一种无纬布及其制造方法和应用与流程

本发明涉及防弹制品制造技术领域，具体地涉及一种防弹制品所用的无纬布及其制造方法和应用。

背景技术：

防弹纤维复合材料是以纤维为增强材料的树脂基复合材料，它具有优良的物理机械性能和良好的动能吸收性等，因而具有良好的防弹性能。无纬布(ud)复合材料属于纤维复合材料的范围；高强度纤维无纬布的制造方法包括两种：织造法和非织造法。其中，通过非织造法可得到单取向预浸带。适用于制作单取向预浸带的高强度纤维包括多种，已知超高分子量聚乙烯(简称uhmwpe)纤维适合做成单取向预浸带，这样避免了织造物中纤维交叉处应力波的反射和叠加而成的最弱点，单取向排布的预浸带更有利于纤维的能量吸收和能量耗散，因而具有比其他织物结构形式更优异的抗弹性能。

防弹材料依据树脂基体的弹性模量的不同，可分为软质防弹材料和硬质防弹材料。现有技术中，美国专利us8759236公开了一种聚烯烃纤维织物增强橡胶模压的制备方法。在该专利中，将橡胶涂布到高强度聚乙烯织物的至少一面上，从而加工成防弹织物及其防弹制品。

然而，硬质防弹材料在做成防弹制品经弹击后，通常会出现部分分层及凹陷偏大现象，导致影响防弹性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请提供一种无纬布及其制造方法和应用，由本发明的制造方法能够得到性能良好的无纬布，该无纬布在制成防弹制品时能够避免出现分层和凹陷偏大的问题。

本发明提供一种无纬布，由两层以上单取向片正交复合制成，其中，每个所述单取向片包括：

高强度纤维层；所述高强度纤维层由单取向排列的高强度纤维经橡胶粘合胶上胶制成；

复合在高强度纤维层至少一侧的聚乙烯薄膜层；所述聚乙烯薄膜层为经过电晕处理或等离子体处理的聚乙烯薄膜；

相邻两个单取向片之间至少有一层所述聚乙烯薄膜层。

本发明提供的无纬布具有良好的性能，在制成防弹制品时能够避免出现分层和凹陷偏大的问题。

本发明还提供一种无纬布的制造方法，包括以下步骤：

将高强度纤维依次进行退绕、集束、分丝和展丝，得到单取向排列的高强度纤维，然后采用橡胶粘合胶进行上胶，得到高强度纤维层；

在所述高强度纤维层至少一面上，复合经过电晕处理或等离子体处理的聚乙烯薄膜，干燥后，得到带薄膜的单取向片；

将两层以上所述单取向片正交复合，得到无纬布；复合时，相邻两个单取向片之间至少有一层所述聚乙烯薄膜。

由本发明的制造方法能够得到性能良好的无纬布，采用其制成防弹制品，能够避免出现分层和凹陷偏大的问题。

本发明采用高强度纤维制造无纬布，其中，由单取向排列的高强度纤维经上胶制成高强度纤维层。具体地，本发明实施例将高强度纤维退绕后，依次通过集束架集束、分丝叉分丝、展丝设备展丝，使纤维平行均匀铺展，得到单取向排列的高强度纤维；然后通过浸胶槽上胶，得到高强度纤维层。

在本发明的实施方案中，所述高强度纤维选自芳纶纤维、uhmwpe纤维或pbo纤维，即所述高强度纤维为芳纶纤维、uhmwpe纤维、pbo纤维(聚对苯撑苯并双恶唑纤维)中的任一种。

