[发明专利]一种芳纶纤维预浸料及复合型材的制备方法

说明书

技术领域

本发明属高分子复合材料制备领域，特别是涉及到一种芳纶纤维预浸料及复合型材的制备方法。 

背景技术

采用高性能的芳纶纤维作为预浸料的原材料，主要应用在防弹防刺等个体防护材料上，由于此类产品涉及到人身的安全，因此产品的稳定可靠性至关重要，由芳纶纤维单取向预浸料经角度层叠复合而成的叠合复合材料是一种特种复合材料，它是由芳纶纤维通过均匀铺展形成连续无缝隙的带状后经过上胶、干燥、冷却等形成单取向的预浸料，再由预浸料进行2层、4层层叠复合形成防弹或者防刺的芯片材料。 

芳纶预浸料被广泛应用在软质防弹衣上，主要原因有：在预浸料的制造过程中，纤维材料已被充分展开，纤维被固定住，且纤维之间没有相互的交错点，在受到弹丸的冲击作用时，有利于能量的分散和应力波的传递，可以有更多的纤维参与能量的耗散，能量可以在较大的面积上得到吸收；其它织物形态纤维存在一定的屈曲和束缚，并且编织过程会产生一定的纤维强度损伤，从而使得能量吸收面积减小，能量吸收效率降低，无法发挥出芳纶纤维的高吸能的特性。 

美国专利US4916000、US5149391，中国专利03109121.0、03158881.6和200710047455.9，公开了几种制作方法，这些专利中描述的制作方法，主要缺陷有以下：(1)制作小幅宽产品纤维数少，影响生产效率；大幅宽的纤维束数多，张力大，导致对机械零部件强度和韧性要求高；(2)张力不能有效均匀控制；(3)胶粘剂大多数采用的是溶剂型的，给车间环境和环保造成影响；(4)上胶环节采用的是刮刀方式或者是喷雾方式，其中刮刀方式中的刮刀会对纤维有一定的损伤，影响了纤维的强度；喷雾方式会对车间环境产生一定的影响，对操作人员的健康有一定的损害；(5)0/90°复合时，由于未采用新型热熔成分的胶粘剂体系，层叠复合时须添加胶粘剂，使得工艺复杂化，影响了生产效率。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种芳纶纤维预浸料及复合型材的制备方法，该方法 能克服上述缺陷，并且能实现稳定连续化生产。 

为实现上述目的，本发明的制备方法步骤为： 

(1)、纤维束从纱架上导出后，经过伸缩筘，对纤维进行初次定位和均匀铺开； 

(2)、经过初次铺开的纤维束通过张力施加辊，使纤维束具有均匀一致的张力而使之均匀铺展开； 

(3)、将展平的纤维平铺在上胶装置上进行上胶； 

(4)、将上过胶的平铺纤维层与下层背衬纸复合后于90-180℃进行干燥定型； 

(5)、然后经过水冷迅速冷却，再次定型后进行收卷，即得到芳纶纤维单取向预浸料。

(6)、将芳纶单向预浸料进行层叠复合，可以形成2层、4层甚至更多层结构的复合材料。

所述步骤(1)中的张力施加辊通过一对或者多对压辊进行张力施加，张力≤0.6g/D。 

所述步骤(3)中的上胶装置采用的是擦入式上胶方式，并且上胶量的调整可以通过上胶辊的主动速度来控制。 

所述步骤(6)中进行多层层叠复合过程中，热压定型的压辊压力7.5～18MPa。 

所述步骤(6)中进行多层层叠复合过程中，背衬纸进行回收。 

所述的胶粘剂是EVA与丙烯酸酯类、聚氨酯类、聚烯烃类水性中的一种或多种复合，其中EVA∶其它胶粘剂＝40∶60～20∶80(质量比)，上胶浓度为20％～60％。 

所述的预浸料/胶粘剂固含量重量比是90∶10～75∶25。 

本发明中的张力施加辊，其作用和原理是当几百束丝束平行进入同一水平线的伸缩筘时，采用两对压辊进行张力施加，通过控制两对压辊的速度差来调整纤维束所受张力大小，其中每对压辊中的下压辊采用磁粉控制器，可以有效均匀地控制张力。在现有的技术中，多数采用的是通过施加高压静电使得丝束展开，此方法电压高，对实际操作要求高，危险性大，安全系数低；采用摩擦静电的方法既产生了机械摩擦，损伤了纤维的强度，又使得摩擦产生的静电不均匀，导致丝束展开不均匀。 

本发明中上胶装置采用的是擦入式上胶方式，通过上胶辊的转速大小和浸入 胶槽液面的高低来调整上胶量的大小，有效控制上胶量，确保上胶均匀。采用此种上胶方式，胶液对铺展开的纤维浸润很充分，在纵向运动张力的牵引下，使得纤维正反面胶粘得平整与均匀，有利于提高产品的稳定一致性。