CN1278566A - 高性能pe纤维复合无纬布的制作方法及其生产设备和应用 - Google Patents

Abstract

一种高性能PE纤维复合无纬布的制作方法及其生产设备和应用,是由基体材料HDPE薄膜,高性能PE纤维和热塑性高韧胶液组成,高性能PE纤维均匀地铺在HDPE薄膜上,通过喷洒热塑性高韧胶液使纤维与薄膜、纤维与纤维间牢固地粘结起来成单向无纬布,然后将单向无纬布正交叠放热压成复合无纬布UD,高性能PE纤维复合无纬布是在专用设备上制作完成的。

Description

高性能PE纤维复合无纬布的制作方法及其生产设备和应用

一种高性能、高强度、高模量的PE纤维复合无纬布的制作方法，及其在防护领域中的应用，涉及的是复合纤维无纬布的物理制作方法和防弹护品应用技术领域。

一般的无纬布，大部分用于工业，如化学、环境保护等行业中，由于其低性能的限制，应用在防弹护品中尚不多见。

目前，有一种是以美国、荷兰公司为代表的整径铺丝浸胶流水线，制成的产品是由四层纤维两两正交复合的“UD”布，这种方法有铺丝均匀、生产效率高的优点，也有设备投入大、工艺复杂、操作烦琐的缺点。

本发明的目的，在于提供一种高性能、高强度、高模量的PE纤维复合无纬布的制作方法，然后用该方法制作的PE纤维无纬布基材，制作防弹能力强，重量轻的防弹护品。

本发明的目的是由以下技术方案实现的：

一种高性能PE纤维复合无纬布的制作方法及其生产设备和应用，是由基体材料HDPE薄膜，高性能PE纤维和热塑性高韧胶液组成。

高性能PE纤维均匀地铺在HDPE薄膜上，通过喷洒热塑性高韧胶液使纤维与薄膜、纤维与纤维间牢固地粘结起来成单向无纬布，然后将单向无纬布正交叠放热压成复合无纬布UD，高性能PE纤维复合无纬布是在专用设备上制作完成的。

用上述方法制成的复合无纬布作基材，通过特定的工艺方法，应用在防弹板材、软制高性能防弹衣、轻制防弹头盔。

热塑性高韧胶液配方，根据不同的产品要求选用不同的粘胶剂：

热塑性树脂：EVA、EEA、SBS、SIS、TPR等及丁纳胶、丁苯胶、PVB、PVA；

溶剂：溶剂汽油、工业酒精、甲苯、丙酮、环己烷等；

浓度：5-20％。

单向无纬布是用铺HDPE薄膜-高性能PE纤维-铺丝-喷胶粘剂-晾干成型-切片-半成品的工艺流程。

单向无纬布裁成所需尺寸后，每二层90°正交叠放，放入110-125℃的专用液夺机热模板上，加上16Mpa压力，恒温保持5-15分钟，在恒压下冷却至70°以下，即制得复合无纬布。

复合无纬布的专用生产设备，主要由四大装置-缠绕机、张力架6、辊筒3、喷枪8组成。

导辊9使纤维获得张力，走线夹10固定纤维位置，喷枪8固定在张力架6上喷出胶液，张力架6固定在缠绕机移动台11上，移动台11通过螺母5与丝杆4相连，沿着导轨平稳地左右移动，丝杆4通过链轮机构2与电机1连接，辊筒3则通过夹头、齿轮箱与电机1相连。电机1启动时，辊筒3按固定方向转动，张力架6水平移动，喷枪8射出胶液，制成排列均匀的无纬布。

应用之一为复合无纬布板材，30-350层高性能PE单向无纬布，每层90°正交叠放，升温至122-128℃，给予5Mpa压力进行预热，当无纬布内温度升至125℃时，压上18-20Mpa压力，并保持恒温恒压30-40分钟；对热板进行冷却，并保持恒压，当温度冷却至30-40℃即完成。所制板材可多层叠放。

