[发明专利]高强聚乙烯醇纤维制备热塑性非金属防弹复合材料的方法

说明书

本发明属于非金属复合材料领域，是制备非金属纤维防弹复合材料的方法。该方法可用于制造军用头盔，还可广泛用于建筑、矿山及防暴等个体防护领域。

现代军用头盔经历了从钢盔到纤维增强复合材料头盔的发展过程。钢盔价格低廉，但重量较重，防弹和隔热性能差，佩戴不舒适，有二次破片伤人的危险。纤维增强非金属复合材料头盔主要有尼龙头盔、玻璃纤维头盔、芳族聚酰胺纤维(Kevlar)头盔、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)头盔等。尼龙头盔、玻纤头盔总体防弹性能较差；Kevlar头盔防弹能力强、重量轻，但价格较高。UHMWPE纤维是目前力学性能最佳的纤维，但价格也高，且复合粘结技术难度大。我国目前还未能工业化生产Kevlar、UHMWPE等超高强纤维，研制防弹能力强、价格适合我国国情的非金属防弹复合材料，以缩小与世界先进水平的差距。我国是世界上PVA产量最高、生产工艺路线比较齐全的国家，1996年实际生产能力达32.5万吨。目前，日本已有强力为18g/d的PVA商品纤维。理论分析和实验结果表明PVA纤维的强度还可进一步提高。研制高强PVA纤维防弹复合材料，对于提高我军军盔防护水平，降低成本，振兴民族工业，具有重要的意义。

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种高强PVA纤维制备热塑性非金属防弹复合材料的方法。将高强PVA纤维制成无纬布和平纹布两种形式，选择PE、PU、EVA、PVB等热塑性树脂，与芳族聚酰胺纤维复合组成不同的结构，于温度130-190℃、10-30分钟压制成层压防弹板。

本发明的目的由以下技术措施实现：1.PVA纤维单向无纬布和平纹织造布的制备

PVA单向无纬布用强力为18g/d的高强PVA纤维与聚乙烯(PE)、聚氨酯(PU)或聚乙烯醇(PVA)粘接剂制成，粘接剂为纤维重量的3-10％；PVA平纹布用重磅箭杆织机织造。2.纤维增强复合材料防弹板的制备1)全PVA纤维复合材料防弹板

该防弹板由前后两部分组成，前部分将PVA无纬布按正交方式叠放，各层间铺放PE或乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)薄膜，薄膜为纤维重量的15-40％，用于粘接；后部分将PVA平纹布逐层叠放，各层间铺放聚乙烯醇缩丁醛(PVB)薄膜，薄膜为纤维重量的15-40％，纤维与粘结剂的结构组成分别用PVA无纬布/PVA平纹布和PE(EVA)/PVB表示，在平板压机上于温度130-190℃，10-30分钟压制成型，2)PVA/芳族聚酰胺/PVA夹心结构防弹板

该防弹板由前、中、后三部分组成，前部将PVA无纬布按正交方式叠放或PVA平纹布逐层叠放，各层间铺放PE或EVA薄膜，薄膜为纤维重量的15-40％；中部将芳族聚酰胺平纹布逐层叠放，各层间铺放PVB或PU薄膜，薄膜为纤维重量的15-40％；后部将PVA平纹布逐层叠放，各层间铺放PVB或PU薄膜，薄膜为纤维重量的15-40％，纤维与粘结剂的结构组成分别用PVA无纬布或PVA平纹布/芳族聚酰胺纤维/PVA平纹布和PE或EVA/PVB或PU/PVB或PU表示，在平板压机上于温度130-190℃，10-30分钟压制成型。

弹击试验：五四手枪，51式铅芯弹，5米距离射击表明，对面积为15×15cm²，面密度为9.3kg/m²的靶板，全PVA纤维复合材料可防弹速380m/s；芳族聚酰胺用量不超过30％，可防弹速420m/s；芳族聚酰胺用量不超过50％，可防弹速460m/s。弹击后靶板外观符合要求，鼓包小。

本发明具有如下优点：1.首次提出并采用高强PVA纤维作防弹复合材料的增强纤维，为防弹专用纤维的研究  开创了一条新思路，可充分利用国有资源，对提高我军军用头盔的防护水平，降低  成本，发展民族工业具有重要意义。2.采用PVA无纬布或平纹布/芳族聚酰胺/PVA平纹布的夹心结构并与不同种树脂复合  的方式，其防弹效果优于传统的复合方式。3.防弹板采用热塑性加工工艺，工艺简单，次品率低，污染小。4.本发明可望在建筑、矿山及防暴等需要个体防护的领域获得应用。

实施例：

以下通过实施例对本发明进行具体描述，有必要说明的是：以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域的技术人员可以根据本发明的上述内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。1.按PVA无纬布/PVA平纹布的方式叠放，分别用PE/PVB两种热塑性树脂粘接，粘  接剂平均用量为纤维用量的18％，在平板压机上于温度130-140℃，20-30分钟压  制成型。面积为15×15cm²，面密度为9.3kg/m²。2.按PVA无纬布/Kevlar 29/PVA平纹布的夹心方式叠放，Kevlar 29用量为纤维总量的  1/3，分别用PE/PVB/PVB树脂粘接，粘接剂平均用量为纤维用量的25％，在平板压机  上于温度140-150℃，20-30分钟压制成型。面积为15×15cm²，面密度为9.3kg/m²。3.按PVA平纹布/Kevlar 29/PVA平纹布的夹心方式叠放，Kevlar 29用量为纤维总量的  1/3，分别用EVA/PU/PU树脂粘接，粘接剂平均用量为纤维用量的25％，在平板压机  上于温度180-190℃，10-20分钟压制成型。面积为15×15cm²，面密度为9.3kg/m²。4.按PVA无纬布/Kevlar 29/PVA平纹布的夹心方式叠放，Kevlar 29用量为纤维总量的  1/2，分别用PE/PVB/PVB树脂粘接，粘接剂平均用量为纤维用量的35％，在平板压机  上于温度150-160℃，20-30分钟压制成型。面积为15×15cm²，面密度为9.3kg/m²。5.按PVA平纹布/Kevlar 29/PVA平纹布的夹心方式叠放，Kevlar 29用量为纤维总量的  1/2，分别用EVA/PU/PU树脂粘接，粘接剂平均用量为纤维用量的35％，在平板压机  上于温度170-180℃，10-20分钟压制成型。面积为15×15cm²，面密度为9.3kg/m²。