CN101892558A

CN101892558A - 芳纶纤维无纬布及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN101892558A
Application number: CN2009102242625A
Authority: CN
Inventors: 潘智勇; 梁立; 吴中伟; 汤伟; 赵前进; 刘元坤; 张聪; 张慧
Original assignee: BEIJING RATE NEW TECHNOLOGY CORP
Current assignee: BEIJING RATE NEW TECHNOLOGY CORP
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: CN101892558B

Abstract

本发明提供了一种芳纶纤维无纬布，由芳纶纤维经展丝、上胶、干燥过程制得。在上胶过程中使用的复合胶液中包含胶粘剂和固化剂，固化剂的添加可改善胶粘剂与芳纶纤维间的粘着力和抗蠕变性，能有效钝化子弹的冲击力，从而使芳纶纤维无纬布具有更高的抗冲击性能。上述复合胶液中胶粘剂水溶液与固化剂的质量比为100∶0.2～2。固化剂优选为氮丙啶固化剂，与胶粘剂水溶液的质量比为0.5～1.0∶100。本发明所述复合胶液中可进一步包含消泡剂，用以改善布样的表观形态。本发明同时改进了上述芳纶纤维无纬布的制备方法，将生产效率提高25％以上。打靶测试证实，采用本发明的技术方案，叠层无纬布抗弹性能可提高约20％。

Description

芳纶纤维无纬布及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及特种纤维纺织领域，尤其涉及一种对芳纶纤维无纬布的改进，以及这种芳纶纤维无纬布的制备方法和应用。

背景技术

芳纶是一种大分子主链上由芳香环和酰胺键构成的有机纤维，由美国杜邦公司最先开始研制。1974年，美国贸易联合会将这种纤维命名为“aramid fibers”，其定义是：至少85％的酰胺链(-CONH-)直接与两个苯环相连接。芳纶纤维全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，具有很长的生命周期。因此，芳纶纤维是制作软质防弹衣、防刺衣、轻质防弹头盔、雷达罩、运钞车防弹装甲、舰艇及远洋船舶绳索、轻质高压容器、航天航空结构件等的理想材料。在航空、航天方面，芳纶由于质量轻而强度高，节省了大量的动力燃料，据国外资料显示，在宇宙飞船的发射过程中，每减轻1公斤的重量，意味着降低100万美元的成本。除此之外，科技的迅猛发展正在为芳纶开辟着更多新的民用空间。由于芳纶纤维的优异性能，应用前景巨大，因此芳纶纤维自问世起就备受关注，发展很快。

目前，美、英等发达国家的防弹衣均为芳纶材质，芳纶防弹衣、头盔的轻量化，有效提高了军队的快速反应能力和杀伤力。在海湾战争中，美、法飞机大量使用了芳纶复合材料。除了军事上的应用外，现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。

芳纶纤维无纬布是由芳纶纤维在芳纶纤维无纬布生产设备中，通过展丝、浸胶/涂胶、干燥等工序后制成的。现有技术中用于浸胶或涂胶的胶液由胶粘剂构成，一般包括丙烯酸酯胶粘剂、聚氨酯胶粘剂、弹性体类胶粘剂等，这些胶粘剂包覆在每一根纤维上，除了可以固定作为增强体的纤维外，还可以提高复合材料的抗冲击防弹、防刺性能。

然而，由于作为基体的胶粘剂自身的缺点，采用上述现有技术制得的芳纶纤维无纬布综合性能受到很大的影响，主要体现在制得的产品综合机械强度较差，表面粘手，制备过程中干燥时间较长、布样表面不平整等方面。最重要的是，这种产品在打靶实验中蠕变严重。采用这种产品制得的防弹护具不能有效地“钝化”子弹的冲击力，往往只能通过添加无纬布层数达到防弹的效果，但这样又会增加一般战士、警察使用时的负荷，同时还会提高防弹衣成本。

因此，如何改变芳纶纤维无纬布胶粘剂的粘结特性，使芳纶纤维无纬布具有更高的抗冲击性能，有效地“钝化”子弹的冲击力，已经成为防弹护品研究的必然趋势。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术的缺陷，提供一种芳纶纤维无纬布，旨在提高现有芳纶纤维无纬布的防弹性能。本发明还提供了制备这种芳纶纤维无纬布的制备方法，提高了生产效率。

