專利名稱：一種芳綸纖維預(yù)浸料及復(fù)合型材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬高分子復(fù)合材料制備領(lǐng)域，特別是涉及到一種芳綸纖維預(yù)浸料及復(fù)合型材的制備方法。
背景技術(shù)：
采用高性能的芳綸纖維作為預(yù)浸料的原材料，主要應(yīng)用在防弾防刺等個體防護(hù)材料上，由于此類產(chǎn)品涉及到人身的安全，因此產(chǎn)品的穩(wěn)定可靠性至關(guān)重要，由芳綸纖維單取向預(yù)浸料經(jīng)角度層疊復(fù)合而成的疊合復(fù)合材料是ー種特種復(fù)合材料，它是由芳綸纖維通過均勻鋪展形成連續(xù)無縫隙的帯狀后經(jīng)過上膠、干燥、冷卻等形成單取向的預(yù)浸料，再由預(yù)浸料進(jìn)行2層、4層層疊復(fù)合形成防弾或者防刺的芯片材料。芳綸預(yù)浸料被廣泛應(yīng)用在軟質(zhì)防弾衣上，主要原因有在預(yù)浸料的制造過程中，纖維材料已被充分展開，纖維被固定住，且纖維之間沒有相互的交錯點(diǎn)，在受到彈丸的沖擊作用吋，有利于能量的分散和應(yīng)カ波的傳遞，可以有更多的纖維參與能量的耗散，能量可以在較大的面積上得到吸收；其它織物形態(tài)纖維存在一定的屈曲和束縛，并且編織過程會產(chǎn)生一定的纖維強(qiáng)度損傷，從而使得能量吸收面積減小，能量吸收效率降低，無法發(fā)揮出芳綸纖維的高吸能的特性。美國專利US4916000、US5149391，中國專利 03109121. 0、03158881. 6 和 200710047455. 9，公開了幾種制作方法，這些專利中描述的制作方法，主要缺陷有以下(1) 制作小幅寬產(chǎn)品纖維數(shù)少，影響生產(chǎn)效率；大幅寬的纖維束數(shù)多，張カ大，導(dǎo)致對機(jī)械零部件強(qiáng)度和韌性要求高；( 張カ不能有效均勻控制；C3)膠粘劑大多數(shù)采用的是溶劑型的， 給車間環(huán)境和環(huán)保造成影響；(4)上膠環(huán)節(jié)采用的是刮刀方式或者是噴霧方式，其中刮刀方式中的刮刀會對纖維有一定的損傷，影響了纖維的強(qiáng)度；噴霧方式會對車間環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，對操作人員的健康有一定的損害；(5)0/90°復(fù)合吋，由于未采用新型熱熔成分的膠粘劑體系，層疊復(fù)合時須添加膠粘劑，使得エ藝復(fù)雜化，影響了生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種芳綸纖維預(yù)浸料及復(fù)合型材的制備方法，該方法能克服上述缺陷，并且能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定連續(xù)化生產(chǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的制備方法步驟為(1)、纖維束從紗架上導(dǎo)出后，經(jīng)過伸縮筘，對纖維進(jìn)行初次定位和均勻鋪開；O)、經(jīng)過初次鋪開的纖維束通過張カ施加輥，使纖維束具有均勻一致的張カ而使之均勻鋪展開；(3)、將展平的纖維平鋪在上膠裝置上進(jìn)行上膠；(4)、將上過膠的平鋪纖維層與下層背襯紙復(fù)合后于90-180°C進(jìn)行干燥定型；(5)、然后經(jīng)過水冷迅速冷卻，再次定型后進(jìn)行收卷，即得到芳綸纖維單取向預(yù)浸料。
(6)、將芳綸單向預(yù)浸料進(jìn)行層疊復(fù)合，可以形成2層、4層甚至更多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。所述步驟(1)中的張カ施加輥通過一對或者多對壓輥進(jìn)行張力施加，張カ
