專利名稱：一種超高分子量聚乙烯纖維復合無緯布及制造方法和應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬納米紡織領域，特別是涉及一種超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖 維復合無緯布及其制造方法和應用。
背景技術：
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維是20世紀80年代初由荷蘭DSM公司以 其獨創(chuàng)的凝膠紡絲一超拉伸技術研制的高性能有機纖維。超高分子量聚乙烯 (UHMWPE)纖維也稱超高模聚乙烯(UHMPE)纖維或仲長鏈聚乙烯(ECPE)纖維， 它是繼碳纖維、芳綸(Kevlar)纖維之后的第三代高性能纖維。超高分子量聚乙烯(UH麗PE)纖維的相對分子量為100 600萬之間，分子 形狀為線型伸直鏈結構，取向度接近100%，強度是當今纖維之最，具有良好的 機械性能。UHMWPE纖維還具有耐紫外線輻射、耐化學腐蝕、比能量吸收高、介 電常數(shù)低、電磁波透射率高、摩擦系數(shù)低及突出的抗沖擊、抗切割等優(yōu)異性能。 因此，UHMWPE纖維是制作軟質(zhì)防彈服、防刺衣、輕質(zhì)防彈頭盔、雷達罩、運鈔 車防彈裝甲、直升機防彈裝甲、艦艇及遠洋船舶纜繩、輕質(zhì)高壓容器、航天航 空結構件、深海抗風浪網(wǎng)箱、漁網(wǎng)、賽艇、帆船、滑雪撬等的理想材料。由于 UHMWPE纖維性能優(yōu)異，應用潛力巨大，因此，UH麗PE纖維自問世起就倍受重視， 發(fā)展很快。納米材料的研究最初源于十九世紀六十年代對膠體微粒的研究。納米材料 具有奇特的性能和廣闊的應用前景，被譽為跨世紀的新材料，引起了科學界和 企業(yè)界的極大關注。納米材料的發(fā)現(xiàn)者是著名的美國物理學家，兩次諾貝爾獎 金獲得者RichardFeynmen,他在上世紀60年代曾經(jīng)預言如果我們能控制物體 微小規(guī)模上的排序，將獲得很多具有特殊性能的物質(zhì)。納米材料的特殊性能由于納米材料的特殊結構一物質(zhì)的顆粒尺寸〈100nm 的超微粉末，它的比表面積很大，晶界處的原子數(shù)比率高達15 50，使之產(chǎn)生 四大效應，即小尺寸效應、量子效應(含宏觀量子隧道效應)、表面效應和界面
效應，從而具有傳統(tǒng)材料所不具備的物理、化學性能。蒙脫土是一種細粒粘土礦物，是膨潤土的有效成分，它是一種2: l型三層 結構陽離子型層狀材料，其單位晶胞由二層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體 組成，四面體與八面體之間通過共用氧原子相連，其晶胞平行疊置。其特殊的 晶體結構賦予了蒙脫土許多特性，例如膨脹性、吸附性、離子交換性、分散 性、懸浮性和粘結性等。由于其具有獨特的晶層重疊結構，通過加工可以均勻 分散于聚合物中，形成聚合物/蒙脫土納米復合材料，這種復合材料的力學、熱 學、光學、電磁學和氣體阻隔性能等都較常規(guī)有機無機復合材料有明顯提高。 無機物的剛性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與聚合物的低密度、高強度、高韌性、 耐腐蝕和良好的機械加工性及介電性能完美的結合，使這類新材料的透光性、 防水性、耐熱和抗老化性、氣體阻隔性、耐磨和沖擊性、機械加工性等得到大 幅度提高，從而獲得了優(yōu)異的綜合性能。超高分子量聚乙烯(UH麗PE)纖維復合無緯布是由U麗WPE纖維通過均勻、平行、挺直排列后，對其進行涂膠、干燥后制成的，對此，美國專利US4，916,000 和US5，149，391己經(jīng)描述了此過程。其中涂膠的膠粘劑一般包括聚乙烯、交聯(lián) 聚乙烯、聚丙烯、乙烯基共聚物、丙烯共聚物、乙烯一丙烯共聚物和其他烯烴 聚合物和共聚物，還有不飽和聚酯、聚丁二烯、聚異戊二烯、天然橡膠、環(huán)氧 樹脂、聚亞胺等等許多低模量的樹脂，此外，還有EVA、 EEA、 SBS、 SIS、 TPR、 SEBS等及丁鈉膠、丁苯膠PVB、 PVA等等這些熱塑性高韌膠液。這些低模量的彈 性體包覆在每一根纖維上，除了可固定作為增強體的纖維外，還可以提高復合 材料的抗沖擊防彈、防刺性能。