CN116698734A - 多阶单向布成型试验装置及粘合力测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于单向布制备领域，涉及一种多阶单向布成型试验装置及粘合力测试方法，包括丝锭和输送单元，输送单元用于使丝锭沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动，沿纱线输送方向依次设有浸胶辊和成型板，浸胶辊用于将胶黏剂涂抹于纱线上，成型板用于将纱线收卷。本发明通过输送单元使一个丝锭垂直于纱线输送方向的方向往复运动，从而通过浸胶辊均匀的将胶黏剂涂抹于纱线上，同时通过成型板均匀的将涂抹有胶黏剂的纱线平铺收卷，不仅有效的提高了无纬布的制备效率，还有效的降低了原材料成本，同时能够在开发或测试阶段，便于现场调试和换型，灵活掌握原辅料种类、型号和用量等对纤维复合材料防弹性能的影响。

Description

多阶单向布成型试验装置及粘合力测试方法

技术领域

本发明属于单向布制备领域，尤其是涉及多阶单向布成型试验装置及利用该装置测试树脂胶黏剂与超高分子量聚乙烯纤维粘合力的方法。

背景技术

无纬布是一种未经过编织加工的，将纱线或纤维整齐排列通过胶黏剂黏结成整体的一种材料，在特种纤维领域，如芳纶、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维领域，其制成的无纬布多用于防弹材料，如防弹插板、防爆毯、防弹装甲板、防弹头盔等。

在开发或测试防弹纤维材料、树脂粘合剂性能、无纬布纤维组分设计及复合材料铺层设计时，需要对开发或测试原辅料的最终制成品进行防弹等级测试，或进行纤维增强复合材料抗高速弹侵彻的模型分析，从而进一步进行防弹复合材料层叠结构、厚度、弹道极限速度等参数进行模拟或计算，以便于更好的进行防弹复合材料的开发或生产，防弹复合材料的制备流程为：制备无纬布-层间叠合-热压成型，在进行层间叠合之前，制备无纬布需要用到较多的机械设备，且国内具有先进加工技术的设备厂家并不多见，多数以集束后纤维的平铺浸胶及热固化成型为主，在加工无纬布过程中，通常需要一次性上机600-1000锭丝卷，原材料投入高，且调试周期较长，换型速度慢，在开发或测试阶段，其无法灵活掌握原辅料种类、型号、用量等对纤维复合材料防弹性能的影响。

超高分子量聚乙烯纤维具有低密度、高比模量、高比强度、良好的能量吸收性能等优点，超高分子量聚乙烯纤维出现后打破了芳纶纤维在防弹材料领域的垄断地位，并有逐渐取代芳纶防弹纤维的趋势。超高分子量聚乙烯纤维大分子化学结构中不含有极性基团，无化学活性，表面能低，大分子截面积小；且超分子结构高度有序，加工过程中的高倍拉伸使得纤维具有极高的结晶度和取向度，结构致密。因此，纤维分子结构的非极性性质使其难以润湿，界面效应差，在防弹复合材料加工过程中存在树脂黏结性差的缺点，现有技术中需要将600-900束纤维在生产线上平铺，再施加粘合剂制作成单向布才能进行粘合力的测试，目前还没有测试树脂胶黏剂与超高分子量聚乙烯纤维粘合力的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多阶单向布成型试验装置，以解决现有技术中制备无纬布时需要用到较多的机械设备和大量的锭丝卷的技术问题，及提供一种粘合力测试方法，以实现经济、快捷、可靠地加工试制一定结构和层数的复合材料用于打靶测试，测试出树脂胶黏剂与超高分子量聚乙烯纤维粘合力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种多阶单向布成型试验装置，包括丝锭和输送单元，所述输送单元用于使所述丝锭沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动，沿纱线输送方向依次设有浸胶辊和成型板，所述浸胶辊用于将胶黏剂涂抹于所述纱线上，所述成型板用于将所述纱线收卷，通过输送单元使一个丝锭输出的纱线沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动，从而通过浸胶辊均匀的将胶黏剂涂抹于纱线上，同时通过成型板均匀的将涂抹有胶黏剂的纱线平铺收卷，不仅有效的提高了无纬布的制备效率，还有效的降低了原材料成本，同时能够在开发或测试阶段，便于现场调试和换型，灵活掌握原辅料种类、型号和用量等对纤维复合材料防弹性能的影响。

