1.本发明涉及一种复合膜材料及其制备方法，属于建筑膜材料技术领域。
背景技术：
2.建筑膜材料是继钢铁、水泥、木材和玻璃之后的第五种建筑材料。目前，建筑膜材料的基本结构为以由涤纶长丝或玻璃纤维形成的织物为基布，在基布的一面或两面采用热粘合或涂覆的方式设置高聚物涂层；进一步可以在高聚物涂层上设置功能材料，以满足多样化的应用要求。建筑膜材料中的基布一般为机织物，基布决定了建筑膜材料的力学性能，主要提供机械性能；高聚物涂层起到保护基布的作用，主要保证建筑膜材料的密实性；功能材料可以使建筑膜材料具有防水、阻燃、自清洁和耐老化等功能。但是，以由涤纶长丝或玻璃纤维形成的织物为基布的建筑膜材料存在质量大、机械强度低以及耐老化性差的问题。
3.超高分子量聚乙烯纤维(简称uhmwpe纤维)作为第三代高性能纤维，是分子量在100万～500万的聚乙烯所纺出的纤维。uhmwpe纤维具有质量轻、机械强度高且耐老化等优异性能，已被广泛应用于军事装备、航空航天、海洋作业、体育器材等领域。但是没有研究将uhmwpe纤维应用至建筑膜材料领域中。这其中存在一个问题在于：uhmwpe纤维的表面惰性大，不容易与用于建筑膜材料中高分子材料进行复合，因此限制了uhmwpe纤维在建筑膜材料中的应用。
技术实现要素：
4.有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种复合膜材料，所述复合膜材料的基布中含有uhmwpe纤维，因此所述复合膜材料的质量变轻了，并且提高了所述复合膜材料的抗拉强度、抗撕裂强度和抗顶破强度。
5.本发明的目的之二在于提供所述复合膜材料的制备方法，所述方法通过对uhmwpe纤维或者仅由uhmwpe纤维形成的织物进行表面改性处理，改善了uhmwpe纤维或者仅由uhmwpe纤维形成的织物的表面惰性和疏水性，并通过高分子偶联剂实现了使仅由uhmwpe纤维形成的织物与热塑性树脂胶膜的复合，或者由uhmwpe纤维和其他纺织纤维形成的织物与热塑性树脂胶膜的复合。所述方法具有简单，易操作且环保的特点，适用于大规模、连续化生产。
6.为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
7.一种复合膜材料，所述材料由含有表面改性处理过的uhmwpe纤维的织物、高分子偶联剂和热塑性树脂胶膜组成；
8.当所述织物中的纤维均为表面改性处理过的uhmwpe纤维时，所述织物的一面或者两面通过高分子偶联剂与热塑性树脂胶膜复合，得到一种复合膜材料；
9.当所述织物中的纤维由表面改性处理过的uhmwpe纤维和其他纺织纤维组成时，表面改性处理过的uhmwpe纤维浸渍高分子偶联剂后，再与其他纺织纤维形成织物，最后将所述织物的一面或者两面与热塑性树脂胶膜复合，得到一种复合膜材料。
10.所述表面改性处理的方法为等离子体处理方法或者电晕处理方法。
11.所述高分子偶联剂乳液为水性聚氨酯乳液、水性环氧树脂乳液和水性聚丙烯酸酯乳液中的一种以上。
12.所述高分子偶联剂乳液的固含量为1％～15％，优选为2％～10％，更优选为5％～10％。
13.优选，所述其他纺织纤维为碳纤维、玻璃纤维或者芳纶纤维。
14.优选，所述热塑性树脂胶膜为聚氯乙烯(pvc)胶膜、聚偏二氟乙烯(pvdf)胶膜、聚四氟乙烯(ptfe)胶膜、热塑性聚氨酯(tpu)胶膜、乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)胶膜、热塑性聚酯(pes)胶膜或乙烯-四氟乙烯共聚物(etfe)胶膜。
15.一种本发明所述复合膜材料的制备方法，所述方法步骤如下：
16.(1)uhmwpe纤维或仅由uhmwpe纤维形成的织物经过除杂、清洗和干燥后，进行表面改性处理。
17.优选，所述除杂为：将uhmwpe纤维或仅由uhmwpe纤维形成的织物浸泡在丙酮中，超声处理10min～45min。
18.优选，所述清洗为：用水清洗10min～45min。
19.所述干燥的温度为80℃以下。