防弹衣是由前后片各45-48层，叠放整齐后，缝在一起装入内衬袋内制成软制防护层，缓冲层由发泡橡胶海绵或其它缓冲材料制成，将缓冲层与软制防护层一起装入迷彩服外套，前后片由搭肩5相连接，两侧用尼龙扣相连。

复合无纬布可以应用到头盔的制作上，是按头盔形状、大小裁剪芳纶织布，事先刷上浓度为10％左右有PVB工业酒精胶液制成的预浸料，在模具上喷上脱模剂，将一层芳纶预浸料紧贴在阳模上，然后依次交叉叠放20-25层高性能PE无纬布，合上模具并给予5Mpa压力使内部空气逸出，升温至125-130℃，升压至18-20Mpa，恒温恒压保持约10分钟，然后冷却至80℃以下开模。

用本法制成的无纬布是一种白色致密物，柔软、弯曲性好，挠曲寿命长、重量轻，对湿气不敏感，用该无纬布(“UD”)40层以上正交叠放或热压成板材，可制成防弹防刺衣、轻质防弹头盔、警用盾牌、防弹汽车、轻型坦克及两用装甲车的防弹板，产品厚度从7．5mm-90mm，能有效防止各种级别的枪弹如：54手枪发射的51式7．62mm铅芯、钢芯弹(弹速420-450m／s)，79微型冲锋枪发射的51式7．61mm铅芯、钢芯弹(弹速505-520m／s)，56式步枪钢芯弹及穿甲弹等，受弹击后钝伤效应得以大幅度下降，对斜射子弹的制动能力较好，不发生跳弹伤人现象。该材料可单独使用，也可与其它材料复合，是一种非常理想的新型材料。

本发明复合无纬布生产设备的附图及图面说明如下：

图1是复合无纬布生产设备的俯视结构图；

图2是复合无纬布生产设备的正视结构图；

图中：1 电动机，2 链轮，3 辊筒，4 丝杆，5 螺母，6 张力架，7 丝束筒子，8 喷枪，9 导辊，10 走线夹，11 移动台。

下面结合附图及实施例对本发明复合无纬布的制作方法、生产设备、应用个例作进一步说明。

实施例1

本发明的技术思想是：以高密度聚乙烯薄膜为基体，高性能PE纤维在薄膜上均匀排列，通过喷洒热塑性高韧胶液使纤维间、纤维与薄膜间紧密地粘结起来，即成单向无纬布，然后通过正交叠放，热压成复合无纬布“UD”。

生产工艺流程为：

铺HDPE薄膜→高性能PE纤维→铺丝→喷胶粘剂→晾干成型→切片→单向无纬布；

单向无纬布横向---

单向无纬布横向--- 正交复合→热压→冷却成型→复合无纬布(“UD”)。

根据用户需要确定辊筒周长；

根据用户要求确定无纬布面密度；

根据用户要求确定含胶量；

根据不同产品的要求选用胶粘剂：热塑性树脂(EVA、丁纳胶、丁苯胶、PVB、PVA、EEA、SBS、SIS、TRR等)及溶剂(溶剂汽油、无水工业酒精、甲苯、丙酮、环己烷等)配制成浓度为5-20％的高粘性胶液；

产品比吸能值＞20J．M／Kg；

缠绕线速度为50＋10m／min；

在辊筒上铺一层2丝的HDPE薄膜，纤维通过导辊后固定在辊筒上。启动电机后，通过调节变速箱开动缠绕机开始缠绕。在缠绕过程中，纤维张力保持恒定。在纤维均匀地铺在辊筒上的同时，胶液也由喷枪喷洒在纤维及薄膜表面，当纤维缠绕至合适的宽度时停止缠绕，关闭缠绕机，经晾干5-20分钟后将无纬布割下来，即得到单向无纬布。

