CN117774367A - 一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，包括以下步骤：S1、三维编织：采用聚丙烯纤维作为纬纱，芳纶纤维作为经纱，将芳纶纤维经纱和各层聚丙烯纤维纬纱成一定角度依次链锁交织，采用聚丙烯纤维和芳纶纤维作为主要的抗凹陷材料，具有密度小，质量轻，强度高，采用三维角联锁机织物编织方法，角链锁结构的最大特点是其中的纱线不仅沿织物经纬向配置，而且有一部分纱线沿织物厚度方向呈一定角度配置，从而增强材料的拉伸性能和层间连接强度；作为三维织物的一种，角链锁结构织物由于纱线有屈曲，所以其制备的抗凹陷材料有较好的柔曲性能，变形能力较强；再通过和芳纶平纹机织布一体化层压成型使片材具有更好的抗凹陷性能。
Description
技术领域
本发明涉及防弹防爆抗凹陷材料制备技术领域，尤其涉及一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法。
背景技术
抗凹陷材料是以提高物体抗击打和抗爆炸冲击的能力的特殊材料。主要通过改变材料的组织结构、成分和加工工艺等方面来提高其抗凹陷性能。抗凹陷材料在军事、航空航天和汽车等领域有着广泛的应用。
目前传统的抗凹陷材料主要是金属材料、轻质材料、高密度材料、软性材料、单层结构材料等。然而，金属材料在重量和成本方面存在一些限制。轻型材料(如聚合物复合材料)由于抗爆炸冲击能力相对较弱，只能应用于相对要求不高的领域。高密度材料(如钨合金、坚固陶瓷)具有更高的抗爆炸冲击性能，但其密度较大，增加了物体的重量和成本。软性材料(如聚合物凝胶、硅胶)能够有效地减缓冲击能量的传播，并分散冲击力，从而降低对物体的损害。然而，软性材料的耐久性和抗切割性能较差。单层结构材料(如单一材料块)可以更简单和经济地制造，但在冲击过程中容易出现可预见的凹陷和破损。
因此，有必要针对现有技术中的不足，开发一种具有较好防弹防爆抗凹陷性能的材料，以解决上述问题。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、三维编织：采用聚丙烯纤维作为纬纱，芳纶纤维作为经纱，将芳纶纤维经纱和各层聚丙烯纤维纬纱成一定角度依次链锁交织，构成重叠的纱线系统，并将重叠的纱线系统编织成5层角链锁织物结构；
S2、浸料：采用胶含量为30％的丙烯酸改性水性聚氨酯胶水，将S1中的5层角链锁织物利用浸胶机，在丙烯酸改性水性聚氨酯胶水中完成浸料；
S3、层压成型：将完成浸料的5层角链锁织物按所需大小进行裁切，在裁切后的5层角链锁织物上表面和下表面各铺一层胶膜，在下层胶膜的下表面铺一层芳纶机织布，在芳纶机织布的下表面铺一层胶膜，在最顶部和最底部各铺一层离型纸，将叠层后的聚丙烯抗凹陷材料在热压硫化机热板压制，得到聚丙烯抗凹陷片材。
本发明一个较佳实施例中，在所述S1中，所述聚丙烯纤维的原丝纤度为900dtex，强度为4.5cN/dtex；所述芳纶纤维的原丝纤度为840dtex，强度为23cN/dtex。
本发明一个较佳实施例中，在所述S1中，所述角度为45°。
本发明一个较佳实施例中，在所述S1中，所采用的编织方法为三维角链锁织物的编织，编织的面密度在400-500g/m2。
本发明一个较佳实施例中，在所述S2中，所述丙烯酸改性水性聚氨酯胶水的浸胶浓度为8-10wt％。
本发明一个较佳实施例中，在所述S2中，浸料的温度为50-80℃，浸泡1-3h。
本发明一个较佳实施例中，在所述S3中，所述胶膜为5μm厚度的柔性环氧基热熔胶膜。
本发明一个较佳实施例中，在所述S3中，所述芳纶机织布为平纹，面密度在180-200g/m2。
本发明一个较佳实施例中，在所述S3中，所述热压硫化机热板压制具体为：将叠层后的聚丙烯抗凹陷材料放入模具中，上下热板压合，设置平板硫化机预热为45-60度，压力为1MP，升温至110-130℃，开模排气30s，合模加压至3-5MPa，升温至165-170℃，保温保压压制20-30min，保压冷却30-40℃以下，卸压开模。
本发明一个较佳实施例中，聚丙烯抗凹陷材料的结构由上到下为：高型纸、胶膜、5层角链锁织物浸料、胶膜、芳纶机织布、胶膜、高型纸。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