本发明是采用如下技术方案实现技术目的的：

本发明提供的芳纶纤维无纬布，由芳纶纤维经展丝、上胶、干燥过程制得。其中，上胶过程使用的胶液中除包含现有技术的胶粘剂外，尤其还包含固化剂，所述胶粘剂形成的胶粘剂水溶液与所述固化剂的质量比为100∶0.2～2。固化剂是一种具有一定活性官能团的交联剂，它能使聚合物分子间产生交联形成体型结构。固化剂的添加能使得胶粘剂分子充分的交联，使得抵抗能力变大。另外，添加固化剂还能解决布样表面粘手的问题。添加固化剂，能明显改善产品的耐湿、耐水、耐高温等性能，同时可显著提高胶粘剂的粘着力，从而获得有益的综合性能。固化剂还能促使胶液中的水分在较短的时间内充分挥发，从而缩短干燥时间，提高生产效率。

本发明所采用的胶粘剂可选为水溶性丙烯酸酯胶粘剂、聚氨酯胶粘剂或者弹性体类胶粘剂。上述胶粘剂水溶液中，胶粘剂与水的质量比为25～50∶75～50，优选为35～50∶65～50。

固化剂分为常温固化剂和加热固化剂。其中，常温固化剂一般有胺类固化剂、酸酐类固化剂、催化型固化剂、低分子聚酰胺固化剂等，例如水性异氰酸酯、氮丙啶、碳化二亚胺、环氧类、氨基树脂类水性固化剂(交联剂)等。本发明采用的添加入胶液中的固化剂为常温固化剂，以氮丙啶固化剂为最佳。氮丙啶固化剂是一种三官能团固化剂，可与聚合物羧基基团发生交联反应，能较好地实现本发明的技术目的。

所述胶粘剂水溶液与所述氮丙啶固化剂的质量比优选为100∶0.5～1.0。

本发明所述的芳纶纤维无纬布在制备过程使用的胶液中，除可包含上述胶粘剂和固化剂外，还可包含消泡剂，所述消泡剂为乙二醇丁醚和二乙二醇丁醚的混和物。消泡剂是一种加工助剂，能降低水、溶液、悬浮液等的表面张力，增加芳纶纤维与胶粘剂的浸润性，防止形成气泡或使原有气泡减少，因此，添加消泡剂可明显改善布样的表观形态，使得布样平整。在固化剂和消泡剂的共同作用下，产品的综合机械强度也得到了改善。

所述胶粘剂水溶液与所述消泡剂的质量比为100∶1～6，优选为100∶2～3。

消泡剂中，所述乙二醇丁醚与所述二乙二醇丁醚的质量比为2～5∶1，优选为3～4∶1。

本发明还提供了制备所述芳纶纤维无纬布的制备方法，包括配制胶液、展丝、上胶、和干燥步骤，尤其是，本发明使用的胶液中包含胶粘剂与固化剂，所述胶粘剂形成的胶粘剂水溶液与所述固化剂的质量比为100∶0.2～2。

本发明的制备方法优选采用氮丙啶作为固化剂，并且所述胶粘剂水溶液与所述氮丙啶固化剂的质量比为100∶0.5～1.0。

上述包含有胶粘剂和固化剂的胶液是采用以下工艺进行配制的：

首先，将所述固化剂与水按照质量比1∶1混溶，形成固化剂混合液；

然后，将所述固化剂混合液逐滴加入到所述胶粘剂水溶液中，并充分搅拌使之混合均匀。

上述胶液配制过程的要点之一在于，要逐滴加入固化剂。这是因为，当固化剂添加量较大时，易导致胶粘剂局部结块固化，从而影响使用效果。

本发明的制备方法中，也可采用同时包含有胶粘剂、固化剂和消泡剂的胶液，其中，所述消泡剂为乙二醇丁醚和二乙二醇丁醚的混和物。所述胶粘剂水溶液与所述消泡剂的质量比优选取为100∶2～3。所述乙二醇丁醚与所述二乙二醇丁醚的质量比优选取为3～4∶1。

本发明的制备方法中，上胶过程可采用将芳纶纤维浸入胶液的浸胶方法或者向芳纶纤维涂抹胶液的涂胶方法进行，不影响技术目的的实现。

采用上述技术方案制得的芳纶纤维无纬布，其干胶上胶量占所述无纬布总质量的5％～30％，以10％～20％更好。产品的干胶量对于十字层叠层的上胶量有影响，上胶量越多，胶粘剂的粘结强度越大，粘结效果越好，但成本越高。因此，将干胶上胶量控制在一定范围内，既能满足实际使用时对粘结性能的要求，又降低生产成本。