對此，早些年的美國專利US4，403，012有報道， 近兩年的美國專利US6，825, 137和中國專利CN1278566也有報道。然而現(xiàn)有技術制備的復合無緯布，由于其作為基體的膠粘劑自身的缺點， 使得復合無緯布的綜合性能受到影響，體現(xiàn)在耐熱性差，綜合機械強度也較差， 蠕變嚴重，由其制成的UH麗PE纖維復合無緯布，不能有效地"鈍化"子彈的沖 擊力，只能通過增加無緯布層數(shù)來達到防彈效果，但這樣又會引起增加一般戰(zhàn) 士、警察使用時的負荷。因此，如何改變UHMWPE纖維復合無緯布的耐熱性，使 其具有更高的抗沖擊性，有效"鈍化"子彈的沖擊力，已經(jīng)成為防彈護品研究 的必然趨勢。因此，，為克服現(xiàn)有技術中存在的這些問題，本發(fā)明的目的首先是提供一種 超高分子量聚乙烯(UH麗PE)纖維復合無緯布，大大提高復合無緯布的耐熱性 和抗沖擊性。本發(fā)明第二個目的是提供上述復合無諱布的制造方法。 本發(fā)明第三個目的是提供上述復合無緯布的應用。發(fā)明內(nèi)容為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的技術方案如下本發(fā)明提供一種超高分子量聚乙烯纖維復合無緯布，其組成包括超高分子 量聚乙烯纖維和膠粘劑，其中所述的膠粘劑為加入改性納米蒙脫土的復合材 料，所述的蒙脫土在復合材料中所占的重量百分比為0.5 10。蒙脫土的添加使 得分子以小塊的形式整體運動，除了減小大分子的蠕變外，還使抵抗阻力的能 力變得較大。另外，添加蒙脫土還可以改善耐熱性能。根據(jù)本發(fā)明所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無諱布，其中較好地是，所 述的膠粘劑為溶劑型膠粘劑。根據(jù)本發(fā)明所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無緯布，'其中更好地是，所 述的膠粘劑為混合溶劑型膠粘劑。根據(jù)本發(fā)明所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無緯布，其中較好地是，所 述的混合溶劑型膠粘劑包括聚苯乙烯三嵌段共聚體或氫化聚苯乙烯三嵌段共聚體的混合溶劑型膠粘劑，較理想的是KRATON D-1107、 KRATON D-l 161或KRATON G-1650等。根據(jù)本發(fā)明所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無諱布，其中較好地是，所 述的溶劑為溶解度參數(shù)8.0 8.5的溶劑。不同的溶劑對嵌段共聚物的軟硬段溶 解略有差異，溶解聚合體的溶劑以混合溶劑為佳。根據(jù)本發(fā)明所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無諱布，其中較好地是，所 述的膠粘劑與溶劑重量百分比為10 40: 90 60。根據(jù)本發(fā)明所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無緯布，其中較好地是，所述的混合溶劑重量比為烷烴醚類酯類=3 10: 0. 1 0. 5: 1。根據(jù)本發(fā)明所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無諱布，其中較好地是，所述的烷烴包括巳垸、環(huán)巳垸、氯化環(huán)巳烷等；醚類包括二乙醚、甲基異丁 基醚等；酯類包括醋酸乙酯等。根據(jù)本發(fā)明所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無諱布，其中較好地是，所 述的蒙脫土為鈉基蒙脫土。
