一种柔性复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性复合材料及其制备方法，所述复合材料包括纤维织物层以及至少一层复合于纤维织物一面或者两面的纳米叠层结构，所述纳米叠层结构包括粘接剂和纳米粒子。所述制备方法包括：对纤维织物进行至少一个循环的叠层喷涂处理，然后将经过叠层喷涂处理的复合材料进行真空压制复合。所述叠层喷涂处理包括，先在纤维织物上喷涂粘接剂，再喷涂纳米悬浮液，然后进行真空脱溶剂处理。本发明专利技术方法解决了纳米粒子在粘接剂体系中的均匀分散问题，进而提高了复合材料的品质。本发明专利技术提供的纳米复合材料质量轻、柔软、易加工；适用于军事及警察安全部门防护产品和柔性装甲；也可用于民用领域，如运动防护、工业防护、摩托车赛车手的防护等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及防护复合材料领域，特别涉及一种柔性复合防护材料及其制备方法。
技术介绍
传统的抗冲击防护材料其发展过程是由金属向非金属发展的过程，同时也是由厚重材料向轻薄复合材料过渡。但是大多数材料的抗冲击原理还是硬碰硬，以刚性碰撞来减缓或是抵抗冲击。这样的抗冲击方式很难减缓冲击物的强大动能，而这种巨大的冲击动能会给被冲击物带来巨大损害或是改变被冲击物的运动轨道。因此具有缓冲减震能力的抗冲击防护材料的研发具有重要的意义。纳米复合材料作为一种质量优异的复合材料，近年来被大量研究，并广泛应用于各种民用或军用防护用具。目前的纳米复合防护材料方法主要采用纳米粒子分散于粘接剂或者树脂基体中，然后再喷涂或浸渍复合于高性能纤维织物，该纳米复合材料与传统的防护材料相比各方面性能均有很大提高。但是将纳米粒子分散于粘接剂或树脂中由于纳米粒子的分散不均勻，并且制备的纳米粒子浓度很小，严重影响复合材料的品质；此外，树脂的加入不仅增加了复合材料的质量，而且影响复合材料的柔软性、穿着舒适性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述纳米复合材料柔软性欠佳、质量大的问题，提供一种柔软、轻质的柔性复合材料。本专利技术的另一目的是提供一种上述复合材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案本专利技术公开了一种柔性复合材料，所述复合材料包括纤维织物层以及至少一层复合于纤维织物一面或者两面的纳米叠层结构，所述纳米叠层结构包括粘接剂和纳米粒子。所述纳米粒子的粒径为lOO-lOOOnm，优选为280_500nm，更优选为300-500nm。所述纳米粒子和粘接剂的质量比为1 0.3-4，优选为1 0.5-3，更优选为 1 0. 5-1，最优选为 1 0. 5-0. 8。所述纳米粒子优选为微纳米硬质粒子，选自二氧化硅、二氧化锆、碳酸钙、蒙脱土、 聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种；所述粘接剂选自聚乙二醇200、聚乙二醇400、乙二醇、丙三醇中的至少一种。本专利技术还公开了一种上述复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤对纤维织物进行至少一个循环的叠层喷涂处理，所述叠层喷涂处理包括步骤a-c，a.先在纤维织物上喷涂粘接剂，b.将纳米悬浮液均勻的喷涂于经过步骤a处理的纤维织物上，c.对步骤 b处理的纤维织物进行真空脱溶剂处理；经过上述叠层喷涂处理后，采用真空压制获得所述柔性复合材料。优选的，所述方法还包括在叠层喷涂处理前对纳米粒子进行表面改性处理，然后分散于溶剂，制成悬浮液。所述真空压制的条件为，真空度优选为0. 06-0. 1兆帕，更优选为0. 07-0. 09兆帕， 真空压制时间优选为l-10h，更优选为3- ！。由于采用以上技术方案，本专利技术的有益效果在于本专利技术提供的柔性复合材料以纤维织物为主体，加以微纳米粒子和有机粘接剂协同作用改善高性能纤维织物的吸能，具有质量轻、柔软、容易变形、易于加工等优点。本专利技术的方法，解决了纳米粒子在粘接剂体系中的均勻分散问题，进而提高了复合材料的品质。本专利技术提供的复合材料特别适用于军事及警察安全部门防护产品、柔性装甲制品；也可以应用于民用领域，如防护用品包括运动防护(击剑运动等)、工业人员防护(装修、建筑等)、 摩托车赛车手的防护、出租车司机等特殊职业人群以及作为包装材料、减震缓冲零部件等。