本发明还提供了上述芳纶纤维无纬布在防弹护品领域的应用。

本发明的技术方案提高了芳纶纤维无纬布材料的防弹抗力，得到了防抗冲击性能优良的防弹纤维，使其抗冲击性能提高15％左右，靶片的凹陷程度减少20％，同时还缩短了干燥时间，使得生产效率提高10％。除此之外，通过添加消泡剂，还改善了芳纶纤维无纬布的布样表观质量。因此，本发明所述的芳纶纤维无纬布能广泛应用于抗冲击防弹、防刺性能等防弹护品的制备。

试验证明，本发明的芳纶纤维无纬布克服了现用技术的缺陷，得到了防抗冲击性能优良的防弹纤维。固化剂的添加，可明显改善胶粘剂与芳纶纤维间的粘着力和抗蠕变性，从而可以有效地钝化子弹的冲击力。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。

本发明实施例中采用的防弹性能测试，按照美国司法部NIJ0101.04标准进行，旨在测试采用本发明的芳纶纤维无纬布制成的防弹衣的抗弹性能。

本发明实施例中采用的主要原料如下：

芳纶纤维，荷兰阿克苏公司，牌号twaron-2000，线密度1680dtex，纤维直径9～12μm；

聚氨酯胶粘剂，温州寰宇高分子有限公司，牌号UR303GNP，固含量为60％；

丙烯酸酯胶粘剂，泰兴市中纺助剂厂，牌号ZF-101，固含量为50％；

氮丙啶固化剂，温州寰宇高分子有限公司，牌号JG501，活性含量100％，粘度＜200mpa.s。

乙二醇丁醚和二乙二醇丁醚，北京化学试剂公司，分析纯。

实施例1

称取700g固含量为50％ZF-101型丙烯酸酯胶粘剂，向烧杯中添加300g水，搅拌均匀即制得固含量为35％的丙烯酸酯胶粘剂水溶液。称取5g氮丙啶固化剂，将其与5g水充分混合后，逐滴加入到上述胶粘剂水溶液中，同时搅拌混匀。再称取由15g乙二醇丁醚和5g二乙二醇丁醚构成的消泡剂，加入上述烧杯中充分混匀，即得胶液。

将芳纶纤维于卷绕机上平行缠绕，之后将纤维浸入上述胶液中，通过特定的展丝设备进行展丝。本实施例采用的胶粘剂为上述改性的丙烯酸酯胶粘剂，浸胶后用刮胶刀将胶液涂匀，在50℃的电热阻丝下干燥，待完全干燥后，将布样旋转90°，用同样的方法将纤维丝与布样纤维丝进行正交复合，即得到两层交错布样。所得到产品结构相应是[0°/90°]。

将布样裁剪成400mm×400mm正方形布样，并将24片400mm×400mm正方形布样层叠，用胶带进行井字形粘结。之后将PC板(400mm)用同样的方法粘结在粘好的布样上，制成靶片。采用uzi冲锋枪、9mm巴弹(铅心弹)按美国司法部NIJ0101.04标准进行测试。

