专利名称：一种高强聚乙烯纤维/水溶性聚氨酯复合材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及复合材料制备技术，特别是一种高强聚乙烯纤维/水溶性聚氨酯复合材料的制备方法。该复合材料具有低树脂含量特征，主要用于做防弹制品。
背景技术：
高强聚乙烯(UHMWPE)纤维是一种防弹复合材料领域常用的增强体材料。UHMWPE 纤维采用的原料——超高分子量聚乙烯存在有大量无规线团的非晶区和折叠链的晶体结构。在超倍牵伸时，其大分子链的高度取向使晶区及非晶区的大分子充分伸展，形成了高度结晶的伸直链的超分子结构。在防弹过程中，由于UHMWPE传播应力波的速度相当于芳纶纤维的两倍，而备受关注。聚氨酯类树脂由于含有柔性的分子链，故具有极好的抗弯、抗冲击等机械性能，击碎吸收能大，有较强的剥离强度和化学稳定性以及优异的耐低温性能而被认为是理想的防弹材料基体。尤其是水溶性聚氨酯，具有毒性挥发物少，对工作人员危害程度较低，具有突出的环保性等优点。近些年来随着原料和合成工艺的改进，水溶性聚氨酯的综合性能得到显著提高，已成为理想的防弹复合材料基体。对于防弹复合材料而言，树脂的含量对防弹材料的性能影响显著一方面树脂含量不能过低，防止织物与树脂的界面粘结力过低，不利于防弹过程中的吸能；另一方面，树脂含量也不能过高，对于具有相同织物层数的层压板，树脂含量增加会导致防弹材料重量的增加，同时树脂含量过高，层间的树脂层变厚，且树脂层又是材料的弱相，弹击时容易造成树脂基体内聚破坏，不能充分发挥增强纤维的作用。因此，控制适度的低树脂含量是提高复合材料防弹性能的关键。此外，织物层与层之间的树脂有利于提高防弹过程中的吸能，而织物层内的树脂则不利于防弹吸能。现有UHMWPE纤维/水溶性聚氨酯复合材料的制备方法主要采用直接在UHMWPE布上涂刷水溶性聚氨酯，然后经过干燥处理，热压成型。这种方法一方面难以控制复合材料中的树脂含量，不能使复合材料中的树脂含量降低到理想或适当程度，因而不利于提高复合材料制品的防弹性能。另一方面，由于这种方法的树脂会浸润到单层织物内部，限制了防弹过程中纤维在单层织物内部的滑移，从而降低了复合材料的防弹性能。该制备方法所得制品中的树脂含量较高，一般在30 50%范围之内。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种高强聚乙烯纤维/ 水溶性聚氨酯复合材料的制备方法。该制备方法在有效的提高复合材料层合板层间粘接强度的同时，可有效控制并降低复合材料中的树脂含量，使所制备的复合材料具有低树脂含量，以达到理想的防弹效果，且工艺简单，成本较低，适于工业化实施。本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种高强聚乙烯纤维/水溶性聚氨酯复合材料的制备方法，该制备方法顺序采用以下工艺步骤1)在金属板上涂覆脱模剂，每隔30min涂覆一次，共涂三次；
