CN114770985A - 一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法。包括以下步骤：S1，原料制备；S2，原料塑化；S3，复合成型；S4，冷却；S5，后处理；S6，展纱；S7，裁剪应用，上述制备的全聚烯烃单向膜一定尺寸裁剪后，以0/90°正交叠放一定层数，通过加热模压方式成型，得到全聚烯烃防弹复合材料。解决了常规UHMWPE纤维防弹复合材料由于PE纤维与异质树脂基体之间界面粘结性不足而产生防弹性能较低的问题，并且该复合材料的密度更低，轻量化优势更为突出。
Description
技术领域
本发明涉及材料制备技术领域，具体涉及一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法。
背景技术
防弹衣，又叫避弹衣，避弹背心，防弹背心，避弹服等，是单兵护体装具，用于防护弹头或弹片对人体的伤害；防弹盾牌，用于组成阵列防护弹头货弹片对人体的伤害，极大的提升兵团作战的生存能力。
PE板作为单兵防护用具的增强产品，通常和防弹衣配合使用，PE板的防护等级的测试方法包括带衣服测试和单防测试两种，带衣服测试是指在测试时将PE板和防弹衣套装在一起后进行防护测试工作，单防是指对PE板直接进行防护测试工作，二者通常需要进行Ⅲ级和IV级两种测试等级的评定。
在过去能够达到III级的防弹衣非常沉重，导致使用者在行动中的行动笨拙。现代防弹技术已经有了长足进步，特别是重量轻而防护等级高的防弹插板大量生产后，在单体标准配备中已经越来越常见。现有的防弹衣为达到重量轻的目的，采用纯PE(Polyethylene，聚乙烯)材料压制成PE材质的防弹插板，然而纯PE材料的防弹插板成本较高，因此多采用PE材质和其他材料复合而成，如采用PE材料和陶瓷材料复合而成的防弹插板。
然而，现有PE防弹插板以及PE防弹盾牌的防弹性能都不理想，难以挡住步枪子弹，而与陶瓷材料复合又增加了过多的重量，灵活性不够。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提供了一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，解决了常规UHMWPE纤维防弹复合材料由于PE纤维与异质树脂基体之间界面粘结性不足而产生防弹性能较低的问题，并且该复合材料的密度更低，轻量化优势更为突出。
本发明的基本方案为：一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，原料制备，原料包括A料和B料，其中A料为添加了UHMWPE的石蜡油混合溶液,B料为热塑性聚烯烃树脂；
S2，原料塑化，将A料加入双螺杆挤出机中，于双螺杆挤出机中溶解、塑化均匀，得到C料；将B料加入单螺杆挤出机中，并于单螺杆挤出机中溶解、塑化均匀得到D料；
S3，复合成型，双螺杆挤出机中挤出的C料和单螺杆挤出机中挤出的D料进入到复合型纺丝模头，制备得到UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维；
S4，冷却，UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维从复合型纺丝模头中挤出后进入冷却液中冷却；
S5，后处理，将冷却后的复合型纤维过依次经过预牵伸、萃取、干燥、超倍热牵伸、卷绕制备出样品布；
S6，展纱，将S5得到的样品布通过展纱辊退绕、铺放，依次经过3段双辊碾轧，制备得到全聚烯烃单向膜；
S7，裁剪应用，上述制备的全聚烯烃单向膜一定尺寸裁剪后，以0/90°正交叠放一定层数，通过加热模压方式成型，得到全聚烯烃防弹复合材料。
进一步，A料中的UHMWPE的分子量优选为400-1000万，分子量分布优选为2-6；B料中的热塑性聚烯烃树脂的分子量优选为6-10万，分子量分布优选为8-20。
进一步，所述热塑性聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、PE-PP共聚物、PE-PB共聚物、PP-PB共聚物中的几种混合而成。
进一步，双螺杆挤出机加工A料时，从其喂料段到复合型纺丝模头的温度分别依次设定为：160、220、240、260、280℃。
进一步，单螺杆挤出机加工B料时，从其喂料段到复合型纺丝模头的温度分别依次设定为140、180、200、220、240℃。
进一步，所述复合型纺丝模头采用皮芯型或并列型纺丝模头，且其喷丝孔的孔径选为0.6-1.0，长径比选为8-12。
进一步，所述A料和B料的复合质量比例优选为90：10-98：2。
进一步，步骤S6中经过3段双辊碾轧，其中第一辊的温度优选为20-40℃，第二辊的温度优选为40-80℃，第三辊的温度优选为80-120℃，调整双辊间隙使纤维在通过时承受10-50MPa的压力。
进一步，步骤S6中UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维以2-10米/分的速率通过展纱辊。
本发明的工作原理及优点在于：
(1)解决了常规UHMWPE纤维防弹复合材料由于PE纤维与异质树脂基体之间界面粘结性不足而产生防弹性能较低的问题。
(2)得到的全聚烯烃防弹复合材料在同等防弹性能情况下，密度更低，轻量化优势更为突出。
(3)得到的全聚烯烃防弹复合材料的耐老化性能更优，在实施过程中，发现储放5年后防弹性能保持率为98％以上，而常规UHMWPE纤维/聚氨酯防弹复合材料储放5年后防弹性能保持率<95％。