本发明对所述高强度纤维的来源没有特殊限制，采用市售产品即可。在本发明的实施方案中，所述高强度纤维的拉伸强度为20cn/dtex以上，所述拉伸强度包括但不限于25cn/dtex以上、30cn/dtex以上、35cn/dtex以上、40cn/dtex以上；拉伸模量为700cn/dtex以上，所述拉伸模量包括但不限于800cn/dtex以上、900cn/dtex以上、1000cn/dtex以上、1100cn/dtex以上、1200cn/dtex以上、1300cn/dtex以上、1400cn/dtex以上、1500cn/dtex以上。拉伸模量也叫杨氏模量，其物理意义是：物体受拉在线形范围内(弹性范围内)产生的应力与应变的比值；拉伸强度是物体受到拉力后在弹性范围内抗变形的能力，拉伸强度＝单位长度的变形量*拉伸模量。

在本发明的实施例中，所述退绕、集束、分丝和展丝均为本领域技术人员所熟知的技术手段。本发明实施例将铺展好的单取向排列的高强度纤维通过浸胶槽，采用橡胶粘合胶进行上胶，得到高强度纤维层。

在本发明的实施方案中，上胶时所用的粘合胶为橡胶基粘合胶。在本发明的实施方案中，橡胶基体为天然橡胶和/或人造橡胶中的一种或更多种。其中，天然橡胶的主要成分为聚异戊二烯及其衍生物；人造橡胶包括聚二烯烃共聚物、苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯等。在本发明的实施例中，橡胶粘合胶的形式可以为分散体或乳液的形式。在橡胶粘合胶为乳液的形式的情况下，其中还可以加入硫化剂、抗老化剂等辅助成分。在本发明的优选实施例中，上胶采用天然橡胶乳液；其含固量在30％-60％，粘度为100-400cps。

在本发明的实施方案中，所述无纬布中橡胶粘合胶的重量百分比在20％以下。即上胶时，控制上胶量以使制成的无纬布中橡胶重量百分比为20％以下，所述上胶量包括但不限于20％、19％、18％、17％、16％、15％。

本发明实施例在上胶后的高强度纤维的至少一侧，即所述高强度纤维层至少一面上，复合经过电晕处理或等离子体处理的聚乙烯薄膜，干燥后，得到带薄膜的单取向片。

在本发明中，所述聚乙烯薄膜优选为低密度聚乙烯薄膜。低密度聚乙烯(ldpe)是一种塑料材料，它适合热塑性成型加工的各种成型工艺，成型加工性好。低密度聚乙烯一般由高压聚合生产，密度为0.910～0.925g/cm³。低密度聚乙烯薄膜是一种半透明、有光泽、质地较柔软的薄膜，具有优良的化学稳定性、热封性、耐水性和防潮性，耐冷冻，可水煮。

在本发明的实施例中，所述聚乙烯薄膜的厚度在10μm以下。在本发明的实施方案中，所述低密度聚乙烯薄膜厚度为10μm以下，所述厚度包括但不限于9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm。

本发明采用经过电晕处理或等离子体处理的聚乙烯薄膜；在本发明的优选实施方案中，所述低密度聚乙烯薄膜是经过电晕处理的，如经过2kv电晕处理。本发明一些实施例提供的无纬布的制造方法包括将高强度纤维进行退绕、集束、分丝、展丝、上胶的步骤，在上胶后的高强度纤维的至少一侧附上经电晕处理的低密度聚乙烯薄膜，干燥后将两层以上带薄膜的单取向片正交复合在一起，复合时，相邻两个单取向片之间至少有一层低密度聚乙烯薄膜。

本发明实施例可在上胶后的高强度纤维的一侧复合上述pe膜，也可在其两侧分别复合。然后，本发明实施例将涂胶、附上聚乙烯薄膜的纤维通过热甬道干燥，所述干燥的温度优选为50～60℃；最后经收卷装置收卷，得到带薄膜的单取向片(也称为单取向预浸带)。其中，所述复合采用本领域常规工艺即可；所述单取向预浸带的面密度可为35～70g/m²。