把单向无纬布裁成所需尺寸，每二层90°正交叠放，放入已升温至110-125℃的专用液夺机热模板上，加上16Mpa压力，恒温恒压下保持5-15分钟，然后关闭加热系统，启动冷却系统，在恒压下将热板冷却至70°以下即可打开热板，得以复合无纬布“UD”。

实施例2

高性能PE防弹板材

目前，已投入应用的防弹板材多数为钢板、合金板、金属塑料复合板、金属纤维复合板等，受材料性能的影响，这些防弹板材大多很重。

用本法制成的无纬布是一种白色致密物，柔软、弯曲性好，挠曲寿命长、重量轻，对湿气不敏感，用该无纬布(“UD”)40层以上正交叠放或热压成板材，可制成防弹防刺衣、轻质防弹头盔、警用盾牌、防弹汽车、轻型坦克及两用装甲车的防弹板，产品厚度从7．5mm-90mm，能有效防止各种级别的枪弹如：54手枪发射的51式7．62mm铅芯、钢芯弹(弹速420-450m／s)，79微型冲锋枪发射的51式7．61mm铅芯、钢芯弹(弹速505-520m／s)，56式步枪钢芯弹及穿甲弹等，受弹击后钝伤效应得以大幅度下降，对斜射子弹的制动能力较好，不发生跳弹伤人现象。该材料可单独使用，也可与其它材料复合，是一种非常理想的新型材料。

实施例3

图1为复合无纬布生产设备的俯视结构图；图2为复合无纬布生产设备的正视结构图；主要包括四大装置：缠绕机、张力架6、辊筒3、喷枪8。

高性能PE纤维通过导辊9获得合适的张力，走线夹10则固定纤维的位置，喷枪8附着在张力架6上，在纤维缠绕时喷出胶液；张力架6固定在缠绕机的移动台11上，移动台11则通过缠绕机机身的导轨及丝杆4平稳地滑动，丝杆4通过链轮2与电机1、辊筒3相连接。电机1启动时，辊筒3按固定方向转动，张力架6则往复移动，辊筒3及张力架6运动速度可通过无级变速箱调节。纤维在基体中分布的均匀性是保证无纬布性能稳定的关键之一，因此，有必要利用缠绕机装置的进给机构来控制纤维缠绕间距和精确的纤维排列。

实施例4

生产工艺流程：高性能PE无纬布→裁剪→有序叠放→预热→热压→冷却成型→成品

裁剪：将高性能PE无纬布裁剪成用户所需要的形状、尺寸；

有序叠放：将裁好的无纬布片按顺序90°正交叠放；

预热：将叠好的布片放入已升温至120-130℃的模具内，加以5Mpa压力，进行预热，直至布片中心温度升至120-128℃；

热压成型：将压力升至18-20MPa，保持模具恒温恒压20-35分钟，使纤维与基体紧密结合。

冷却：关闭液压机加热系统，启动冷却系统，并保持原有压力，迅速将模具温度降至40℃以下，开启模具即制得高性能PE防弹板成品。

取30-350层左右高性能PE单向无纬布，按要求裁成所需大小，然后每层90°正交叠放。将专用液压机热板升温至122-128℃，将叠好的高性能PE无纬布放入热板内，给予5Mpa压力进行预热，当无纬布内温度升至125℃时，压上18-20Mpa压力，并保持恒温恒压30-40分钟；关闭进汽阀，对热板进行冷却，并保持恒压，当温度冷却至30-40℃以下时，开模，得到一块厚度为4．5cm左右的高性能PE防弹板；取这样两块防弹板叠放在一起，可替代水陆两用坦克的钢制防弹板，抵御穿甲弹的射击，大大减轻坦克的自重。

实施例5

软质高性能PE防弹衣

现在市场上的防弹衣大多是采用钢板或钢板片与其它材料复合而成，硬质，穿上后很不灵活，重量重，而且受弹击后易跳弹伤人，使用者易受内伤；而一些采用进口高性能纤维制成的软质防弹衣价格昂贵，影响了产品在市场上的推广。