彡 0.6g/Do所述步驟(3)中的上膠裝置采用的是擦入式上膠方式，并且上膠量的調(diào)整可以通過上膠輥的主動速度來控制。所述步驟(6)中進(jìn)行多層層疊復(fù)合過程中，熱壓定型的壓輥壓力7. 5 18MPa。所述步驟(6)中進(jìn)行多層層疊復(fù)合過程中，背襯紙進(jìn)行回收。所述的膠粘劑是EVA與丙烯酸酯類、聚氨酯類、聚烯烴類水性中的ー種或多種復(fù)合，其中EVA 其它膠粘劑=40 60 20 80 (質(zhì)量比)，上膠濃度為20% 60%。所述的預(yù)浸料/膠粘劑固含量重量比是90 10 75 25。本發(fā)明中的張カ施加輥，其作用和原理是當(dāng)幾百束絲束平行進(jìn)入同一水平線的伸縮筘吋，采用兩對壓輥進(jìn)行張力施加，通過控制兩對壓輥的速度差來調(diào)整纖維束所受張カ 大小，其中每對壓輥中的下壓輥采用磁粉控制器，可以有效均勻地控制張力。在現(xiàn)有的技術(shù)中，多數(shù)采用的是通過施加高壓靜電使得絲束展開，此方法電壓高，對實(shí)際操作要求高，危險性大，安全系數(shù)低；采用摩擦靜電的方法既產(chǎn)生了機(jī)械摩擦，損傷了纖維的強(qiáng)度，又使得摩擦產(chǎn)生的靜電不均勻，導(dǎo)致絲束展開不均勻。本發(fā)明中上膠裝置采用的是擦入式上膠方式，通過上膠輥的轉(zhuǎn)速大小和浸入膠槽液面的高低來調(diào)整上膠量的大小，有效控制上膠量，確保上膠均勻。采用此種上膠方式， 膠液對鋪展開的纖維浸潤很充分，在縱向運(yùn)動張カ的牽引下，使得纖維正反面膠粘得平整與均勻，有利于提高產(chǎn)品的穩(wěn)定一致性。本發(fā)明中所用的膠粘劑是水性膠粘劑和熱熔膠粘劑的混合，屬于新型的自配水性熱熔膠粘劑，應(yīng)用此種膠粘劑使得制備的單向布具有熱熔特性，進(jìn)行層疊復(fù)合吋，復(fù)合時中間層不需膠粘劑，只需要對兩個單向布在復(fù)合平臺上進(jìn)行加熱加壓，就能實(shí)現(xiàn)，簡化了復(fù)合 エ藝，節(jié)約了成本，提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以根據(jù)版型尺寸，定型產(chǎn)品的幅寬大小，有效提高產(chǎn)品的利用率，減小產(chǎn)品的浪費(fèi)，節(jié)省原料；載體料背襯紙能進(jìn)行回收，可以重復(fù)利用；采用新型的膠粘劑體系，大大簡化了層疊復(fù)合エ藝，大大提高了生產(chǎn)效率；采用特殊的上膠方式，保證上膠量均勻一致；采用對輥速度差的方式來調(diào)整和控制纖維束所受張カ大小，保證纖維所受的張カ均勻一致。


圖1是本發(fā)明エ藝流程圖。圖2是預(yù)浸料的橫截面示意圖。圖3是兩層預(yù)浸料以0/90°層疊復(fù)合后橫截面示意圖。1是筒子架，2是伸縮筘，3、4是ニ組張カ控制棍，5是膠槽，6是上膠輥，7、9是兩組夾送輥，8是加熱烘干裝置，10是背紙放卷輥，11是輸送輥，12是水冷輥，13是收卷軸下面結(jié)合圖1說明本發(fā)明提供的方法
具體實(shí)施例方式如圖1所示，將多根纖維從紗架1上導(dǎo)出后，利用伸縮筘2將纖維平行排列，纖維之間的間隔均勻一致，進(jìn)行纖維的初歩定位，纖維束依次經(jīng)過對輥3和4，這兩組對輥有一定的速度差，從而對幅面上的纖維產(chǎn)生均勻一致的張力，使得纖維均勻開，膠槽5中的膠液通過上膠輥6的旋轉(zhuǎn)均勻地浸潤纖維束，上過膠液的纖維與背襯紙放卷輥10放出的背襯紙經(jīng)過輸送輥11后在夾送對輥7進(jìn)行復(fù)合，上過膠液的纖維束就平鋪在背襯紙，經(jīng)過熱風(fēng)烘干裝置8，經(jīng)過夾送輥9后，最后經(jīng)過ー組水冷輥12，將芳綸預(yù)浸料收在收卷輥13上。下面結(jié)合具體實(shí)施方式