20.当所述表面改性处理的方法为等离子体处理方法时，优选，处理气体为氮气，处理功率为15w～90w，处理时间为10s～200s；更优选，处理功率为20w～80w，处理时间为25s～60s。
21.当所述表面改性处理的方法为电晕处理方法时，优选，处理气体为空气，处理电压为5kv～60kv，处理时间为10s～200s；更优选，处理电压为10kv～30kv，处理时间为20s～50s。
22.(2)表面改性处理结束后，将uhmwpe纤维或仅由uhmwpe纤维形成的织物浸没在高分子偶联剂乳液中进行处理，然后干燥。
23.优选，所述处理为超声处理，处理时间为10min以上；更优选，超声处理的处理时间为15min～45min。
24.所述干燥的温度为80℃以下。
25.(3)将其他纺织纤维与步骤(2)处理后的uhmwpe纤维共同纺织成织物，得到由uhmwpe纤维和其他纺织纤维形成的织物；然后，将所述织物和热塑性树脂胶膜进行热压复合，得到一种复合膜材料；
26.或者将步骤(2)处理后的仅由uhmwpe纤维形成的织物和热塑性树脂胶膜进行热压复合，得到一种复合膜材料。
27.所述热压复合的温度能够使热塑性树脂胶膜达到熔融状态即可，热压复合的压力大于0mpa。
28.优选，热压复合的温度为100℃～150℃，热压复合的压力为0.1mpa～1mpa，热压复合的速度为3m/s～15m/s。
29.有益效果
30.(1)本发明提供了一种复合膜材料，所述材料的基布为仅由uhmwpe纤维形成的织物，或者由uhmwpe纤维和其他纺织纤维形成的织物；由于基布中含有uhmwpe纤维，减轻了所
述复合膜材料的质量，并且提高了所述复合膜材料的抗拉强度、抗撕裂强度和抗顶破强度，还提高了所述复合膜材料韧性和耐磨性能。
31.(2)本发明提供了一种复合膜材料的制备方法，所述方法针对uhmwpe纤维或者仅由uhmwpe纤维形成的织物进行了表面改性处理，所述表面改性处理的方法为等离子体处理方法或者电晕处理方法。
32.等离子体处理方法是通过将氮气、氩气或丙烯酸等气体离子化形成等离子体，等离子体可以轰击所述纤维或者织物的表面，改变其表面的化学成分，使表面的c-h键变成了c-oh、c-nh2以及c-cooh等。而电晕处理方法是用强电场将所述纤维或织物周围的气体进行局部击穿，发生电离，产生电子流，改变所述纤维或织物表面的化学成分，使表面的c-h键变成了c-oh、c-nh2以及c-cooh等。
33.本发明采用的表面改性处理方法能够改变uhmwpe纤维或者仅由uhmwpe纤维形成的织物的表面的化学成分和形貌，同时诱导所述纤维或者织物的表面生成极性官能团，如羟基、氨基和羧基等。但是所述极性官能团不稳定，需要与本发明采用的高分子偶联剂中的自由基结合或发生交联反应，引入具有稳定化学反应活性的官能团，即在所述纤维或者织物的表面引入羟基、醚基和羰基等极性基团中的一种以上，这些极性基团提高了uhmwpe纤维或者仅由uhmwpe纤维形成的织物与树脂基体的界面结合性能。
34.此外，表面改性处理还可增加uhmwpe纤维或者仅由uhmwpe纤维形成的织物的表面粗糙度，因此可以进一步地通过机械互锁的方式增加了uhmwpe纤维与树脂基体或者仅由uhmwpe纤维形成的织物与树脂基体之间的物理结合力。
35.本发明针对uhmwpe纤维或者仅由uhmwpe纤维形成的织物进行的表面改性处理后，所述纤维或织物表面的亲水性得到改善，亲水性的uhmwpe纤维或者仅由uhmwpe纤维形成的织物能够增强与高分子偶联剂的结合，达到了改善所述纤维或织物的浸润性，进一步增加了uhmwpe纤维或者仅由uhmwpe纤维形成的织物与树脂基体的结合。
36.(3)本发明提供了一种复合膜材料的制备方法，本发明采用优选的氮气作为等离子体处理气体，采用优选的空气作为电晕处理气体，使uhmwpe纤维或者仅由uhmwpe纤维形成的织物在优选的气体氛围下，更有利于在所述纤维或织物的表面形成极性基团，能够更好地与高分子偶联剂发生相互作用，进而起到所述纤维或者织物与热塑性树脂胶的复合；本发明采用优选的等离子体处理方法或者电晕处理方法的处理条件时，能够保证在不过度损伤uhmwpe纤维或者仅由uhmwpe纤维形成的织物的结构和整体性能的前提下，实现了所述纤维或者织物表面的物理性能和化学性能的改变，进而实现了本发明所述复合膜材料的制备。
