[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维单取向预浸带的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维预浸带的制备方法，具体涉及超高分子量聚乙烯纤维单取向预浸带的制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维也称高强高模聚乙烯(HSHMPE)纤维或伸长链聚乙烯(ECPE)纤维，是指相对分子质量在(1～7)×10⁶的聚乙烯，经纺丝-超拉伸后制成的超高分子质量聚乙烯纤维。它是继碳纤维、芳纶纤维之后的第三代高性能纤维。超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料与其它纤维增强复合材料相比，具有质量轻、耐冲击、介电性能高等优点，在航空航天、海域防御、武器装备等领域发挥着举足轻重的作用。同时，该纤维在汽车、船舶、医疗器械、体育运动器材等领域亦有广阔的应用前景。因此，超高分子量聚乙烯纤维自问世起就备受重视，发展迅速。

由聚乙烯纤维无纬布经交错复合而成的复合材料(又称UD材料)在防弹领域有着重要的应用。目前制备聚乙烯纤维增强复合材料一般采用如下工艺步骤：单取向预浸带的制备-单取向预浸带的层压成型-纤维增强复合材料的定型。单取向预浸带又称无纬布(UD布)或经向布，是指由聚乙烯纤维通过均匀、平行、挺直排成连续带之后对此进行浸胶、干燥、获得单取向纤维的连续预浸带。同经纬纺织布相比，单取向预浸带避免了经纬纱线的交织，纤维不会发生多次的折压弯曲，没有连接点，因此子弹产生的应力波不会因为共振而叠加，有利于消释子弹的动能。另外，经纬交织处容易出现空隙，影响复合材料性能，而单取向预浸带则是纤维平行排列，因此复合材料会在最大程度上继承纤维的力学性能。

中国专利CN1291090C公开了一种高强高模聚乙烯纤维单取向预浸带的制备方法，在该专利中，先将纤维通过上静电的方式使纤维均匀铺展后，在铺展的纤维上涂覆胶粘剂，然后将胶粘剂干燥制得单取向预浸带，该专利通过选择合适的胶粘剂因此可以制备性能良好的单取向预浸带。美国专利US4916000也公开了一种高强高模聚乙烯纤维单取向预浸带的制备方法，在该专利中，先将纤维通过两根铺展棒将纤维铺展后，在铺展的纤维上涂覆合适的胶粘剂，然后干燥得到预浸带。

本发明人经过潜心研究发现，在现有技术中，胶粘剂与纤维复合后经过干燥可以制得预浸带，但是由于上胶时胶粘剂是直接粘附在纤维上的，因此纤维与胶粘剂之间的结合力会可能会受到影响，并且由于胶粘剂的流动性问题还可能影响胶粘剂在纤维之间的均匀分配。

因此，需要一种可以增强纤维与胶粘剂的结合力、使胶粘剂均匀分配在纤维之间的制备超高分子量聚乙烯纤维预浸带的方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于，提供一种可以增强纤维与胶粘剂的结合力、使胶粘剂均匀分配在纤维之间的制备超高分子量聚乙烯纤维单取向预浸带的方法。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种超高分子量聚乙烯纤维单取向预浸带的制备方法，包括步骤：

a)将超高分子量聚乙烯纤维均匀铺展；

b)在铺展开的纤维上涂覆胶粘剂；

c)在40℃～70℃干燥上胶后的纤维；

d)将干燥后的上胶纤维加热到55℃～70℃后施加0.1MPa～5MPa的压力得到预浸带。

按照本发明，所述超高分子量聚乙烯纤维是指重均分子量(Mw)为(1～7)×10⁶的聚乙烯经过纺丝制成的纤维，优选的，聚乙烯的重均分子量为(1.5～4.5)×10⁶。聚乙烯优选为线性聚乙烯，所述线性聚乙烯是指每100个碳原子中具有少于1个的侧链，优选每300个碳原子中具有少于1个侧链。

对于超高分子量聚乙烯的纺丝方法，优选为凝胶纺丝方法制备的纤维，例如可以通过在专利GB2042414A或WO01/73173中所描述的凝胶纺丝工艺来制备。凝胶纺丝工艺由以下步骤组成：制备具有高特性黏度的线性聚乙烯的溶液，将该溶液在高于溶解温度的温度下纺成丝，将该丝冷却到凝胶温度以下以产生凝胶，并且在除去溶剂之前、期间或以后拉伸丝以得到超高分子量聚乙烯纤维。

为了制备高性能的预浸带，所述超高分子量聚乙烯纤维的强度至少为15cN/dtex、模量至少为390cN/dtex；优选的，超高分子量聚乙烯纤维强度至少为20cN/dtex、模量至少为800cN/dtex；更优选的，超高分子量聚乙烯纤维强度至少为28cN/dtex、模量至少为1200cN/dtex。