得到附有聚乙烯薄膜层的单取向片后，本发明实施例将两层以上所述单取向片正交复合，得到无纬布(可称为正交复合片或复合片)；正交复合时，相邻两个单取向片之间至少有一层所述聚乙烯薄膜。本发明对所述正交复合没有特殊限制；在本发明的实施例中，所述二正交复合片的面密度可为50～150kg/m²。

本发明实施例提供的无纬布可由前述的制造方法制得；采用本发明实施例所述制造方法制得无纬布，通过在其中引入的低密度聚乙烯薄膜，并且结合高强度的纤维以及在制造方法中引入的橡胶，能够在制备成防弹制品后避免弹击后分层以及凹陷偏大的现象。

具体地，本发明实施例中无纬布的制造过程如下：

1)将一定筒数的纤维从纱架上退绕；

2)退绕的纤维束通过集束架集束；

3)将集束后的纤维束通过伸缩筘均匀排布纤维束；

4)将排布好的纤维束通过展丝辊和展丝方梁，利用展丝辊的接触角和展丝方梁的坍塌效应以及张力将纤维束均匀铺展开。其中，展丝辊和展丝方梁按中轴线平行锯齿交错固定；展丝辊的直径可选为60-100mm的圆柱镀铬钢辊，展丝方梁可选为宽50-100mm的方柱镀铬方柱；

5)铺展好的纤维束通过浸胶槽上橡胶乳液；

6)上胶后的纤维通过一对轧辊控制含胶量，然后在至少一面上附上低密度聚乙烯薄膜；低密度聚乙烯薄膜用物理方法如电晕、等离子体进行处理以使薄膜产生极性；

7)在热甬道里充分干燥；

8)收卷；

9)将两层以上的单取向预浸带正交复合。

在本发明的一些实施例中，单取向预浸带可以按0°/90°二正交复合，以得到二正交复合片(在本发明中，也称为“无纬布”)，如图1所示，图1为本发明实施例中二正交的无纬布的结构示意图。图1所示结构的无纬布由两层单取向片正交复合，其中，每个单取向片包括高强度的纤维层，该纤维层由单取向排列的高强度纤维经橡胶粘合胶上胶制成；以及复合在该纤维层一侧的聚乙烯薄膜层，该薄膜层为经过电晕或等离子体处理的聚乙烯薄膜(pe膜)。并且，这两个单取向片之间有一层pe膜，以提高层间剪切力，进而降低分层现象。

在本发明的另一些实施例中，单取向预浸带也可以按0°/90°/0°/90°四正交复合，以得到四正交复合片(在本发明中，同样也称为“无纬布”)，如图2所示，图2为本发明实施例中四正交的无纬布的结构示意图。

此外，本发明提供一种防弹制品，其由若干正交复合片正交叠放后经模压制得，所述正交复合片为上文所述的无纬布。

在本发明的实施例中，将若干正交复合片正交叠放后，在制成防弹制品的模压过程中，压强至少20mpa，温度至少130℃，保压时间至少10分钟。具体地，可在600吨压机上，在130℃的温度下模压10分钟，保压降温到40℃开模，得到防弹制品。

在本发明的优选实施例中，采用若干二正交复合片正交叠放后经模压，制得防弹制品；其中，所述若干二正交复合片的层数可在100层以上。本发明可制成软质防弹制品，也可制成硬质防弹制品。

本发明提供的防弹制品按nij0101.04标准测试m80弹，弹击后凹陷显著减小，同时未产生分层，防弹性能优异。

附图说明

图1为本发明实施例中二正交的无纬布的结构示意图；

图2为本发明实施例中四正交的无纬布的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的无纬布及其制造方法和应用进行具体地描述。

对比例1

将市售的超高分子量聚乙烯纤维400d/400f(强度36cn/dtex，拉伸模量1350cn/dtex，牌号为ft133，由北京同益中特种纤维技术开发有限公司生产)从纱架上退绕，退绕的纤维束依次通过集束架集束、分丝叉分丝，展丝设备铺展，展丝辊和展丝方梁的按中轴线平行锯齿交错固定；展丝辊的直径选为80mm的圆柱镀铬钢辊，展丝方梁选为宽80mm的方柱镀铬方柱，得到单取向排列的纤维。