而本发明使用自行生产的高性能PE“UD”布叠放缝制，并配以迷彩布外套制成，重量轻，比钢板防弹衣轻3．5倍，比复合防弹衣轻0．5倍，比芳纶防弹衣轻0．5Kg，而且柔软，穿着舒服，易于穿着、脱卸，不影响两臂及人体自由运动，还可防水、防潮、防紫外线、抵御五四手枪铅芯弹、七九微冲铅芯弹、碎片的杀伤，抗穿透能力大，防护能力强，钝伤效应也被降低到最低限度，在子弹撞击本防弹衣时，防弹层吸收子弹动能，迅速向四周扩散，并迫使弹头在防弹层内停滞变形，成饼状或蘑菇状嵌在防弹衣内，所以本防弹衣不会发生跳弹伤人现象，而产品价格也能接受。

本发明提供的国产“UD”及其它材料的最佳组合，以最低的重量，达到最高的防护水平。

高性能PE“UD”布经剪裁成规定形状，叠放缝编，放入迷彩布外套内制成壳体，然后加上尼龙搭扣即成防弹衣成品。

将高性能PE“UD”布剪裁成图3、图4形状、大小，图3为防弹衣前片，图4为防弹衣后片。取前后片UD各45-48层，叠放整齐后，缝在一起装入内衬袋6中制成软质防护层1；缓冲层3由发泡橡胶或海绵与其它缓冲材料制成，减轻子弹对人体的撞击；将缓冲层3有软质防护层1一起装入迷彩服外套4，前后片用搭肩5相连接，两侧用尼龙扣2相连。此防弹衣可有效抵御79式微型冲锋枪发射的51式7．62mm铅芯弹及54式手枪铅芯弹。

实施例6：轻质防弹头盔

国内用于防护头部免遭枪弹射击的防弹头盔，主要采用钢制材料，其缺点是笨重、携带很不方便，易生锈，而国外一些发达国家的轻型头盔，主要由芳纶制成，虽然防弹效果不错，但价格昂贵，不适于我国推广使用。

本发明使用自行生产的高性能PE无纬布作为基本原料，根据系列头盔的盔型设计出模具，然后将模具安装在专用液压机上，再将无纬布裁成所需大小，经多次热压成为头盔壳体，喷上专用涂料，安上配件即成。该头盔重量轻、比金属头盔轻一倍以上，比芳纶头盔轻0．3Kg，且耐水、耐太阳暴晒，舒适凉快，防弹性能好，受弹击后不发生跳弹伤人，制作容易，且价格适中，适于在我国推广应用。

头盔主体采用两种轻质的高性能材料复合而成，表层1及内层3用耐较高温度并易被喷涂涂料的芳纶织布，中间主体防弹层2用自行生产的高性能PE无纬布，组成高性能轻质防弹头盔的主体。

如步兵用头盔，第一层为一层芳纶织布，第二层为自行生产的高性能PE无纬布，第三层为一层芳纶织布，两段壳体厚度分别为8mm、9mm。

按头盔形状、大小裁减芳纶织布，事先刷上浓度为10％左右有PVB工业酒精胶液制成预浸料。在模具上喷上脱模剂(纸)，将一层芳纶预浸料紧贴在阳模上，然后依次交叉叠放20-25层高性能PE无纬布，然后合上模具并给予5MPa压力使内部空气逸出，升温至125-130℃，升压至18-20Mpa，恒温恒压保持约10分钟，然后冷却至80℃以下，开启模具，继续在头盔壳体半成品上面叠放20-25层高性能无纬布，然后再放上一层芳纶预浸料，合上模具，给予5MPa压力，升温至125-130℃，升压至18-20Mpa，恒温恒压保持20-30分钟，然后在恒压下冷却至40℃以下，打开模具，取出头盔毛坯，对毛坯四周修剪整齐，喷漆烘干，再用一层薄橡胶包围边圈，装上必须的配件，成为一个步兵头盔。该头盔重量小于1100克，可抵御无四手枪铅芯弹及弹片的冲击。