(4)加工过程中不使用有毒、有害等有机溶剂，无排放，环保节能。
(5)易回收再用。
附图说明
图1为本发明一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法的流程示意图；
图2为本发明一种全聚烯烃防弹复合材料的影响测试数据表
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
实施例一：
如图1-2所示，一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，原料制备，原料包括A料和B料，其中A料为添加了UHMWPE的石蜡油混合溶液,B料为热塑性聚烯烃树脂；所述A料和B料的复合质量比例优选为90：10-98：2，
S2，原料塑化，将A料加入双螺杆挤出机中，于双螺杆挤出机中溶解、塑化均匀，得到C料；将B料加入单螺杆挤出机中，并于单螺杆挤出机中溶解、塑化均匀得到D料；
S3，复合成型，双螺杆挤出机中挤出的C料和单螺杆挤出机中挤出的D料进入到复合型纺丝模头，制备得到UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维；
S4，冷却，UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维从复合型纺丝模头中挤出后进入冷却液中冷却；
S5，后处理，将冷却后的复合型纤维过依次经过预牵伸、萃取、干燥、超倍热牵伸、卷绕制备出样品布；
S6，展纱，将S5得到的样品布通过展纱辊退绕、铺放，依次经过3段双辊碾轧，制备得到全聚烯烃单向膜；
S7，裁剪应用，上述制备的全聚烯烃单向膜一定尺寸裁剪后，以0/90°正交叠放一定层数，通过加热模压方式成型，得到全聚烯烃防弹复合材料。
实施例二:
如图1-2所示，一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，原料制备，原料包括A料和B料，其中A料为添加了UHMWPE的石蜡油混合溶液,B料为热塑性聚烯烃树脂；所述A料和B料的复合质量比例优选为90：10-98：2，
所述热塑性聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、PE-PP共聚物、PE-PB共聚物、PP-PB共聚物中的几种混合而成，
S2，原料塑化，将A料加入双螺杆挤出机中，于双螺杆挤出机中溶解、塑化均匀，得到C料；将B料加入单螺杆挤出机中，并于单螺杆挤出机中溶解、塑化均匀得到D料；
S3，复合成型，双螺杆挤出机中挤出的C料和单螺杆挤出机中挤出的D料进入到复合型纺丝模头，制备得到UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维；
双螺杆挤出机加工A料时，从其喂料段到复合型纺丝模头的温度分别依次设定为：160、220、240、260、280℃；
单螺杆挤出机加工B料时，从其喂料段到复合型纺丝模头的温度分别依次设定为140、180、200、220、240℃；
所述复合型纺丝模头采用皮芯型或并列型纺丝模头，且其喷丝孔的孔径选为0.6-1.0，长径比选为8-12；
S4，冷却，UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维从复合型纺丝模头中挤出后进入冷却液中冷却；
S5，后处理，将冷却后的复合型纤维过依次经过预牵伸、萃取、干燥、超倍热牵伸、卷绕制备出样品布；
S6，展纱，将S5得到的样品布通过展纱辊退绕、铺放，依次经过3段双辊碾轧，制备得到全聚烯烃单向膜；
S7，裁剪应用，上述制备的全聚烯烃单向膜一定尺寸裁剪后，以0/90°正交叠放一定层数，通过加热模压方式成型，得到全聚烯烃防弹复合材料。
实施例三：
如图1-2所示，一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，原料制备，原料包括A料和B料，其中A料为添加了UHMWPE的石蜡油混合溶液,B料为热塑性聚烯烃树脂；所述A料和B料的复合质量比例优选为90：10-98：2，
所述热塑性聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、PE-PP共聚物、PE-PB共聚物、PP-PB共聚物中的几种混合而成，
S2，原料塑化，将A料加入双螺杆挤出机中，于双螺杆挤出机中溶解、塑化均匀，得到C料；将B料加入单螺杆挤出机中，并于单螺杆挤出机中溶解、塑化均匀得到D料；
S3，复合成型，双螺杆挤出机中挤出的C料和单螺杆挤出机中挤出的D料进入到复合型纺丝模头，制备得到UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维；
双螺杆挤出机加工A料时，从其喂料段到复合型纺丝模头的温度分别依次设定为：160、220、240、260、280℃；
单螺杆挤出机加工B料时，从其喂料段到复合型纺丝模头的温度分别依次设定为140、180、200、220、240℃；
所述复合型纺丝模头采用皮芯型或并列型纺丝模头，且其喷丝孔的孔径选为0.6-1.0，长径比选为8-12；
S4，冷却，UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维从复合型纺丝模头中挤出后进入冷却液中冷却；