2)在涂覆有脱模剂的金属板上均勻地涂覆上一层浓度为5-30wt%，的聚氨酯水溶液，在空气中静置5 IOmin ；3)将涂覆有水溶性聚氨酯的金属板置于60 80°C的干燥箱内干燥20 30min ；4)从干燥箱内取出金属板，冷却后，揭下薄膜；5)按设计要求的层数和形状剪裁高强聚乙烯纤维布，在每两层高强聚乙烯纤维布之间铺上1 3层所制得的薄膜，构成组合夹层材料；6)将第5)步所述材料置于压机上，在压机温度至80 90°C、压力为5 15MPa 条件下热压30 60min后取出，即得到本发明高强聚乙烯纤维/水溶性聚氨酯复合材料。与现有技术相比，本发明制备方法所制备的高强聚乙烯纤维/水溶性聚氨酯复合材料的树脂含量可以控制在10 30%范围之内，质量轻，但抗高速冲击性能(防弹性能) 较公知涂覆方法显著提高，且制备工艺方法简单，成本较低，没有污染，适用于工业化实施。
具体实施例方式下面结合具体实例对本发明进行进一步详细说明。本发明设计的高强聚乙烯纤维(UHMWPE)/水溶性聚氨酯复合材料(简称复合材料)的制备方法(简称制备方法)，顺序采用以下工艺步骤1)在四边带边缘的水平金属板上涂覆脱模剂，每隔30min涂覆一次，共涂三次；所述脱模剂为公知产品。2)在涂覆有脱模剂的金属板上均勻地涂覆上一层聚氨酯水溶液，在空气中静置 5 lOmin，以排除气泡；所述聚氨酯水溶液的浓度为5-30wt%。薄膜厚度由聚氨酯水溶液的浓度和涂覆溶液的质量确定。3)将涂覆有水溶性聚氨酯的金属板置于60 80°C的干燥箱内，干燥20 30min。4)从干燥箱内取出金属板，冷却后，揭下薄膜备用；要求所制薄膜质地均勻、透明、无气泡和孔洞、没有杂质。5)按产品或制品设计要求的层数和形状剪裁高强聚乙烯纤维布，并在每两层高强聚乙烯纤维布(A)之间铺上所制得的薄膜(B)，构成组合夹层材料，并通过控制薄膜的厚度和层数来控制复合材料中的树脂含量。薄膜的层数可根据所需要的纤维体积含量，通过常规方法计算得到。本发明实施例中相邻UHMWPE纤维布之间的薄膜层数为1 3层。铺层
方式采用 A+B+A+B+......+A、A+B+B+A+B+B+A+......或者 A+B+B+B+A+B+B+ B+A+......的结构方
式。复合材料的层数范围一般设计为3 30层。6)将第幻步所述组合夹层材料置于压机上，在压机温度达到80 90°C，压力为 5 15MPa的条件下进行热压，热压30 60min后取出，即得到本发明高强聚乙烯纤维/水溶性聚氨酯复合材料。本发明制备方法通过薄膜热压可以控制并降低复合材料中的树脂含量，树脂含量可以控制在10 30%范围之内，同时限制了树脂进入UHMWPE织物(布)的纤维之间，提高了织物层与层之间的粘接强度，大大改善了复合材料的防弹性能，并且质量轻，便于实际应用。利用本发明制备方法可以直接制得所述的复合材料，其树脂质量含量为10 30%。所制的复合材料可以用做防弹板、盾牌等装备的材料。
4
本发明未述及之处适用于现有技术。下面给出本发明的具体实施例。这些实施例仅用于具体叙述本发明，不限制本发明申请权利要求的保护范围。实施例1在金属铁板上涂上脱模剂，每隔30min涂一次，一共涂三次。在涂覆有脱模剂的铁板上均勻的刷上一层聚氨酯溶液，浓度为15wt%，静置lOmin，以排除铁板上聚氨酯溶液中的气泡。将刷有聚氨酯的铁板放入干燥箱内，干燥箱温度调为60°C，干燥30min。干燥后取出铁板，待冷却后，揭下均勻薄膜备用。按设计要求裁剪20层UHMWPE纤维平纹布，在层与层UHMWPE纤维平纹布之间分别铺上1层所制得的薄膜。打开压机，压机温度调为80°C。待压机温度上升到此温度时，将所述材料置于压机上，进行热压。压力调整为5MPa，40min后取出即得UHMWPE纤维/水溶性聚氨酯复合材料层合板。