(1)本发明提供了一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，采用聚丙烯纤维和芳纶纤维作为主要的抗凹陷材料，具有密度小，质量轻，强度高，不会大幅度增加防弹或防爆凹陷材料的整体重量；采用三维角联锁机织物编织方法，角链锁结构的最大特点是其中的纱线不仅沿织物经纬向配置，而且有一部分纱线沿织物厚度方向呈一定角度配置，从而增强材料的拉伸性能和层间连接强度；作为三维织物的一种，角链锁结构织物由于纱线有屈曲，所以其制备的抗凹陷材料有较好的柔曲性能，变形能力较强；再通过和芳纶平纹机织布一体化层压成型使片材具有更好的抗凹陷性能。
(2)本发明中通过利用丙烯酸改性水性聚氨酯胶水，对编织成的5层角链锁织物在一定温度和一定时间下的浸料处理，在5层角链锁织物与丙烯酸改性水性聚氨酯胶水浸渍充分接触后，可以提高其中纤维之间的结合强度，从而提高5层角链锁织物的强度和耐磨性，同时丙烯酸改性水性聚氨酯胶水可以使得织物表面形成一层防水膜，提高防水性能，进一步提高聚丙烯抗凹陷片材的性能。
(3)本发明中聚丙烯纤维的原丝纤度为900dtex，强度约4.5cN/dtex；芳纶纤维的原丝纤度为为840dtex，强度为23cN/dtex；纤维刚度和强度性能的充分发挥，在抵抗弹道侵彻中可吸收大部分弹体动能，达到减凹效果；其中聚丙烯是现有塑料中最轻的品种之一，具有良好的力学性能，在室温下，由于本身的分子结构规整度高，所以聚丙烯抗弯曲疲劳性好，在子弹冲击过后能更好的缓冲能量；过层间热压融合之后，增加韧性，进一步提高抗冲击强度；在背面加一层芳纶平纹布，可以在子弹冲击过程中对聚丙烯抗凹陷片材进行拉伸束缚。
(4)本发明中聚丙烯抗凹陷片材应用于防弹衣、防弹板减小凹陷，通过热压成型，将聚丙烯纤维和芳纶纤纤维采用多层材料角链锁编织，三维角链锁织物、离型纸、柔性环氧基热熔胶膜和芳纶平纹机织布，经过平板硫化机热压复合一体成型，增加层间协同作用，抗张强度更好，可以有效抵御子弹的高温侵蚀和减小背凸的拉伸，分散载荷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，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是本发明的一种聚丙烯抗凹陷材料制备方法的流程示意图；
图2是本发明的三维角链锁织物结构示意图；
图3是本发明的聚丙烯抗凹陷材料的结构示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
需要说明的是：本发明中所使用到的原材料、设备和试剂等，均可以通过市场购买或通过现有技术的制备方式得到。
如图1所示，一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、三维编织：采用聚丙烯纤维作为纬纱，芳纶纤维作为经纱，将芳纶纤维经纱在织物厚度的Z轴方向构成重叠，聚丙烯纤维纬纱在X轴方向以一定倾斜角与多重芳纶纤维经纱进行角度链锁交织，将芳纶纤维经纱和各层聚丙烯纤维纬纱成45°的角度依次链锁交织，构成重叠的纱线系统，并将重叠的纱线系统编织成5层角链锁织物结构(如图2所示)；
S2、浸料：采用胶含量为30％的丙烯酸改性水性聚氨酯胶水，将S1中的5层角链锁织物利用浸胶机，在丙烯酸改性水性聚氨酯胶水中完成浸料；
S3、层压成型：将完成浸料的5层角链锁织物按所需大小进行裁切，在裁切后的5层角链锁织物上表面和下表面各铺一层胶膜，在下层胶膜的下表面铺一层芳纶机织布，在芳纶机织布的下表面铺一层胶膜，在最顶部和最底部各铺一层离型纸，将叠层后的聚丙烯抗凹陷材料在热压硫化机热板压制，得到聚丙烯抗凹陷片材。
在S1的步骤中，聚丙烯纤维的原丝纤度为900dtex，强度为4.5cN/dtex；芳纶纤维的原丝纤度为840dtex，强度为23cN/dtex；所采用的编织方法为三维角链锁织物的编织，编织的面密度在400-500g/m2。
在S2的步骤中，丙烯酸改性水性聚氨酯胶水的浸胶浓度为8-10wt％；浸料的温度为50-80℃，浸泡1-3h。
在S3的步骤中，胶膜为5μm厚度的柔性环氧基热熔胶膜；芳纶机织布为平纹，面密度在180-200g/m2；热压硫化机热板压制具体为：将叠层后的聚丙烯抗凹陷材料放入模具中，上下热板压合，设置平板硫化机预热为45-60度，压力为1MP，升温至110-130℃，开模排气30s，合模加压至3-5MPa，升温至165-170℃，保温保压压制20-30min，保压冷却30-40℃以下，卸压开模；其中，聚丙烯抗凹陷材料的结构(如图3所示)由上到下为：高型纸、5μm厚柔性环氧基热熔胶膜、5层角链锁织物浸料、5μm厚柔性环氧基热熔胶膜、芳纶平纹机织布、5μm厚柔性环氧基热熔胶膜、高型纸。