然后，铺展好的纤维束通过浸胶槽上胶，对上胶后的丝附上一层10μm厚的未经电晕处理的低密度聚乙烯薄膜(北京鑫明宏塑料有限公司的pe膜)，涂胶后的纤维通过热甬道60℃干燥，最后经收卷装置收卷，得到单取向预浸带。其中，所述单取向预浸带的面密度为35g/m²。

将上述得到的预浸带按0°/90°二正交复合，得到二正交复合片并剥离掉低密度聚乙烯薄膜；所得的二正交复合片的面密度为70g/m²。

在本对比例中，上胶采用天然橡胶乳液(tavornrubberindustry(1982)co.,ltd.公司，牌号为tvrlaterx)，上胶量为10％(在本发明中，上胶量指代的是所施加的粘合胶的重量与所得无纬布的重量之比)。

上述二正交复合片剥离掉低密度聚乙烯薄膜得到无膜预浸料，然后将257层无膜预浸料铺叠成面密度为18kg/m²的正交叠层，在600吨压机上，在130℃的温度下模压10分钟，保压降温到40℃开模，得到防弹制品。

按nij0101.04标准测试m80弹，结果表明：凹陷为50mm，分层严重。

对比例2

按照对比例1，用水性聚氨酯乳液(u53，bayer)替代天然橡胶乳液。

将由257层含低密度聚乙烯薄膜的上述二正交复合片获得的面密度为18kg/m²的正交叠层，在600吨压机上，在130℃的温度下模压10分钟，保压降温到40℃开模，得到防弹制品。

按nij0101.04标准测试m80弹，结果表明：凹陷为42mm，基本不分层。

实施例1

将市售的超高分子量聚乙烯纤维400d/400f(强度36cn/dtex，拉伸模量1350cn/dtex，牌号为ft133，由北京同益中特种纤维技术开发有限公司生产)从纱架上退绕，退绕的纤维束依次通过集束架集束、分丝叉分丝，展丝设备铺展，展丝辊和展丝方梁的按中轴线平行锯齿交错固定；展丝辊的直径选为80mm的圆柱镀铬钢辊，展丝方梁选为宽80mm的方柱镀铬方柱，得到单取向排列的纤维。

然后，铺展好的纤维束通过浸胶槽上胶，对上胶后的丝附上一层4μm厚的经2kv电晕处理的低密度聚乙烯薄膜(北京鑫明宏塑料有限公司的dype膜)，涂胶后的纤维通过热甬道60℃干燥，最后经收卷装置收卷，得到单取向预浸带。其中，所述单取向预浸带的面密度为35g/m²。

将上述得到的预浸带按0°/90°二正交复合，得到二正交复合片；二正交复合片的面密度为70g/m²。

在本实施例中，上胶采用天然橡胶乳液(tavornrubberindustry(1982)co.,ltd.，牌号为tvrlaterx)，上胶量为10％(在本发明中，上胶量指代的是所施加的粘合胶的重量与所得无纬布的重量之比)。

将由243层上述二正交复合片获得面密度为17kg/m²的正交叠层，在600吨压机上，在130℃的温度下模压10分钟，保压降温到40℃开模，得到防弹制品。

按nij0101.04标准测试m80弹，结果表明：凹陷为35mm，满足标准要求，并且未产生分层。

由此可见，在根据本发明的制造方法制得的无纬布中，由于在其中引入低密度聚乙烯薄膜，并且结合高强度的纤维以及在制造方法中引入的橡胶，能够使得弹击后凹陷显著减小同时避免产生分层。