根据本发明的一个方面，所述输送单元包括输送支架、输送电机、输送丝杆、输送滑杆和输送滑块，所述输送电机、所述输送丝杆和所述输送滑杆均设于所述输送支架上，所述输送丝杆和所述输送滑杆均呈垂直于所述纱线输送方向的方向设置，所述输送丝杆与所述输送电机的输出端相连接，所述输送滑块与所述输送丝杆相连接，所述丝锭设于所述输送滑块上，通过输送电机驱动丝锭在浸胶辊上沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动，从而使纱线平铺收卷于成型板上，同时还能够通过浸胶辊均匀的将胶黏剂涂抹于纱线上，防止出现浸胶辊上某一处长时间与纱线接触，导致接触处受纱线摩擦损伤而影响胶黏剂涂抹效果的问题。

根据本发明的一个方面，所述输送电机转动带动所述输送滑块和输送滑杆在输送丝杆上滑动。

根据本发明的一个方面，所述输送电机转动带动所述输送丝杆和输送滑块在输送滑杆上滑动。

根据本发明的一个方面，所述浸胶辊的输入侧设有进丝辊，所述浸胶辊的输出侧设有出丝辊，所述浸胶辊低于所述进丝辊和所述出丝辊，所述浸胶辊、所述进丝辊和所述出丝辊均呈垂直于所述纱线输送方向的方向设置，浸胶辊、所述进丝辊和所述出丝辊均设于出丝支架上，所述出丝支架上设有用于驱动所述浸胶辊、所述进丝辊和所述出丝辊转动的浸胶电机。

根据本发明的一个方面，所述丝锭与所述浸胶辊之间设有导丝杆，所述导丝杆设于导丝支架上，所述浸胶辊与所述成型板之间设有刮胶板，所述刮胶板设于刮胶支架上，所述刮胶板的下方设有收胶桶，所述导丝杆呈垂直于所述纱线输送方向的方向设置，所述刮胶板呈垂直于所述纱线输送方向的方向设置。

根据本发明的一个方面，所述成型板的板面上覆有PE薄膜。

根据本发明的一个方面，所述成型板设于成型支架上，所述成型支架上设有用于驱动所述成型板转动的成型电机。

本发明还提供一种粘合力测试方法，包括以下步骤：

S1、将超高分子量聚乙烯纤维缠绕在丝锭上；

S2、让所述丝锭沿垂直于所述丝锭输出的纱线输送方向的方向往复运动使得超高分子量聚乙烯纤维在浸胶辊上均匀浸胶，超高分子量聚乙烯纤维浸没胶黏剂并控制带胶率在15％-22％，超高分子量聚乙烯纤维输送排列收卷在成型板上；

S3、在所述成型板布满超高分子量聚乙烯纤维后，将所述成型板及其上超高分子量聚乙烯纤维在5-7Kpa压力、85-95℃温度条件下固化；

S4、将固化后的超高分子量聚乙烯纤维从所述成型板上剥离脱模出单向布，并从中间裁切脱模出的单向布，修剪尺寸后得到多张相同尺寸的单向布；

S5、将步骤S4中每两张单向布按照0°/90°的方向重叠并热压成型，得到多张2层复合单向布；

S6、将至少一张张步骤S5中获得的复合单向布热压成型，得到防弹材料，用于打靶测试。

根据本发明的另一个方面，步骤S1中所述超高分子量聚乙烯纤维的线密度为800D、1200D、1600D中的一种或几种，所述丝锭(1)的直径为85-105mm、硬度为80-90HB；步骤S2中所述成型板(4)是长宽为50×50cm、厚度为3-5mm的板面。

根据本发明的另一个方面，步骤S2中所述胶黏剂选择水性聚氨酯、环氧树脂、乙烯基树脂中的至少一种。

根据本发明的另一个方面，步骤S3包括：将所述成型板(4)及其上的超高分子量聚乙烯纤维置于多片有机玻璃下方，并在所述成型板(4)下方对应放置多片有机玻璃，其中接触所述成型板(4)的有机玻璃涂覆脱模剂，并覆盖PE薄膜，使用夹子固定，在烘箱中固化1小时。

根据本发明的另一个方面，步骤S6包括：

对防弹材料两端拉伸，测试2层复合单向布重叠部分剥离时承受的外加拉力，粘合力和外加拉力呈正向关系。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