需要说明的是，本发明采用聚丙烯纤维和芳纶纤维作为主要的抗凹陷材料，具有密度小，质量轻，强度高，不会大幅度增加防弹或防爆凹陷材料的整体重量；采用三维角联锁机织物编织方法，角链锁结构的最大特点是其中的纱线不仅沿织物经纬向配置，而且有一部分纱线沿织物厚度方向呈一定角度配置，从而增强材料的拉伸性能和层间连接强度；作为三维织物的一种，角链锁结构织物由于纱线有屈曲，所以其制备的抗凹陷材料有较好的柔曲性能，变形能力较强；再通过和芳纶平纹机织布一体化层压成型使片材具有更好的抗凹陷性能。
实施例1
一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、三维编织：采用原丝纤度为900dtex，强度为4.5cN/dtex的聚丙烯纤维作为纬纱，原丝纤度为840dtex，强度为23cN/dtex的芳纶纤维作为经纱，将芳纶纤维经纱在织物厚度的Z轴方向构成重叠，聚丙烯纤维纬纱在X轴方向以一定倾斜角与多重芳纶纤维经纱进行角度链锁交织，将芳纶纤维经纱和各层聚丙烯纤维纬纱成45°的角度依次链锁交织，构成重叠的纱线系统，并将重叠的纱线系统编织成5层角链锁织物结构，编织的面密度在500g/m2；
S2、浸料：采用胶含量为30％的丙烯酸改性水性聚氨酯胶水，将S1中的5层角链锁织物利用浸胶机，在浓度为10wt％的丙烯酸改性水性聚氨酯胶水中，以70℃的温度下，浸泡2h完成浸料；
S3、层压成型：将S2中完成浸料的5层角链锁织物按所需大小进行裁切，在裁切后的5层角链锁织物上表面和下表面各铺一层5μm厚柔性环氧基热熔胶膜，在下层5μm厚柔性环氧基热熔胶膜的下表面铺一层面密度在180g/m2的芳纶平纹机织布，在芳纶平纹机织布的下表面铺一层5μm厚柔性环氧基热熔胶膜，在最顶部和最底部各铺一层离型纸，将叠层后的聚丙烯抗凹陷材料放入模具中，上下热板压合，设置平板硫化机预热为50度，压力为1MP，升温至120℃，开模排气30s，合模加压至3MPa，升温至170℃，保温保压压制20min，保压冷却30℃以下，卸压开模，得到聚丙烯抗凹陷片材。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：在S2的步骤中，在浓度为8wt％的丙烯酸改性水性聚氨酯胶水中，以50℃的温度下，浸泡3h完成浸料；在S3的步骤中，设置平板硫化机预热为45度，压力为1MP，升温至110℃，开模排气30s，合模加压至5MPa，升温至170℃，保温保压压制30min。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：在S1的步骤中，编织的面密度在400g/m2；在S2的步骤中，以80℃的温度下，浸泡1h完成浸料；在S3的步骤中，在下层5μm厚柔性环氧基热熔胶膜的下表面铺一层面密度在200g/m2的芳纶平纹机织布，设置平板硫化机预热为60度，压力为1MP，升温至130℃，开模排气30s，合模加压至3MPa，升温至165℃，保温保压压制20min，保压冷却40℃以下。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：在S2的步骤中，在浓度为6wt％的丙烯酸改性水性聚氨酯胶水中，以90℃的温度下，浸泡4h完成浸料。
对比例1
与实施例1中一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法基本相同，其区别在于：无S2步骤；S3步骤，具体为：将S1中的5层角链锁织物按所需大小进行裁切，在裁切后的5层角链锁织物上表面和下表面各铺一层5μm厚柔性环氧基热熔胶膜，在下层5μm厚柔性环氧基热熔胶膜的下表面铺一层面密度在180g/m2的芳纶平纹机织布，在芳纶平纹机织布的下表面铺一层5μm厚柔性环氧基热熔胶膜，在最顶部和最底部各铺一层离型纸，将叠层后的聚丙烯抗凹陷材料放入模具中，上下热板压合，设置平板硫化机预热为50度，压力为1MP，升温至120℃，开模排气30s，合模加压至3MPa，升温至170℃，保温保压压制20min，保压冷却30℃以下，卸压开模，得到聚丙烯抗凹陷片材。
对比例2
购至江苏岚箭警用器材制造有限公司，型号：FDY3R-LJ型，内置片材为聚乙烯。
性能检测：根据现有防弹衣的防弹结构，将内置片材取出，将实施例1-4和对比例1得到的聚丙烯抗凹陷片材，以及对比例2的聚乙烯内置片材放入，参照《GA141-2010警用防弹衣》标准进行测试。
