一种纳米纤维复合的单向布、其制备方法及应用技术

本发明专利技术提供一种纳米纤维复合的单向布及其制备方法。本发明专利技术的纳米纤维复合的单向布包括至少两个单向片层和位于相邻的单向片层之间的纳米纤维，所述单向片层包括单向排布的高性能纤维和胶黏剂，所述胶黏剂包括纳米纤维。本发明专利技术提供的纳米纤维复合的单向布是一种新型的复合结构，整合了纤维长丝、树脂基体及纳米纤维的综合特性。本发明专利技术的纳米纤维复合单向布具有优异的防弹性能，适用于新型防弹片材。适用于新型防弹片材。适用于新型防弹片材。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米纤维复合的单向布、其制备方法及应用


[0001]本专利技术属于防弹防护
，具体涉及一种纳米纤维复合的单向布、其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]复合材料是目前高性能纤维行业的主要发展方向，而纤维增强的树脂基复合材料更是目前的发展主流，UD布(uni-directional fabric，又称为单向织物或单向布)是属于防弹防护领域兼具结构化和功能化的新型复合材料。通常复合材料是由两种或两种以上材料加工成型，通过复合后既保留了原组份的性能，又获得了新材料的特殊功能。
[0003]UD布是采用连续纤维增强的层压复合材料，通常由平行排列的高性能纤维和树脂基体组成的预浸料经层压复合制成单向片层，再通过单向片层的铺层设计，按照不同的纤维方向进行叠层，最后通过热压成型的方法制成复合布或复合板(即多向片层)。对于单向片层，纤维是沿着同一个方向取向，呈各向异性。对于多向片层，通常采用对称铺层设计，即在层板中心面的两侧各层纤维取向是对称的，因此也称为各向同性板。
[0004]超高分子量聚乙烯UD布具有优异的防弹性能，但因为大分子链易产生滑移，当子弹弹击且未贯穿的情况下，超高分子量聚乙烯UD布蠕变严重，造成制品产生凹陷而对人体骨骼或肌肉造成伤害；芳纶UD布由于刚性链段的存在，在防子弹弹击对材料造成蠕变方面较为优异。开发一种既能保障防弹性能，又能降低弹击凹陷的新型UD布是本行业的发展热点。
[0005]因此，本领域亟需一种具有优异的防弹性能和防弹击凹陷性能的UD布。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种纳米纤维复合的UD布，其是一种新型的复合结构，整合了纤维长丝、热塑性树脂及纳米纤维的综合特性。本专利技术的纳米纤维复合的UD布具有优异的防弹性能和防弹击凹陷性能，适用于新型防弹片材，尤其是软质防弹衣和硬质防弹插板。
[0007]具体而言，本专利技术提供一种纳米纤维复合的单向布，所述纳米纤维复合的单向布包括至少两个单向片层和位于相邻的单向片层之间的纳米纤维，所述单向片层包括单向排布的高性能纤维和胶黏剂，所述胶黏剂包括纳米纤维。
[0008]在一个或多个实施方案中，相邻的两个单向片层的高性能纤维排布方向之间的夹角为90
±
10
°
。
[0009]在一个或多个实施方案中，所述高性能纤维的质量占所述纳米纤维复合的单向布总质量的70-90％。
[0010]在一个或多个实施方案中，所述纳米纤维复合的单向布包括两个单向片层时的面密度为70-350g/m2，优选为100-300g/m2，更优选为120-250g/m2。
[0011]在一个或多个实施方案中，所述胶黏剂中，纳米纤维占胶黏剂的质量分数为5-50％，优选为5-30％。
[0012]在一个或多个实施方案中，所述高性能纤维为拉伸强度大于等于20g/d、初始模量大于等于40GPa的纤维。
[0013]在一个或多个实施方案中，所述高性能纤维选自超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维和聚对苯撑苯并二噁唑纤维中的一种或多种。
[0014]在一个或多个实施方案中，所述高性能纤维为超高分子量聚乙烯纤维和/或芳纶纤维。
[0015]在一个或多个实施方案中，所述高性能纤维为超高分子量聚乙烯纤维和/或对位芳纶纤维。
[0016]在一个或多个实施方案中，所述高性能纤维的拉伸强度大于等于1.8GPa，初始模量为85-170GPa，断裂伸长率大于等于3.5％。
[0017]在一个或多个实施方案中，所述纳米纤维为芳纶纳米纤维，优选为对位芳纶纳米纤维。
[0018]在一个或多个实施方案中，所述纳米纤维的纤维长度为50-100nm，比表面积为50-500m2/g。
[0019]在一个或多个实施方案中，所述胶黏剂包括树脂基体，所述树脂基体选自聚氨酯、苯乙烯嵌段共聚物和聚丙烯酸酯中的一种或多种。
[0020]在一个或多个实施方案中，所述树脂基体为聚氨酯。
[0021]在一个或多个实施方案中，所述树脂基体的拉伸强度为15-40MPa。
[0022]在一个或多个实施方案中，所述胶黏剂中，树脂基体占胶黏剂的质量分数为30-80％，优选为40-80％；
[0023]在一个或多个实施方案中，所述胶黏剂中，树脂基体和纳米纤维的质量比为1：(0.1-1)，优选为1：(0.1-0.6)；
[0024]在一个或多个实施方案中，所述胶黏剂还包括添加剂，优选地，添加剂占胶黏剂的质量分数不超过25％。
[0025]本专利技术还提供制备本专利技术任一实施方案所述的纳米纤维复合的单向布的方法，所述方法包括以下步骤：
[0026](1)制备包括单向排列的高性能纤维和胶黏剂的单向片层，其中，胶黏剂包括纳米纤维；
[0027](2)在单向片层上喷涂纳米纤维的水分散液，干燥，再对单向片层进行层叠；