37.(4)本发明提供了一种复合膜材料的制备方法，所述方法中，采用的高分子偶联剂乳液的固含量决定着高分子偶联剂乳液对uhmwpe纤维或仅由uhmwpe纤维形成的织物的浸润效果，如果固含量小于1％，无法实现与所述纤维或织物的表面活性官能团的充分反应；如果固含量大于15％，乳液中高分子偶联剂的浓度太高，容易造成纤维或织物浸润性不佳，界面结合能力提升不明显。更优选的，所述高分子偶联剂乳液的固含量为5％～10％，能够达到充分浸润纤维表面，改善纤维界面性能的技术效果。
具体实施方式
38.下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得或根据文献制备而得。
39.实施例1
40.(1)将uhmwpe纤维平纹布浸没在丙酮中，放置在超声清洗机中进行超声处理10min，以完成对uhmwpe纤维平纹布的除杂处理。然后用去离子水对除杂后的uhmwpe纤维平纹布进行超声清洗，清洗时间为10min。将清洗后的uhmwpe纤维平纹布在50℃下烘干2h。然后用等离子体表面处理机对uhmwpe纤维平纹布进行等离子体处理，以实现对uhmwpe纤维平纹布的表面改性处理，等离子体处理的输出功率为45w，处理时间为60s，处理气体为氮气。所述uhmwpe纤维平纹布由安徽威亚新材料技术有限公司生产的型号为ac1600的uhmwpe纤维编织而成。
41.(2)将表面改性处理后的uhmwpe纤维平纹布浸没在水性聚氨酯乳液中，然后放置在超声清洗机中进行超声处理30min；所述水性聚氨酯乳液的固含量为10％，聚氨酯的分子量分布为3万～4万；超声处理结束后，将uhmwpe纤维平纹布在60℃下烘干30min。
42.(3)用热压复合机使步骤(2)干燥后的uhmwpe纤维平纹布的两面均和tpu胶膜进行热压复合，所述tpu胶膜为上海和和热熔胶有限公司生产的hd371b型胶膜；复合温度为120℃，复合压力为0.2mpa，复合速度为15m/s，复合结束后，得到一种复合膜材料。
43.将本实施例制得的复合膜材料进行如下测试，测试结果如下：
44.(1)根据gb/t 3923.1-2013中规定的方法测试所述复合膜材料的拉伸强度和断裂伸长率，测试结果为：所述复合膜材料的拉伸强度为11380n/5cm，断裂伸长率为16.5％。
45.(2)根据gb/t 3917.3-2009中规定的方法测试所述复合膜材料的撕裂强度为1140n。
46.(3)根据gb/t 14800-2010中规定的方法测试所述复合膜材料的顶破强度为12.3kn。
47.(4)根据fz/t 01010-2012中规定的方法测试所述复合膜材料的层间剥离强度23.2n/2.5cm。
48.实施例2
49.与实施例1不同的是，步骤(3)中，用热压复合机使步骤(2)干燥后的uhmwpe纤维平纹布的两面均和pes胶膜进行热压复合，所述pes胶膜为上海天洋热熔粘接材料股份有限公司生产的f908型胶膜；复合温度为120℃，复合压力为0.12mpa，复合速度为15m/s，复合结束后，得到一种复合膜材料。
50.其余均与实施例1的操作步骤相同。
51.由于本实施例与实施例1的不同仅在于步骤(3)，对uhmwpe纤维平纹布的处理工艺相同，由于所述复合膜的抗拉伸强度、抗撕裂强度、顶破强度等力学性能主要由uhmwpe纤维提供，胶膜主要用于保护uhmwpe纤维结构与提供应力分散和传导，由于本实施例与实施例1的纤维主体结构相同，因此，实施例2制得的复合膜材料与实施例1制得的复合膜材料具有相似的性能。
52.实施例3
53.(1)将uhmwpe纤维斜纹布浸没在丙酮中，放置在超声清洗机中进行超声处理