经检测，所得复合材料的树脂含量为12%。实施例2在金属铁板上涂上脱模剂，每隔30min涂一次，一共涂三次。在涂覆有脱模剂的铁板上均勻的刷上一层聚氨酯溶液，浓度为20wt%，静置lOmin，以排除铁板上聚氨酯溶液中的气泡。将刷有聚氨酯的铁板置于干燥箱内，干燥箱温度调为70°C，并干燥25min。取出铁板，待冷却后，揭下薄膜。选择质量较好的薄膜以备后用。裁剪40层UHMWPE纤维斜纹布，在层与层UHMWPE纤维斜纹布之间分别铺上1层制得的薄膜。打开压机，压机温度调为90°C。 待压机温度上升到此温度时，将所述材料置于压机上，进行热压。压力调整为10MPa，50min 后，取出即得。经检测，所得复合材料的树脂含量为14%。实施例3在金属铁板上涂上脱模剂，每隔30min涂一次，一共三次。在涂覆有脱模剂的铁板上均勻的刷上一层聚氨酯溶液，浓度为12wt%，静置lOmin，以排除铁板上聚氨酯溶液中的气泡。将刷有聚氨酯的铁板置于干燥箱内，干燥箱温度调为80°C，并干燥20min。取出铁板， 待冷却后，揭下薄膜。选择质量较好的薄膜以备后用。裁剪40层UHMWPE纤维斜纹布，在层与层UHMWPE纤维斜纹布之间分别铺上2层制得的薄膜。打开压机，压机温度调为90°C。待压机温度上升到此温度时，将材料置于压机上，进行热压。压力调整为15MPa，60min后取出即得。经检测，所得复合材料的树脂含量为20%。
权利要求
1.一种高强聚乙烯纤维/水溶性聚氨酯复合材料的制备方法，该制备方法顺序采用以下工艺步骤1)在金属板上涂覆脱模剂，每隔30min涂覆一次，共涂三次；2)在涂覆有脱模剂的金属板上均勻地涂覆上一层浓度为5-30wt%，的聚氨酯水溶液， 在空气中静置5 IOmin ；3)将涂覆有水溶性聚氨酯的金属板置于60 80°C的干燥箱内干燥20 30min；4)从干燥箱内取出金属板，冷却后，揭下薄膜；5)按设计要求的层数，在每两层高强聚乙烯纤维布之间铺上1 3层所制得的薄膜，构成组合夹层材料；6)将第5)步所述材料置于压机上，在压机温度至80 90°C、压力为5 15MPa条件下热压30 60min后取出，即得到本发明高强聚乙烯纤维/水溶性聚氨酯复合材料。
2.一种高强聚乙烯纤维/水溶性聚氨酯复合材料，其特征在于该复合材料由权利要求1所述的高强聚乙烯纤维/水溶性聚氨酯复合材料的制备方法制得，其树脂质量含量为 10 30%。
全文摘要
本发明公开一种高强聚乙烯纤维/水溶性聚氨酯复合材料的制备方法，该制备方法顺序采用以下工艺步骤1.在金属板上涂覆脱模剂，每隔30min涂覆一次，共涂三次；2.在金属板上再均匀涂覆一层浓度为5-30wt％的聚氨酯水溶液，在空气中静置5～10min；3.将金属板置于60～80℃的干燥箱内干燥20～30min；4.取出金属板，冷却后揭下薄膜；5.按设计要求层数和形状剪裁高强聚乙烯纤维布，并在每两层纤维布间铺上所制薄膜，构成组合夹层材料；6.将第5步所述材料置于压机上，在压机温度80～90℃、压力5～15MPa下热压30～60min后，即得到所述高强聚乙烯纤维/水溶性聚氨酯复合材料。
文档编号B32B27/02GK102152557SQ20101054278
公开日2011年8月17日 申请日期2010年11月15日 优先权日2010年11月15日
发明者吴晓青, 孙颖, 徐志伟, 李嘉禄, 陈利, 陈磊 申请人:天津工业大学