1、本发明的多阶单向布成型试验装置，通过输送单元使一个丝锭输出的纱线沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动，从而通过浸胶辊均匀的将胶黏剂涂抹于纱线上，同时通过成型板均匀的将涂抹有胶黏剂的纱线平铺收卷，不仅有效的提高了无纬布的制备效率，还有效的降低了原材料成本，同时能够在开发或测试阶段，便于现场调试和换型，灵活掌握原辅料种类、型号和用量等对纤维复合材料防弹性能的影响；

2、本发明的粘合力测试方法，可以实现经济、快捷、可靠地加工试制一定结构和层数的复合材料用于打靶测试，测试出树脂胶黏剂与超高分子量聚乙烯纤维粘合力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明多阶单向布成型试验装置的正视结构示意图；

图2为本发明多阶单向布成型试验装置的俯视结构示意图；

图3为本发明输送单元的结构示意图；

图4为本发明浸胶辊、进丝辊、出丝辊和纱线的结构示意图；

图5为本发明成型板和纱线的结构示意图。

图中：1、丝锭；11、纱线；2、输送单元；21、输送支架；22、输送电机；23、输送丝杆；24、输送滑杆；25、输送滑块；3、浸胶辊；31、进丝辊；32、出丝辊；33、出丝支架；34、浸胶电机；4、成型板；41、成型支架；42、成型电机；5、导丝杆；51、导丝支架；6、刮胶板；61、刮胶支架；62、收胶桶。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1至图5，本发明提供一种多阶单向布成型试验装置，包括丝锭1和输送单元2，丝锭1上缠绕一定线密度超高分子量聚乙烯纤维即纱线11，超高分子量聚乙烯纤维的线密度为800D、1200D、1600D中的一种或几种，丝锭1的直径为85-105mm、硬度为80-90HB，输送单元2用于使丝锭1沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动使丝锭1上缠绕的纤维退绕，沿纱线输送方向依次设有浸胶辊3和成型板4，浸胶辊3用于将胶黏剂涂抹于纱线11上，成型板4用于将纱线11收卷。胶黏剂采用水性聚氨酯、环氧树脂、乙烯基树脂中的至少一种，优选是聚醚型水性聚氨酯、聚酯型水性聚氨酯、乙烯基树脂中的至少一种。

通过输送单元2使一个丝锭1沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动，从而通过浸胶辊3均匀的将胶黏剂涂抹于纱线11上，同时通过成型板4均匀的将涂抹有胶黏剂的纱线11平铺收卷，当纱线11上涂抹的胶黏剂固化后，即可得到符合测试要求的无纬布，通过一个丝锭1即可完成无纬布的制备，不仅有效的提高了无纬布的制备效率，还有效的降低了原材料成本，同时能够在开发或测试阶段，便于现场调试和换型，灵活掌握原辅料种类、型号和用量等对纤维复合材料防弹性能的影响。

输送单元2包括输送支架21、输送电机22、输送丝杆23、输送滑杆24和输送滑块25，输送电机22、输送丝杆23和输送滑杆24均设于输送支架21上，输送滑块25滑动设于输送滑杆24上，输送丝杆23与输送电机22的输出端相连接，输送滑块25与输送丝杆23的丝杆螺母相连接，丝锭1设于输送滑块25上，输送丝杆23和输送滑杆24均呈垂直于纱线输送方向的方向设置，因此通过输送电机22驱动输送丝杆23正反转，即可使输送丝杆23的丝杆螺母带动输送滑块25在输送滑杆24上沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动，从而使丝锭1沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动，纱线输送方向，丝锭及其上的纱线11会在浸胶辊3上沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动，纱线11沿着纱线输送方向输送的同时还沿着与纱线输送方向垂直的方向滑动，从而使纱线11平铺收卷于成型板4上，同时还能够通过浸胶辊3均匀的将胶黏剂涂抹于纱线11上，防止出现浸胶辊3上某一处长时间与纱线11接触，导致接触处受纱线11摩擦损伤而影响胶黏剂涂抹效果的问题。