對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)ー步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明不受實(shí)施條件的限制。依照本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的技術(shù)人員基本能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明給出的條件有一定的范圍，只要在該范圍內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)同樣的效果。因此選擇ー個實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明實(shí)施例中采用的防弾性能測試，按照美國司法部NIJ0101. 06標(biāo)準(zhǔn)中NIJ IIIA級進(jìn)行測試，_在測試采用本發(fā)明的芳綸纖維預(yù)浸料制備的無緯布制成防弾衣的抗彈性能。本發(fā)明實(shí)施例中采用的主要原料如下芳綸纖維，荷蘭阿克蘇公司，牌號twaron-2000，線密度1680dtex，纖維直徑9 12 μ m ；EVA熱熔膠粉，溫州華特?zé)崛勰z有限公司，牌號HT-E^，粉狀；聚氨酯膠粘劑，溫州寰宇高分子有限公司，牌號UR303GNP，固含量為60% ；丙烯酸酯膠粘劑，泰興市中紡助劑廠，牌號ZF-101，固含量為50% ；背襯紙，上海優(yōu)特紙塑制品有限公司，型號UTP-8158，克重90g/m2實(shí)施例1如圖1所示，將660只紗筒纖維束從紗架1上導(dǎo)出后，利用伸縮筘2將纖維平行排列，纖維之間的間隔均勻一致，進(jìn)行纖維的初歩定位，纖維束依次經(jīng)過對輥3和4，這兩組對輥有一定的速度差，從而對幅面上的纖維產(chǎn)生均勻一致的張力，使得纖維均勻開，膠槽5中的膠液通過上膠輥6的旋轉(zhuǎn)均勻地浸潤纖維束，本實(shí)施例中的膠粘劑是按照EVA ZF-101 =40 60(質(zhì)量比)，并將50%ZF-101型丙烯酸酯膠粘劑固含量調(diào)配至20% ；上過膠液的纖維與背襯紙放卷輥10放出的背襯紙經(jīng)過輸送輥11后在夾送對輥7進(jìn)行復(fù)合，上過膠液的纖維束就平鋪在背襯紙，經(jīng)過熱風(fēng)烘干裝置8在150°C進(jìn)行干燥定型后，經(jīng)過夾送輥9， 最后經(jīng)過ー組水冷輥12，將芳綸預(yù)浸料收取在收卷輥13上。將芳綸單向預(yù)浸料按0/90°進(jìn)行層疊復(fù)合，熱壓定型的壓輥壓力7. 5 18Mpa， 可以形成2層的正交復(fù)合布樣，復(fù)合布樣是以背襯紙揭下的形態(tài)存在的，制得面密度約為 200g/m2復(fù)合型材。將正交復(fù)合型材布樣裁剪成400mmX 400mm正方形布樣，并將28片400mmX 400mm 正方形層疊布樣摞在一起，用膠帶進(jìn)行井字形粘結(jié)。之后將PC板GOOmm)用同樣的方法粘結(jié)在粘好的布樣上，制成靶片。按美國司法部NIJ0101. 06中IIIA級標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，測得此復(fù)合型材的V5tl = 590m/s實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處有實(shí)施例1中的丙烯酸酯膠粘劑的固含量調(diào)至改為50%，并且按照EVA ZF-101 = 20 80 (質(zhì)量比)，其余條件與實(shí)施例1相同。測得此復(fù)合型材的 V5tl = 565m/s實(shí)施例3與實(shí)施例1不同之處有實(shí)施例1中的丙烯酸酯膠粘劑改為聚氨酯膠粘劑，其余條件與實(shí)施例1相同。測得此復(fù)合型材的V5tl = 565m/s。
權(quán)利要求