S5，后处理，将冷却后的复合型纤维过依次经过预牵伸、萃取、干燥、超倍热牵伸、卷绕制备出样品布；
S6，展纱，将S5得到的样品布通过展纱辊退绕、铺放，依次经过3段双辊碾轧，制备得到全聚烯烃单向膜；
S7，裁剪应用，上述制备的全聚烯烃单向膜一定尺寸裁剪后，以0/90°正交叠放一定层数，通过加热模压方式成型，得到全聚烯烃防弹复合材料。
A料中的UHMWPE的分子量优选为400-1000万，分子量分布优选为2-6；B料中的热塑性聚烯烃树脂的分子量优选为6-10万，分子量分布优选为8-20。
步骤S6中经过3段双辊碾轧，其中第一辊的温度优选为20-40℃，第二辊的温度优选为40-80℃，第三辊的温度优选为80-120℃，调整双辊间隙使纤维在通过时承受10-50MPa的压力。
步骤S6中UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维以2-10米/分的速率通过展纱辊。
解决了常规UHMWPE纤维防弹复合材料由于PE纤维与异质树脂基体之间界面粘结性不足而产生防弹性能较低的问题。得到的全聚烯烃防弹复合材料在同等防弹性能情况下，密度更低，轻量化优势更为突出。得到的全聚烯烃防弹复合材料的耐老化性能更优，在实施过程中，发现储放5年后防弹性能保持率为98％以上，而常规UHMWPE纤维/聚氨酯防弹复合材料储放5年后防弹性能保持率<95％。加工过程中不使用有毒、有害等有机溶剂，无排放，环保节能。并且易回收再用。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (9)
1.一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，原料制备，原料包括A料和B料，其中A料为添加了UHMWPE的石蜡油混合溶液,B料为热塑性聚烯烃树脂；
S2，原料塑化，将A料加入双螺杆挤出机中，于双螺杆挤出机中溶解、塑化均匀，得到C料；将B料加入单螺杆挤出机中，并于单螺杆挤出机中溶解、塑化均匀得到D料；
S3，复合成型，双螺杆挤出机中挤出的C料和单螺杆挤出机中挤出的D料进入到复合型纺丝模头，制备得到UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维；
S4，冷却，UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维从复合型纺丝模头中挤出后进入冷却液中冷却；
S5，后处理，将冷却后的复合型纤维过依次经过预牵伸、萃取、干燥、超倍热牵伸、卷绕制备出样品布；
S6，展纱，将S5得到的样品布通过展纱辊退绕、铺放，依次经过3段双辊碾轧，制备得到全聚烯烃单向膜；
S7，裁剪应用，上述制备的全聚烯烃单向膜一定尺寸裁剪后，以0/90°正交叠放一定层数，通过加热模压方式成型。
2.根据权利要求1所述的一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，其特征在于：A料中的UHMWPE的分子量优选为400-1000万，分子量分布优选为2-6；B料中的热塑性聚烯烃树脂的分子量优选为6-10万，分子量分布优选为8-20。
3.根据权利要求2所述的一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，其特征在于：所述热塑性聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、PE-PP共聚物、PE-PB共聚物、PP-PB共聚物中的几种混合而成。
4.根据权利要求3所述的一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，其特征在于：双螺杆挤出机加工A料时，从其喂料段到复合型纺丝模头的温度分别依次设定为：160、220、240、260、280℃。
5.根据权利要求4所述的一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，其特征在于：单螺杆挤出机加工B料时，从其喂料段到复合型纺丝模头的温度分别依次设定为140、180、200、220、240℃。
6.根据权利要求5所述的一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，其特征在于：所述复合型纺丝模头采用皮芯型或并列型纺丝模头，且其喷丝孔的孔径选为0.6-1.0，长径比选为8-12。
7.根据权利要求6所述的一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，其特征在于：所述A料和B料的复合质量比例优选为90：10-98：2。
8.根据权利要求7所述的一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S6中经过3段双辊碾轧，其中第一辊的温度优选为20-40℃，第二辊的温度优选为40-80℃，第三辊的温度优选为80-120℃，调整双辊间隙使纤维在通过时承受10-50MPa的压力。
9.根据权利要求8所述的一种全聚烯烃防弹复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S6中UHMWPE/热塑性聚烯烃复合型纤维以2-10米/分的速率通过展纱辊。
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