作为本方案的另一个实施例，输送滑块与丝锭可拆卸连接，通过输送电机22驱动，带动输送滑块、丝锭和输送滑杆在输送丝杆上滑动纱线输送方向。

浸胶辊3的输入侧设有进丝辊31，浸胶辊3的输出侧设有出丝辊32，浸胶辊3低于进丝辊31和出丝辊32，浸胶辊3、进丝辊31和出丝辊32均设于出丝支架33上，出丝支架33上设有用于驱动浸胶辊3、进丝辊31和出丝辊32转动的浸胶电机34，浸胶辊3、进丝辊31和出丝辊32均呈垂直于纱线输送方向的方向设置，因此纱线11经过浸胶辊3时，通过浸胶电机34驱动浸胶辊3、进丝辊31和出丝辊32转动，即可降低浸胶辊3、进丝辊31和出丝辊32上的纱线11所受摩擦力，同时进丝辊31和出丝辊32会将纱线11撑起，从而使纱线11紧贴于浸胶辊3上，保证纱线11在浸胶辊3上沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动，从而通过浸胶辊3均匀的将胶黏剂涂抹于纱线11上。

丝锭1与浸胶辊3之间设有导丝杆5，导丝杆5呈垂直于纱线输送方向的方向设置，导丝杆5设于导丝支架51上，浸胶辊3与成型板4之间设有刮胶板6，刮胶板6呈垂直于纱线输送方向的方向设置，刮胶板6设于刮胶支架61上，刮胶板6的下方设有收胶桶62，导丝杆5用于支撑丝锭1与浸胶辊3之间的纱线11，刮板14用于将纱线11上多余的胶黏剂刮除，浸渍过胶黏剂的超高分子量聚乙烯纤维即纱线11经过刮板14控制纤维带胶率在15％-22％，刮除的胶黏剂会收集于收胶桶62中。

成型板4是长宽为50×50cm、厚度为3-5mm的板面，成型板4的板面上覆有PE薄膜，成型板4设于成型支架41上，成型支架41上设有用于驱动成型板4转动的成型电机42，因此成型电机42带动成型板4转动时，通过成型板4将沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动的浸胶后的纱线11平铺收卷，通过对成型板4转动速度和丝锭1移动的控制，使纱线11均匀整齐地排列在成型板4上。

在成型板4均匀整齐地布满纤维后，将成型板4拆离成型支架41，将成型板4上及其上的纤维置于五片同等尺寸的有机玻璃下方，并在成型板4下方放置一块有机玻璃，其中接触成型板4的两块有机玻璃涂覆脱模剂，并覆盖PE薄膜，使用夹子固定，在压力为5-7Kpa、温度为85-95℃烘箱中固化1小时。

固化好的成型板4从烘箱中取出，并将固化后的单向布从成型板4上剥离脱模，从中间裁切脱模出的单向布，修剪尺寸后得到两张相同尺寸的单向布；再将两张上述单向布按照0°/90°的方向重叠，热压成型，得到2层复合单向布；最后将数张复合单向布热压成型得到一定尺寸的防弹材料，加工试制出一定结构和层数的复合材料，用于打靶测试，以测试出树脂胶黏剂与超高分子量聚乙烯纤维粘合力，例如，将单向布裁剪成40*800mm的片状测试样，两片为一组叠放，上层测试样与下层测试样的一半进行重合，经过热压辊后，两个片状测试样受热粘结，将粘结后的测试样，在万能材料试验机上进行测试，一端夹在上夹具上，一端夹在下夹具上，调整测试间距为750mm，加载拉伸力后测试重叠部分剥离时承受的外加拉，测得五片复合材料的粘结力分别为32.5N 35.6N 33.2N 32.8N33.1N，均达到了防弹级别。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种多阶单向布成型试验装置，其特征在于：包括丝锭(1)和输送单元(2)，所述输送单元(2)用于使所述丝锭(1)沿垂直于纱线输送方向的方向往复运动，沿纱线输送方向依次设有浸胶辊(3)和成型板(4)，所述浸胶辊(3)用于将胶黏剂涂抹于所述纱线(11)上，所述成型板(4)用于将所述纱线(11)收卷。

2.根据权利要求1所述的多阶单向布成型试验装置，其特征在于：所述输送单元(2)包括输送支架(21)、输送电机(22)、输送丝杆(23)、输送滑杆(24)和输送滑块(25)，所述输送电机(22)、所述输送丝杆(23)和所述输送滑杆(24)均设于所述输送支架(21)上，所述输送丝杆(23)与所述输送电机(22)的输出端相连接，所述输送滑块(25)与所述输送丝杆(23)的连接，所述丝锭(1)设于所述输送滑块(25)上；所述输送丝杆(23)和所述输送滑杆(24)均呈垂直于所述纱线(11)输送方向的方向设置；