1.一種芳綸纖維預(yù)浸料及復(fù)合型材的制備方法，其特征在于預(yù)浸料及其復(fù)合型材的制備是采用以下エ藝進(jìn)行的(1)、纖維束從紗架上導(dǎo)出后，經(jīng)過伸縮筘，對纖維進(jìn)行初次定位和均勻鋪開；O)、經(jīng)過初次鋪開的纖維束通過張カ施加輥，使纖維束具有均勻一致的張カ而使之均勻鋪展開；(3)、將展平的纖維平鋪在裝有膠粘劑的上膠裝置上進(jìn)行上膠；(4)、將上過膠的平鋪纖維層與下層背襯紙復(fù)合后于90-180°C進(jìn)行干燥；(5)、然后經(jīng)過水冷迅速冷卻，再次定型后進(jìn)行收卷，即得到芳綸纖維單取向預(yù)浸料；(6)、將芳綸單取向預(yù)浸料進(jìn)行層疊復(fù)合，可以形成2層、4層甚至更多層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種芳綸纖維預(yù)浸料及復(fù)合型材的制備方法，其特征在于 所述步驟(1)中的張カ施加輥通過一對或者多對對壓輥進(jìn)行張カ施加，張カ<0.6g/D。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種芳綸纖維預(yù)浸料及復(fù)合型材的制備方法，其特征在于 所述步驟(3)中的膠粘劑是EVA與丙烯酸酯類、聚氨酯類、聚烯烴類中水性膠粘劑的ー種或多種復(fù)合，其中EVA 其它膠粘劑=40 60 20 80 (質(zhì)量比)，上膠濃度為20% 60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種芳綸纖維預(yù)浸料及復(fù)合型材的制備方法，其特征在于 所述的預(yù)浸料/膠粘劑固含量重量比是90 10 75 25。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種芳綸纖維預(yù)浸料及復(fù)合型材的制備方法，其特征在于 所述步驟(3)中的上膠裝置采用的是擦入式上膠方式，并且上膠量的調(diào)整可以通過上膠輥的主動速度來控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種芳綸纖維預(yù)浸料及復(fù)合型材的制備方法，其特征在于 層疊復(fù)合熱壓定型的壓輥壓カ為7. 5 18MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種芳綸纖維預(yù)浸料及復(fù)合型材的制備方法，其特征在于 所述步驟(6)是采用步驟(5)中制得的芳綸單取向預(yù)浸料，將兩層單取向預(yù)浸料按0/90° 復(fù)合或者45° /45°復(fù)合，形成兩層、四層甚至多層復(fù)合材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ー種芳綸纖維預(yù)浸料及復(fù)合型材的制備方法，其特征在于 所述步驟(6)中進(jìn)行多層層疊復(fù)合過程中，背襯紙進(jìn)行回收。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種芳綸纖維預(yù)浸料及復(fù)合型材的制備方法，將多根芳綸束纖維從紗架上導(dǎo)出后，通過均勻鋪展、平行排列、與下層的背襯紙以膠粘劑粘合而得到預(yù)浸料，經(jīng)過加熱烘干與冷卻裝置后，將預(yù)浸料收取在收料軸上，再將多層預(yù)浸料進(jìn)行角度層疊復(fù)合制得復(fù)合材料，作為軟質(zhì)防彈衣的芯片材料。該制備方法根據(jù)要求能形成不同幅寬的預(yù)浸料，從而提高了產(chǎn)品的靈活性與實(shí)用性，可以根據(jù)版型來制定出合適省料的幅寬，提高了原材料的利用率；其關(guān)鍵是采用了一種新穎特殊的膠粘劑配方和配比及相關(guān)的工藝來完成的，從而對層疊復(fù)合工藝要求大大簡化，提高了生產(chǎn)效率；纖維單取向均勻鋪開無縫隙中的張力調(diào)節(jié)與控制也是本工藝的特色。
文檔編號B32B37/06GK102529196SQ2011103863
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者傅麗強(qiáng), 劉元坤, 劉勝, 劉騰龍, 呂攀珂, 吳中偉, 姜聯(lián)東, 張聰, 張靜, 方心靈, 李水冰, 梁立, 潘智勇, 高虹, 黃繼慶 申請人:北京雷特新技術(shù)實(shí)業(yè)公司