附图说明图1是本专利技术实施例中以类球形粒子为例的单面单层纳米叠层结构的柔性复合材料结构示意图，图中ι为纤维织物，2粘接剂，3为纳米粒子；图2是本专利技术实施例中以类球形粒子为例的两面单层纳米叠层结构的柔性复合材料结构示意图，图中1为纤维织物，2粘接剂，3为纳米粒子；图3是本专利技术实施例中以类球形粒子为例的两面多层纳米叠层结构的柔性复合材料结构示意图，图中1为纤维织物，2粘接剂，3为纳米粒子；图4是本专利技术实施例中以类球形粒子为例的单面多层纳米叠层结构的柔性复合材料结构示意图，图中1为纤维织物，2粘接剂，3为纳米粒子。具体实施例方式本专利技术的柔性复合材料具有纳米叠层结构，该叠层结构中纳米粒子分散均勻，充分发挥了纳米粒子在复合材料中的优越性，使得复合材料具有缓冲减震防护性能优良等特点，并且该复合材料柔软舒适，易于加工。本专利技术中，所述柔性复合材料以纤维织物为主体， 并在纤维织物的一面或者两面上至少复合一层纳米叠层结构，所述纳米叠层结构包括粘接剂和纳米粒子。所述纳米粒子为微纳米材料，粒径为lOO-lOOOnm，优选为280-500nm，更优选为300-500nm;所述纳米粒子和粘接剂的质量比为1 0.3-4，优选为1 0.5-3，更优选为1 0.5-1，最优选为1 0.5-0. 8;所述纤维织物为高性能纤维织物，可以为纺纶纤维织物、PBO纤维织物、高强尼龙纤维织物、超高分子量聚乙烯织物中的至少一种；所述纳米粒子为微纳米硬质粒子，包含无机氧化物，如二氧化硅、二氧化锆，碳酸钙，蒙脱土中的至少一种，也可以选择有机物如聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种，所述纳米粒子的形状可以为球形、椭圆形、片状，既可以是单分散粒子，也可以是多分散粒子；所述粘接剂为无毒无害不易挥发的液体，优选自聚乙二醇200、聚乙二醇400、乙二醇、丙三醇中的至少一种。本专利技术的复合材料制备方法解决了纳米粒子在粘接剂体系中的均勻分散问题，进而提高了复合材料的质量。所述方法包括如下步骤对纤维织物进行至少一个循环的叠层喷涂处理，所述叠层喷涂处理包括步骤a-c，a先在纤维织物上喷涂粘接剂，b将纳米悬浮液均勻的喷涂于经过步骤a处理的纤维织物上，c对步骤b处理的纤维织物进行真空脱溶剂处理；经过上述叠层喷涂处理后，采用真空压制获得所述柔性复合材料，所述真空压制的条件为，真空度0. 06-0. 1兆帕，优选为0. 07-0. 09兆帕，更优选为0. 08兆帕，真空压制时间为l-10h，优选为3-5h，更优选为3-4h。上述制备方法中，优选的，还包括在叠层喷涂处理前对纳米粒子进行表面改性处理，以利于纳米粒子的均勻分散，然后将表面改性处理的纳米粒子分散于溶剂，制成悬浮液，优选的采用硅烷偶联剂进行表面改性处理；优选的，所述分散纳米粒子的溶剂为无毒、易挥发的溶剂，如乙醇或丙酮等有机溶剂，优选的分散过程采用超声波辅助分散，以获得更为均勻的分散液。上述制备方法中，按照材料设计要求，可以对叠层喷涂处理的循环数进行灵活控制，一般喷涂2-10层即可。本专利技术采用喷涂粘接剂和微纳米粒子制备叠层材料，既能解决微纳米粒子在粘接剂体系中的均勻分散问题，又便于复合结构各层成分设计，叠层结构的层数可以根据需要进行增加，同时经过密封负压压制工艺可实现粘接剂、硬质粒子和高性能纤维布三者有效复合，避免了其它工艺方式例如滚压，挤压等方法对纤维布性能的损伤。下面通过具体实施例并结合附图对本专利技术作进一步详细说明。以下实施例仅对本专利技术进行进一步说明，不应理解为对本专利技术的限制。实施例1首先对商售平均粒径300nm的二氧化硅粒子采用硅烷偶联剂KH550进行表面改性处理，然后以乙醇为分散介质在超声辅助条件下进行分散处理，配制纳米粒子分散液，待用。将干燥处理后的高性能芳纶(Kevlar)织物置于棕色腔体，采用喷涂方式把聚乙二醇 200粘接剂均勻的喷在纤维织物上，然后在粘接剂涂层上喷涂纳米粒子分散液，真空干燥除去乙醇分散介质，上述过本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种柔性复合材料，其特征在于：所述复合材料包括纤维织物层以及至少一层复合于纤维织物一面或者两面的纳米叠层结构，所述纳米叠层结构包括粘接剂和纳米粒子。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李霞，曹海琳，万军喜，赵金华，王琨，
申请(专利权)人：深圳航天科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：94