[发明专利]白炭黑增强超高分子量聚乙烯纤维复合无纬布的制备方法

说明书

技术领域

本发明属防弹护品领域，具体的说是一种白炭黑增强超高分子量聚乙烯纤维复合无纬布的制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维复合无纬布是由UHMWPE纤维通过均匀、平行、挺直排列后，对其进行涂胶、干燥后制成的，美国专利US4916000和US5149391已经描述制备过程。其中涂胶的胶粘剂一般包括聚乙烯、交联聚乙烯、聚丙烯、乙烯基共聚物、丙烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物和其他烯烃聚合物和共聚物，还有不饱和聚酯、聚丁二烯、聚异戊二烯、天然橡胶、环氧树脂、聚亚胺等等许多低模量树脂，此外，还有EVA、EEA、SBS、SIS、TPR、SEBS等丁钠胶、丁苯胶PVB、PVA等等这些热塑性高韧胶液。这些低模量的弹性体包覆在每一根纤维上，除了可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、放刺性能。

然而这种复合无纬布，由于作为基体的胶粘剂自身的缺点，使得复合无纬布的综合性能受到影响，具体体现在：耐热性差，综合机械强度也较差，蠕变严重；由其制成的UHMWPE纤维复合无纬布，不能有效的钝化子弹的冲击力，只能通过无纬布层数来达到防弹效果，但这样又会引起增加使用者，如战士和警察的负荷。因此，如何改变UHMWPE纤维复合无纬布的耐热性，使其具有更高的抗冲击性，有效钝化子弹的冲击力，已经成为防护品研究的必然趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种白炭黑增强超高分子量聚乙烯纤维复合无纬布的制备方法，不仅提高了基体胶粘剂的机械性能，同时也改变了材料的热稳定性，防抗冲击性能优良。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种白炭黑增强超高分子量聚乙烯纤维复合无纬布的制备方法，超高分子量聚乙烯纤维复合无纬布是由超高分子量聚乙烯纤维用胶粘剂涂胶并干燥后，正交复合制成；胶粘剂按以下步骤制备：

㈠将白炭黑通过化学气相沉积法进行预处理，使其表面含有适量官能团；

㈡对预处理后的白炭黑按以下⑴或⑵的方法进行功能化改性：

⑴使用偶联剂或共聚物处理，其步骤为：将白炭黑分散在乙醇中，白炭黑与乙醇的重量比为1：3-1：5；在分散有白炭黑的乙醇中加入偶联剂或共聚物，所述偶联剂或共聚物的浓度为10-50wt%，加入量为白炭黑重量百分比的1-10%，搅拌下加热回流，反应8-12小时后过滤；将过滤后的白炭黑干燥并研磨，得到偶联剂或共聚物改性过的白炭黑；

⑵使用含烯烃双键的单体处理，其步骤为：将白炭黑分散在水中，使分散有白炭黑的水的温度为20-40℃；在氮气氛围中，向分散有白炭黑的水中加入含烯烃双键的单体的重量2-5%的引发剂，然后加入白炭黑重量1-10%的含烯烃双键的单体；将分散有白炭黑的水加热至温度为30-70℃，然后干燥得到聚合物接枝改性的白炭黑；

㈢将功能化改性后的白炭黑与基体胶粘剂混合，在60-80℃下搅拌1-2h后烘干。

本发明所用气相沉积（CAV）法为现有方法，具体为：

原料为四氯化硅、氧气（或空气）和氢气，高温下反应而成，反应式为：

SiCl₄+2H₂+ O2—>SiO₂+4HCl

空气和氢气分别经过加压、分离、冷却脱水、硅胶干燥、除尘过滤后送入合成水解炉。将四氯化硅原料送至精馏塔精馏后，在蒸发器中加热蒸发，并以干燥、过滤后的空气为载体，送至合成水解炉。四氯化硅在高温下气化（火焰温度1000-1800℃）后，氢和氧（或空气）在1800℃左右的高温下进行气相水解；此时生成的气相二氧化硅颗粒极细，与气体形成气溶胶，不易捕集，故使其先在聚集器中聚集成较大颗粒，然后经旋风分离器收集，再送入脱酸炉，用含氮空气吹洗气相二氧化硅至PH值为4-6，其表面即含有适用的官能团。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的白炭黑增强超高分子量聚乙烯纤维复合无纬布的制备方法，白炭黑为纳米气相法白炭黑，纯度大于等于99%，粒径为10-20nm。

前述的白炭黑增强超高分子量聚乙烯纤维复合无纬布的制备方法，偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸脂偶联剂；所述共聚物为环氧树脂预聚物、聚氨酯预聚物、丙烯酸聚合物、极性单体接枝聚合物、极性单体或非极性单体间共聚物、高级脂肪酸中的至少一种混合物。