20min，以完成对uhmwpe纤维斜纹布的除杂处理。然后用去离子水对除杂后的uhmwpe纤维斜纹布进行超声清洗，清洗时间为20min。将清洗后的uhmwpe纤维斜纹布在50℃下烘干1h。然后用电晕处理机对uhmwpe纤维斜纹布进行电晕处理，以实现对uhmwpe纤维斜纹布的表面改性处理，电晕处理的处理电压10kv，处理时间为20s，处理气体为空气。所述的uhmwpe纤维斜纹布由安徽威亚新材料技术有限公司生产的型号为ac1600的uhmwpe纤维编织而成。
54.(2)将表面改性处理后的uhmwpe纤维斜纹布浸没在水性环氧树脂乳液中，然后放置在超声清洗机中进行超声处理15min；所述水性环氧树脂乳液的固含量为15％，环氧树脂为e44型环氧树脂；超声处理结束后，将uhmwpe纤维斜纹布在60℃下烘干20min。
55.(3)用热压复合机使步骤(2)干燥后的uhmwpe纤维斜纹布的两面均和eva胶膜进行热压复合，所述eva胶膜为上海天洋热熔粘接材料股份有限公司生产的f505型胶膜；复合温度为130℃，复合压力为0.7mpa，复合速度为8m/s，复合结束后，得到一种复合膜材料。
56.由于本实施例对uhmwpe纤维斜纹布采用电晕处理方法进行了表面改性处理，根据本发明对电晕处理方法的表面改性处理的机理解释，因此可知，本实施例的uhmwpe纤维斜纹布也实现了表面改性，通过与水性环氧树脂乳液反应，向uhmwpe纤维斜纹布的表面引入具有稳定化学反应活性的官能团，使其与eva胶膜实现良好的复合。由于所述复合膜的抗拉伸强度、抗撕裂强度、顶破强度等力学性能主要由uhmwpe纤维提供，胶膜主要用于保护uhmwpe纤维结构与提供应力分散和传导，由于本实施例与实施例1的纤维主体结构相同，因此，本实施例制得的复合膜材料与实施例1制得的复合膜材料具有相似的性能。
57.实施例4
58.(1)将uhmwpe纤维浸没在丙酮中，放置在超声清洗机中进行超声处理30min，以完成对uhmwpe纤维的除杂处理。然后用去离子水对除杂后的uhmwpe纤维进行超声清洗，清洗时间为30min。将清洗后的uhmwpe纤维在50℃下烘干30min。然后用等离子体表面处理机对uhmwpe纤维进行等离子体处理，以实现对uhmwpe纤维的表面改性处理，等离子体处理的输出功率为90w，处理时间为100s，处理气体为氮气。所述uhmwpe纤维为安徽威亚新材料技术有限公司生产的型号为ac1600的uhmwpe纤维。
59.(2)将表面改性处理后的uhmwpe纤维浸没在水性聚丙烯酸酯乳液中，然后放置在超声清洗机中进行超声处理15min；所述水性聚丙烯酸酯乳液的固含量为5％，聚丙烯酸酯的分子量分布为1000～5000；超声处理结束后，将uhmwpe纤维在60℃下烘干20min。
60.(3)将碳纤维与经过步骤(2)处理后的uhmwpe纤维按照体积比1:1的比例进行混纺形成新的纱线，然后将混纺得到的纱线进行编织，得到由uhmwpe纤维与碳纤维组成的平纹织物。然后，用热压复合机使所述平纹织物的两面和pvc胶膜进行热压复合，所述pvc胶膜为东莞龙悦塑料制品有限公司生产的0.3mm的pvc胶膜；复合温度为120℃，复合压力为0.3mpa，复合速度为15m/s，复合结束后，得到一种复合膜材料。
61.由于本实施例对uhmwpe纤维进行了等离子体处理，与实施例1的处理方式一致，结合本发明对等离子体处理方法的表面改性处理的机理解释，可知本实施例实现了对uhmwpe纤维的表面改性，通过与水性聚丙烯酸酯乳液反应，向uhmwpe纤维的表面引入具有稳定化学反应活性的官能团，使其与pvc胶膜实现良好的复合。由于所述复合膜的抗拉伸强度、抗撕裂强度、顶破强度等力学性能主要由uhmwpe纤维提供，胶膜主要用于保护uhmwpe纤维结构与提供应力分散和传导，由于本实施例与实施例1的纤维主体结构相同，因此，实施例4制
得的复合膜材料与实施例1制得的复合膜材料具有相似的性能。
62.本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为本发明保护范围之内。