本發(fā)明還提供上面所述的復合無緯布的制造方法，包括纖維的鋪展、涂膠 和干燥，其中涂膠中使用的膠粘劑為加入改性納米蒙脫土的復合材料，其中 蒙脫土所占的重量百分比為0.5 10。根據(jù)本發(fā)明所述的復合無緯布的制備方法，其中較好地是，所述的復合材料系將改性納米蒙脫土與膠粘劑混合，在60 80。C攪拌1 2小時后，真空脫泡 即得。根據(jù)本發(fā)明所述的復合無緯布的制備方法，其中較好地是，所述的蒙脫土 選用鈉基蒙脫土。本發(fā)明還提供上面所述的復合無緯布在防彈護品領域的應用。UH麗PE纖維復合無緯布是由UH麗PE纖維和膠粘劑復合而成的，為了更好地 提高材料的防彈抗力，改善UH麗PE纖維的耐熱性能，本發(fā)明在復合無諱布纖維 用的膠粘劑中加入納米蒙脫土，不僅提高了基質(zhì)材料粘合劑的機械性能，同時 也改變了材料的熱穩(wěn)定性，提高了 UH麗PE纖維復合無諱布的耐熱性，使其使用 溫度提高IO'C，得到防抗沖擊性能優(yōu)良的復合防彈纖維，使其抗沖擊性提高20% 左右。因此，本發(fā)明所述的復合無緯布能廣泛應用于抗沖擊防彈、防刺性能等 防彈護品的制備。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明在復合無緯布纖維用的膠粘劑中加入納米蒙脫土，不僅提高了基質(zhì) 材料粘合劑的機械性能，同時也改變了材料的熱穩(wěn)定性，提高了U麗WPE纖維復 合無瑋布的耐熱性。試驗證明，本發(fā)明的UHMWPE纖維復合無緯布可以在很大程度上克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，得到防抗沖擊性能優(yōu)良的復合防彈纖維。由于納米蒙脫土有著 很多優(yōu)良性能，其具有優(yōu)良的耐熱性、強度和抗蠕變性，可以達到改善UH麗PE 纖維的耐熱性和抗蠕變性，從而可以有效的鈍化子彈的沖擊力'。
具體實施方式
下面參照附圖
，更具體地說明本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本 發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之 后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于 本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例1
稱取2g硅垸偶聯(lián)劑溶于50ml甲苯中，攪拌下滴加等量的冰醋酸，制得無 色透明的硅垸偶聯(lián)劑的冰醋酸溶液。將10g蒙脫土， 一定量的的硅烷偶聯(lián)劑(有 效成分相當于10g蒙托土陽離子交換總量的1.1倍)的冰醋酸溶液依次加入盛 有150ml甲苯的四口燒瓶中，升溫到80°C，回流攪拌8h。反應結束后過濾， 并用乙醇洗滌三遍，40'C烘干，研磨，得到偶聯(lián)劑改性后的蒙脫土。將一定量改性后的蒙脫土與膠粘劑按重量百分比1: 20混合，在60 8(TC 攪拌1 2h，真空脫泡。將增強體UHMWPE纖維于巻繞機上平行纏繞，之后涂膠 于UHMWPE纖維上(或?qū)HMWPE纖維浸入膠粘劑中)。涂膠次數(shù)為1 2次，注 意涂膠要均勻。本實施例采用的膠粘劑為KRATON G-1650，按重量比15%溶解于 混合溶劑(已烷二乙醚醋酸乙酯=5:0.5:1，再添加抗氧劑)，涂膠后用刮膠刀涂 膠均勻，置于烘箱中6(TC烘干、固化，烘箱溫度為60土3t:，干燥時間約為20min。 將上述所得的復合材料進行正交復合。它們可以是二層交錯，也可以是四層交 錯，所得到的產(chǎn)品結構相應是
或
2。(蒙脫土的摻入量為5.1 g/m2無緯布)防彈效果將40層、450mmX450mm AD=160g/m2 UD材料整齊疊加置于背襯 為膠泥的靶架上，采用54式7. 62醒手槍、54式普通彈(鉛芯彈)，按GA141-2001 試驗標準，測得V5Q>520m/s。實施例2與實施例l不同之處有改性后的蒙脫土與膠粘劑按重量百分比1: 10混 合，蒙脫土的摻入量為2.9g/m2無緯布。 其他操作與實施例1相同。防彈效果將40層、450腿X450mm AD=160g/m2 UD材料整齊疊加置于背襯 為膠泥的靶架上，采用54式7. 62腿手槍、54式普通彈(鉛芯彈)，按GA141-2001 試驗標準，測得D561m/s。實施例3稱取5g納基蒙脫土分散于500ral去離子水中，將一定量的插層劑十六烷 基三甲基氯化銨加入其中攪拌，水浴加熱一定時間，至得到有機蒙脫土絮狀沉 淀，用去離子水充分洗滌、抽濾，9(TC下干燥48h，研磨過300目篩，得插層劑 改性后的蒙脫土。將一定量改性后的蒙脫土與膠粘劑按重量百分比1: 20混合，在60 8(TC 攪拌l 2h，真空脫泡。將增強體UHMWPE纖維于巻繞機上平行纏繞，之后涂膠