[0028](3)对层叠的单向片层进行热压复合，得到纳米纤维复合的单向布。
[0029]在一个或多个实施方案中，步骤(1)中，使胶黏剂的水分散体附着在单向排布的高性能纤维上，干燥，得到单向片层。
[0030]在一个或多个实施方案中，所述胶黏剂水分散体中，水与除纳米纤维以外的固体成分的质量比为7：3到4：6，优选为7：3到5：5。
[0031]在一个或多个实施方案中，附着在单向排布的高性能纤维上的胶黏剂水分散体的厚度为0.01-0.1mm，优选为0.01-0.05mm。
[0032]在一个或多个实施方案中，步骤(2)中，纳米纤维的水分散液在相邻的两个单向片层之间的喷涂量为1-10g/m2。
[0033]在一个或多个实施方案中，步骤(2)中，进行层叠时，相邻的两个单向片层的高性
能纤维排布方向之间的夹角为90
±
10
°
。
[0034]在一个或多个实施方案中，步骤(3)中，热压温度为70-120℃，热压压力为0.1-2MPa。
[0035]在一个或多个实施方案中，所述方法具有以下特征：
[0036]步骤(1)中，使胶黏剂的水分散体附着在单向排布的高性能纤维上，干燥，得到单向片层，其中，所述高性能纤维为超高分子量聚乙烯纤维，所述纳米纤维为对位芳纶纳米纤维，所述胶黏剂水分散体中，纳米纤维占胶黏剂水分散体的质量分数为10-13％，附着在单向排布的高性能纤维上的胶黏剂水分散体的厚度为0.01-0.05mm；
[0037]步骤(2)中，纳米纤维的水分散液在相邻的两个单向片层之间的喷涂量为1-5g/m2，所述纳米纤维的水分散液中，纳米纤维占纳米纤维的水分散液的质量分数为10-13％，进行层叠时，相邻的两个单向片层的高性能纤维排布方向之间的夹角为90
±
10
°
；和
[0038]步骤(3)中，热压温度为70-120℃，热压压力为0.1-2MPa。
[0039]本专利技术还提供一种胶黏剂水分散体，所述胶黏剂水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维复合的单向布，其特征在于，所述纳米纤维复合的单向布包括至少两个单向片层和位于相邻的单向片层之间的纳米纤维，所述单向片层包括单向排布的高性能纤维和胶黏剂，所述胶黏剂包括纳米纤维。2.如权利要求1所述的纳米纤维复合的单向布，其特征在于，所述纳米纤维复合的单向布具有以下一项或多项特征：相邻的两个单向片层的高性能纤维排布方向之间的夹角为90
±
10
°
；所述高性能纤维的质量占所述纳米纤维复合的单向布总质量的70-90％；所述纳米纤维复合的单向布包括两个单向片层时的面密度为70-350g/m2，优选为100-300g/m2，更优选为120-250g/m2；所述胶黏剂中，纳米纤维占胶黏剂的质量分数为5-50％，优选为5-30％；所述高性能纤维为拉伸强度大于等于20g/d、初始模量大于等于40GPa的纤维。3.如权利要求1所述的纳米纤维复合单向布，其特征在于，所述高性能纤维选自超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维和聚对苯撑苯并二噁唑纤维中的一种或多种，优选为超高分子量聚乙烯纤维和/或芳纶纤维，更优选为超高分子量聚乙烯纤维和/或对位芳纶纤维；和/或，所述高性能纤维的拉伸强度大于等于1.8GPa，初始模量为85-170GPa，断裂伸长率大于等于3.5％。4.如权利要求1所述的纳米纤维复合的单向布，其特征在于，所述纳米纤维为芳纶纳米纤维，优选为对位芳纶纳米纤维；和/或，所述纳米纤维的纤维长度为50-100nm，比表面积为50-500m2/g。5.如权利要求1所述的纳米纤维复合的单向布，其特征在于，所述胶黏剂包括树脂基体，所述树脂基体选自聚氨酯、苯乙烯嵌段共聚物和聚丙烯酸酯中的一种或多种、优选为聚氨酯；和/或，所述树脂基体的拉伸强度为15-40MPa。6.如权利要求5所述的纳米纤维复合的单向布，其特征在于，所述纳米纤维复合的单向布具有以下一项或多项特征：所述胶黏剂中，树脂基体占胶黏剂的质量分数为30-80％，优选为40-80％；所述胶黏剂中，树脂基体和纳米纤维的质量比为1：(0.1-1)，优选为1：(0.1-0.6)；所述胶黏剂还包括添加剂，优选地，添加剂占胶黏剂的质量分数不超过25％。7.制备权利要求1-6中任一项所述的纳米纤维复合的单向布的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)制备包括单向排列的高性能纤维和胶黏剂的单向片层，其中，胶黏剂包括纳米纤维；(2)在单向片层上喷涂纳米纤维的水分散液，干燥，再对单向片层进行层叠；(3)对层叠的单向片层进行热压复合，得到纳米纤维复合的单向布。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法具有以下一项或多项特征：步骤(1)中，使胶黏剂的水分散体附着在单向排布的高性能纤维上，干燥，得到单向片层；优选地，所述胶黏剂水分散体中，水与除纳米纤维以外的固体成分的质量比为7：3到4：6，优选为7：3到5：5；优选地，附着在单向排布的高性能纤维上的胶黏剂水分散体的厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立铭，曹煜彤，宋数宾，赵开荣，曹美荣，宋向阳，朱俊强，王倩，
申请(专利权)人：江苏瑞盛新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：