苯乙烯热塑性弹性体、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛中的一种或几种,所述增韧树脂在改性环氧树脂所占质量比为50～85％。
7.根据权利要求4所述的无溶剂型芳纶防弹预浸料，其特征在于，所述促进剂为有机脲类促进剂，所述促进剂在改性环氧树脂所占质量比为1.5～4.5％。
8.根据权利要求4所述的无溶剂型芳纶防弹预浸料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸酯类化合物,所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯,所述增塑剂在改性环氧树脂所占质量比为1.6～6％。
9.根据权利要求1所述的无溶剂型芳纶防弹预浸料，其特征在于，所述热熔纤维载体是在高温下可熔融的热塑性纤维织物、无纺布或毡，其面密度为15～30g/m2,所述热熔纤维为聚氨酯纤维、聚酯纤维、聚乙烯醇缩甲醛纤维、聚酰胺纤维中的一种,所述热熔纤维为聚氨酯纤维,所述热熔纤维在胶膜所占质量比为0～40％。
10.无溶剂型芳纶防弹复合材料，其特征在于：采用权利要求1至9任一权利要求所述的一种芳纶预浸料，将该芳纶预浸料24层层叠后，加压13bar，150℃保温20mmin后得到复合材料。
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