于U麗WPE纖維上(或?qū)HMWPE纖維浸入膠粘劑中)。涂膠次數(shù)為1 2次，注 意涂膠要均勻。本實施例采用的膠粘劑為KRAT0N G-1650，按重量比15%溶解于 混合溶劑(已垸二乙醚醋酸乙酯=5:0.5:1，再添加抗氧劑)，涂膠后用刮膠刀涂 膠均勻，置于烘箱中6(TC烘干、固化，烘箱溫度為60士3"C，干燥時間約為20min。 將上述所得的復合材料進行正交復合。它們可以是二層交錯，也可以是四層交 錯，所得到的產(chǎn)品結構相應是
或
2。(蒙脫土的摻入量為5.1 g/m2無諱布)防彈效果將40層、450raraX450mm AD=160g/m2 UD材料整齊疊加置于背襯 為膠泥的靶架上，采用54式7.62誦手槍、54式普通彈(鉛芯彈)，按GA141-2001 試驗標準，測得D545m/s。實施例4與實施例3不同之處有改性后的蒙脫土與膠粘劑按重量百分比1: 10混 合，蒙脫土的摻入量為2.9g/m2無緯布。 其他操作與實施例3相同。防彈效果將40層、450mmX450mm AD=160g/ra2 UD材料整齊疊加置于背襯 為膠泥的靶架上，采用54式7. 62mm手槍、54式普通彈(鉛芯彈)，按GA141-2001 試驗標準，測得V5。>550m/s。比較例除了不添加改性蒙脫土外，其他操作與實施例l相同。防彈效果將40層、450mmX450mm AD=160g/m2 UD材料整齊疊加置于背襯 為膠泥的靶架上，采用54式7.62mffl手槍、54式普通彈(鉛芯彈)，按GA141-2001 試驗標準，測得V5。》520m/s。通過上述的實施例和比較例可以看出，本發(fā)明得到防抗沖擊性能優(yōu)良的復 合防彈纖維，其抗沖擊性提高20%左右。
權利要求
1、一種超高分子量聚乙烯纖維復合無緯布，其組成包括超高分子量聚乙烯纖維和膠粘劑，其特征在于所述的膠粘劑為加入改性納米蒙脫土的復合材料，其中蒙脫土所占的重量百分比為0.5～10。
2、 如權利要求1所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無緯布，其特征在于，所述的膠粘劑為溶劑型膠粘劑或混合溶劑型膠粘劑，所述的溶劑為溶解度參數(shù)8. 0 8. 5的溶劑。
3、 如權利要求2所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無緯布，其特征在于， 所述的混合溶劑型膠粘劑包括聚苯乙烯三嵌段共聚體或氫化聚苯乙烯三嵌段共 聚體的混合溶劑型膠粘劑。
4、 如權利要求2或3所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無諱布，其特征在 于，所述的膠粘劑與溶劑重量百分比為10 40: 90 60。
5、 如權利要求2所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無緯布，其特征在于，所述的混合溶劑重量比為烷烴醚類酯類=3 10: 0. 1 0. 5: 1。
6、 如權利要求5所述的超高分子量聚乙烯纖維復合無緯布，其特征在于， 所述的烷烴包括巳烷、環(huán)已烷、氯化環(huán)巳烷；醚類包括二乙醚、甲基異丁基醚；酯類包括醋酸乙酯。
7、 權利要求l所述的復合無緯布的制造方法，包括纖維的鋪展、涂膠和干燥，其特征在于涂膠中使用的膠粘劑為加入改性納米蒙脫土的復合材料，其中蒙脫土所占的重量百分比為0.5 10。
8、 如權利要求7所述的復合無緯布的制造方法，其特征在于，所述的復合 材料系將改性納米蒙脫土與膠粘劑混合，在60 8(TC攪拌1 2小時后，真空脫 泡即得。 ，
9、 如權利要求1或7所述的復合無緯布，其特征在于，所述的蒙脫土選用鈉基蒙脫土。
10、 上述權利要求1-9之任何一項所述的復合無緯布在防彈護品領域的應用。
全文摘要
本發(fā)明公開一種超高分子量聚乙烯纖維復合無緯布，其組成包括超高分子量聚乙烯纖維和膠粘劑，其中所述的膠粘劑為加入改性納米蒙脫土的復合材料，蒙脫土所占的重量百分比為0.5～10。本發(fā)明還提供該種復合無緯布的制造方法和應用，在很大程度上克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，得到防抗沖擊性能優(yōu)良的復合防彈纖維，提高了復合無緯布的耐熱性和抗沖擊性。
文檔編號D06N7/00GK101397757SQ20071004674
公開日2009年4月1日 申請日期2007年9月30日 優(yōu)先權日2007年9月30日
發(fā)明者劉術佳, 佳 王, 王依民 申請人:東華大學