结果见表1。
表1：
由表1可看出：
通过实施例1与对比例1和对比例2的比较可得知，利用丙烯酸改性水性聚氨酯胶水，对编织成的5层角链锁织物在一定温度和一定时间下的浸料处理，在5层角链锁织物与丙烯酸改性水性聚氨酯胶水浸渍充分接触后，可以提高其中纤维之间的结合强度，从而提高5层角链锁织物的强度和耐磨性，同时丙烯酸改性水性聚氨酯胶水可以使得织物表面形成一层防水膜，提高防水性能，进一步提高聚丙烯抗凹陷片材的性能，通过热压成型，将聚丙烯纤维和芳纶纤纤维采用多层材料角链锁编织，三维角链锁织物、离型纸、柔性环氧基热熔胶膜和芳纶平纹机织布，经过平板硫化机热压复合一体成型，增加层间协同作用，抗张强度更好，可以有效抵御子弹的高温侵蚀和减小背凸的拉伸，分散载荷。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (10)
1.一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、三维编织：采用聚丙烯纤维作为纬纱，芳纶纤维作为经纱，将芳纶纤维经纱和各层聚丙烯纤维纬纱成一定角度依次链锁交织，构成重叠的纱线系统，并将重叠的纱线系统编织成5层角链锁织物结构；
S2、浸料：采用胶含量为30％的丙烯酸改性水性聚氨酯胶水，将S1中的5层角链锁织物利用浸胶机，在丙烯酸改性水性聚氨酯胶水中完成浸料；
S3、层压成型：将完成浸料的5层角链锁织物按所需大小进行裁切，在裁切后的5层角链锁织物上表面和下表面各铺一层胶膜，在下层胶膜的下表面铺一层芳纶机织布，在芳纶机织布的下表面铺一层胶膜，在最顶部和最底部各铺一层离型纸，将叠层后的聚丙烯抗凹陷材料在热压硫化机热板压制，得到聚丙烯抗凹陷片材。
2.根据权利要求1所述的一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，其特征在于：在所述S1中，所述聚丙烯纤维的原丝纤度为900dtex，强度为4.5cN/dtex；所述芳纶纤维的原丝纤度为840dtex，强度为23cN/dtex。
3.根据权利要求1所述的一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，其特征在于：在所述S1中，所述角度为45°。
4.根据权利要求1所述的一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，其特征在于：在所述S1中，所采用的编织方法为三维角链锁织物的编织，编织的面密度在400-500g/m2。
5.根据权利要求1所述的一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，其特征在于：在所述S2中，所述丙烯酸改性水性聚氨酯胶水的浸胶浓度为8-10wt％。
6.根据权利要求1所述的一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，其特征在于：在所述S2中，浸料的温度为50-80℃，浸泡1-3h。
7.根据权利要求1所述的一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，其特征在于：在所述S3中，所述胶膜为5μm厚度的柔性环氧基热熔胶膜。
8.根据权利要求1所述的一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，其特征在于：在所述S3中，所述芳纶机织布为平纹，面密度在180-200g/m2。
9.根据权利要求1所述的一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，其特征在于：在所述S3中，所述热压硫化机热板压制具体为：将叠层后的聚丙烯抗凹陷材料放入模具中，上下热板压合，设置平板硫化机预热为45-60度，压力为1MP，升温至110-130℃，开模排气30s，合模加压至3-5MPa，升温至165-170℃，保温保压压制20-30min，保压冷却30-40℃以下，卸压开模。
10.根据权利要求1所述的一种聚丙烯抗凹陷材料的制备方法，其特征在于：聚丙烯抗凹陷材料的结构由上到下为：高型纸、胶膜、5层角链锁织物浸料、胶膜、芳纶机织布、胶膜、高型纸。
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