Claims (8)

1、一种高性能PE纤维复合无纬布的制作方法及其生产设备和应用，是由基体材料HDPE薄膜，高性能PE纤维和热塑性高韧胶液组成，其特征在于：

高性能PE纤维均匀地铺在HDPE薄膜上，通过喷洒热塑性高韧胶液使纤维与薄膜、纤维与纤维间牢固地粘结起来成单向无纬布，然后将单向无纬布正交叠放热压成复合无纬布UD，高性能PE纤维复合无纬布是在专用设备上制作完成的，

用上述方法制成的复合无纬布作基材，通过特定的工艺方法，应用在防弹板材、软制高性能防弹衣、轻制防弹头盔。

2、根据权利要求1所述的复合无纬布的制作方法，其特征在于：热塑性高韧胶液配方，根据不同的产品要求选用不同的粘胶剂：

热塑性树脂：EVA、EEA、SBS、SIS、TPR等及丁纳胶、丁苯胶、PVB、PVA；

溶剂：溶剂汽油、工业酒精、甲苯、丙酮、环己烷等；

浓度：5-20％。

3、根据权利要求1所述的复合无纬布的制作方法，其特征在于：单向无纬布是用铺HDPE薄膜-高性能PE纤维-铺丝-喷胶粘剂-晾干成型-切片-半成品的工艺流程。

4、根据权利要求1所述的复合无纬布的制作方法，其特征在于：单向无纬布裁成所需尺寸后，每二层90°正交叠放，放入110-125℃的专用液夺机热模板上，加上16Mpa压力，恒温保持5-15分钟，在恒压下冷却至70°以下，即制得复合无纬布。

5、根据权利要求1所述的复合无纬布的专用生产设备，其特征在于：主要由四大装置-缠绕机、张力架6、辊筒3、喷枪8组成，

导辊9使纤维获得张力，走线夹10固定纤维位置，喷枪8固定在张力架6上喷出胶液，张力架6固定在缠绕机移动台11上，移动台11通过螺母5与丝杆4相连，沿着导轨平稳地左右移动，丝杆4通过链轮机构2与电机1连接，辊筒3则通过夹头、齿轮箱与电机1相连。电机1启动时，辊筒3按固定方向转动，张力架6水平移动，喷枪8射出胶液，制成排列均匀的无纬布。

6、根据权利要求1所述的复合无纬布的应用，其特征在于：应用之一为复合无纬布板材，30-350层高性能PE单向无纬布，每层90°正交叠放，升温至122-128℃，给予5Mpa压力进行预热，当无纬布内温度升至125℃时，压上18-20Mpa压力，并保持恒温恒压30-40分钟；对热板进行冷却，并保持恒压，当温度冷却至30-40℃即完成。所制板材可多层叠放。

7、根据权利要求1所述的复合无纬布的应用，其特征在于：防弹衣是由前后片各45-48层，叠放整齐后，缝在一起装入内衬袋内制成软制防护层，缓冲层由发泡橡胶海绵或其它缓冲材料制成，将缓冲层与软制防护层一起装入迷彩服外套，前后片由搭肩5相连接，两侧用尼龙扣相连。

8、根据权利要求1所述的复合无纬布的应用，其特征在于：复合无纬布可以应用到头盔的制作上，是按头盔形状、大小裁剪芳纶织布，事先刷上浓度为10％左右有PVB工业酒精胶液制成预浸料，在模具上喷上脱模剂，将一层芳纶预浸料紧贴在阳模上，然后依次交叉叠放20-25层高性能PE无纬布，合上模具并给予5Mpa压力使内部空气逸出，升温至125-130℃，升压至18-20Mpa，恒温恒压保持约10分钟，然后冷却至80℃以下开模。