优选地，所述输送电机(22)转动带动所述输送滑块(25)和输送滑杆(24)在输送丝杆(23)上滑动；

优选地，所述输送电机(22)转动带动所述输送丝杆(23)和输送滑块(25)在输送滑杆(24)上滑动。

3.根据权利要求1所述的多阶单向布成型试验装置，其特征在于：所述浸胶辊(3)的输入侧设有进丝辊(31)，所述浸胶辊(3)的输出侧设有出丝辊(32)，所述浸胶辊(3)低于所述进丝辊(31)和所述出丝辊(32)，所述浸胶辊(3)、所述进丝辊(31)和所述出丝辊(32)均设于出丝支架(33)上，所述出丝支架(33)上设有用于驱动所述浸胶辊(3)、所述进丝辊(31)和所述出丝辊(32)转动的浸胶电机(34)；所述浸胶辊(3)、所述进丝辊(31)和所述出丝辊(32)均呈垂直于所述纱线(11)输送方向的方向设置。

4.根据权利要求1或3所述的多阶单向布成型试验装置，其特征在于：所述丝锭(1)与所述浸胶辊(3)之间设有导丝杆(5)，所述导丝杆(5)设于导丝支架(51)上，所述浸胶辊(3)与所述成型板(4)之间设有刮胶板(6)，所述刮胶板(6)设于刮胶支架(61)上，所述刮胶板(6)的下方设有收胶桶(62)；所述导丝杆(5)呈垂直于所述纱线(11)输送方向的方向设置，所述刮胶板(6)呈垂直于所述纱线(11)输送方向的方向设置。

5.根据权利要求1所述的多阶单向布成型试验装置，其特征在于：所述成型板(4)的板面上覆有PE薄膜。

6.根据权利要求1或5所述的多阶单向布成型试验装置，其特征在于：所述成型板(4)设于成型支架(41)上，所述成型支架(41)上设有用于驱动所述成型板(4)转动的成型电机(42)。

7.一种采用权利要求1-6中任一项所述的多阶单向布成型试验装置进行粘合力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将超高分子量聚乙烯纤维缠绕在丝锭(1)上；

S2、让所述丝锭(1)沿垂直于所述丝锭(1)输出的纱线(11)输送方向的方向往复运动使得超高分子量聚乙烯纤维在浸胶辊上均匀浸胶，超高分子量聚乙烯纤维浸没胶黏剂并控制带胶率在15％-22％，超高分子量聚乙烯纤维输送排列收卷在成型板(4)上；优选地，所述胶黏剂选择水性聚氨酯、环氧树脂、乙烯基树脂中的至少一种。

S3、在所述成型板(4)布满超高分子量聚乙烯纤维后，将所述成型板(4)及其上超高分子量聚乙烯纤维在5-7Kpa压力、85-95℃温度条件下固化；

S4、将固化后的超高分子量聚乙烯纤维从所述成型板(4)上剥离脱模出单向布，并从中间裁切脱模出的单向布，修剪尺寸后得到多张相同尺寸的单向布；

S5、将步骤S4中每两张单向布按照0°/90°的方向重叠并热压成型，得到多张2层复合单向布；

S6、将至少一张步骤S5中获得的复合单向布热压成型，得到防弹材料，用于打靶测试。

8.根据权利要求7所述的粘合力测试方法，其特征在于，步骤S1中所述超高分子量聚乙烯纤维的线密度为800D、1200D、1600D中的一种或几种，所述丝锭(1)的直径为85-105mm、硬度为80-90HB；步骤S2中所述成型板(4)是长宽为50×50cm、厚度为3-5mm的板面。

9.根据权利要求7所述的粘合力测试方法，其特征在于，步骤S3包括：将所述成型板(4)及其上的超高分子量聚乙烯纤维置于多片有机玻璃下方，并在所述成型板(4)下方对应放置多片有机玻璃，其中接触所述成型板(4)的有机玻璃涂覆脱模剂，并覆盖PE薄膜，使用夹子固定，在烘箱中固化1小时。

10.根据权利要求7所述的粘合力测试方法，其特征在于，步骤S6包括：

对防弹材料两端拉伸，测试两层复合单向布重叠部分剥离时承受的外加拉力，粘合力和外加拉力呈正向关系。