将上述布样的干燥时间及两层交错布样的干燥时间、布样的表观质量等进行试验记录，并对各项抗弹性能进行测试，其结果见表1。

实施例2

与实施例1不同之处有：实施例1中的丙烯酸酯胶粘剂改为500g、添加500g水，其余条件与实施例1相同。

实施例3

与实施例1不同之处有：实施例1中的胶粘剂改为UR303GNP聚氨酯胶粘剂，其余条件与实施例1相同。

实施例4

将实施例1中的氮丙啶固化剂改为20g，将其与20g水充分混合后，逐滴加入到胶粘剂中，同时并进行搅拌混匀。其余条件与实施例1相同。

实施例5

将实施例1中的消泡剂改为50g乙二醇丁醚和10g二乙二醇丁醚，其余条件与实施例1相同。

实施例6

将实施例1中的消泡剂改为6.7g乙二醇丁醚和3.3g二乙二醇丁醚，其余条件与实施例1相同。

实施例7

与实施例1不同之处有：实施例1中的胶粘剂为1000g，即胶粘剂的固含量为50％，直接添加固化剂及消泡剂，其余条件与实施例1相同。

实施例8

与实施例1不同之处有：实施例1中的氮丙啶固化剂改为8g，将其与8g水充分混合后，逐滴加入到胶粘剂水溶液中，同时搅拌混匀。其余条件与实施例1相同。

实施例9

与实施例1不同之处有：实施例1中的氮丙啶固化剂改为10g，将其与10g水充分混合后，逐滴加入到胶粘剂水溶液中，同时搅拌混匀。其余条件与实施例1相同。

实施例10

与实施例1不同之处有：将实施例1中的消泡剂改为24g乙二醇丁醚和6g二乙二醇丁醚，其余条件与实施例1相同。

对比例1

称取700g固含量为50％丙烯酸酯胶粘剂，添加300g水，即制得固含量为35％的丙烯酸酯胶粘剂。使用该胶粘剂直接进行布样制备，制备方法同实施例1。

对比例2

将对比例1中的丙烯酸酯胶粘剂改为聚氨酯胶粘剂，其余条件同对比例1。

对比例3

将对比例1中的丙烯酸酯胶粘剂中添加5g氮丙啶固化剂，将其与5g水充分混合后，逐滴加入到胶粘剂中，同时并进行搅拌混匀。其余条件同对比例1。

对比例4

向对比例1中的丙烯酸酯胶粘剂中添加15g乙二醇丁醚和5g二乙二醇丁醚构成的消泡剂，充分混匀。其余条件同对比例1。

从实施例1与对比例1可以看出，添加固化剂及消泡剂的实施例1布样的干燥时间缩短18min，V₅₀提高了45m/s，并且布样的表面平整、光洁度好、不粘手，并且正面打靶与侧面打靶的凹陷程度明显改善。实施例1与对比例3相比，未加消泡剂的对比例3布样表面不平整、光洁度较差，而V₅₀及正面打靶与侧面打靶的凹陷程度等数据略有提高。

通过上述诸实施例和对比例可以看出，本发明芳纶纤维无纬布的制备生产效率提高25％以上，并且背衬材料的凹陷减小1mm以上，对人体的冲击钝伤减小，其抗弹性能提高20％左右。

Claims

1.一种芳纶纤维无纬布，由芳纶纤维经展丝、上胶、干燥过程制得，所述上胶过程中使用的胶液包含胶粘剂，其特征在于：

所述胶液中还包含固化剂，所述胶粘剂形成的胶粘剂水溶液与所述固化剂的质量比为100∶0.2～2；所述胶粘剂水溶液中，所述胶粘剂与水的质量比为25～50∶75～50。

2.按照权利要求1所述的芳纶纤维无纬布，其特征在于：

所述固化剂为常温固化剂，所述常温固化剂为氮丙啶固化剂。

3.按照权利要求1或2所述的芳纶纤维无纬布，其特征在于：

所述胶液中还包含消泡剂，

所述消泡剂为乙二醇丁醚和二乙二醇丁醚的混和物。

4.按照权利要求3所述的芳纶纤维无纬布，其特征在于：

所述胶粘剂水溶液与所述消泡剂的质量比为100∶1～6。

5.按照权利要求3所述的芳纶纤维无纬布，其特征在于：

所述乙二醇丁醚与所述二乙二醇丁醚的质量比为2～5∶1。

6.一种所述芳纶纤维无纬布的制备方法，包括配制胶液、展丝、上胶和干燥步骤，其特征在于：

所述胶液中包含胶粘剂与固化剂，所述胶粘剂形成的胶粘剂水溶液与所述固化剂的质量比为100∶0.2～2。

7.按照权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

所述固化剂为氮丙啶固化剂，所述胶粘剂水溶液与所述氮丙啶固化剂的质量比为100∶0.5～1.0。

8.按照权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于：

所述胶液的配制是采用以下工艺进行的，

将所述固化剂与水按照质量比1∶1混溶，形成固化剂混合液；将所述固化剂混合液逐滴加入到所述胶粘剂水溶液中，并充分搅拌使之混合均匀。

9.按照权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于：

所述胶液中还包含消泡剂，所述消泡剂为乙二醇丁醚和二乙二醇丁醚的混和物；其中，所述胶粘剂水溶液与所述消泡剂的质量比为100∶2～3；所述乙二醇丁醚与所述二乙二醇丁醚的质量比为3～4∶1。

10.上述权利要求1～9的任何一项所述的芳纶纤维无纬布在防弹护品领域的应用。