实施例2

将市售的芳纶纤维1600d/1000f(强度23.5cn/dtex，拉伸模量957cn/dtex，teijin的twaron2000)从纱架上退绕，退绕的纤维束依次通过集束架集束、分丝叉分丝，展丝设备铺展，展丝辊和展丝方梁的按中轴线平行锯齿交错固定；展丝辊的直径选为80mm的圆柱镀铬钢辊，展丝方梁选为宽80mm的方柱镀铬方柱，得到单取向排列的纤维。

然后，铺展好的纤维束通过浸胶槽上胶，对上胶后的丝附上一层4μm厚的经2kv电晕处理的低密度聚乙烯薄膜(北京鑫明宏塑料有限公司的dype膜)，涂胶后的纤维通过热甬道60℃干燥，最后经收卷装置收卷，得到单取向预浸带。其中，所述单取向预浸带的面密度为52g/m²。

将上述得到的预浸带按0°/90°二正交复合，得到二正交复合片；二正交复合片的面密度为104g/m²。

在本实施例中，上胶采用天然橡胶乳液(tavornrubberindustry(1982)co.,ltd.，牌号为tvrlaterx)，上胶量为15％。

将由192层二正交复合片获得面密度为20kg/m²的正交叠层，在600吨压机上，在130℃的温度下模压10分钟，保压降温到40℃开模，得到防弹制品。

按nij0101.04标准测试m80弹，结果表明：凹陷为38mm，满足标准要求，并未产生分层。

由此可见，在根据本发明的制造方法制得的无纬布中，由于在其中引入低密度聚乙烯薄膜，并且结合高强度的纤维以及在制造方法中引入的橡胶，能够使得弹击后凹陷显著减小同时避免产生分层。

实施例3

将市售的pbo纤维1000d/650f(强度37cn/dtex，拉伸模量1150cn/dtex，toyobo的zylon)从纱架上退绕，退绕的纤维束依次通过集束架集束、分丝叉分丝，展丝设备铺展，展丝辊和展丝方梁的按中轴线平行锯齿交错固定；展丝辊的直径选为80mm的圆柱镀铬钢辊，展丝方梁选为宽80mm的方柱镀铬方柱，得到单取向排列的纤维。

然后，铺展好的纤维束通过浸胶槽上胶，对上胶后的丝附上一层4μm厚的经2kv电晕处理的低密度聚乙烯薄膜(北京鑫明宏塑料有限公司的dype膜)，涂胶后的纤维通过热甬道60℃干燥，最后经收卷装置收卷，得到单取向预浸带。其中，所述单取向预浸带的面密度为56g/m²。

将上述得到的预浸带按0°/90°二正交复合，得到二正交复合片。二正交复合片的面密度为112g/m²。

在本实施例中，上胶采用天然橡胶乳液(tavornrubberindustry(1982)co.,ltd.，牌号为tvrlaterx)，上胶量为15％。

将由134层二正交复合片获得面密度为15kg/m²的正交叠层，在600吨压机上，在130℃的温度下模压10分钟，保压降温到40℃开模，得到防弹制品。

按nij0101.04标准测试m80弹，结果表明：凹陷为32mm，满足标准要求，并未产生分层。

由此可见，在根据本发明的制造方法制得的无纬布中，由于在其中引入低密度聚乙烯薄膜，并且结合高强度的纤维以及在制造方法中引入的橡胶，能够使得弹击后凹陷显著减小同时避免产生分层。

实施例4

将市售的pbo纤维1000d/650f(强度37cn/dtex，拉伸模量1150cn/dtex，toyobo的zylon)从纱架上退绕，退绕的纤维束依次通过集束架集束、分丝叉分丝，展丝设备铺展，展丝辊和展丝方梁的按中轴线平行锯齿交错固定；展丝辊的直径选为80mm的圆柱镀铬钢辊，展丝方梁选为宽80mm的方柱镀铬方柱，得到单取向排列的纤维。

然后，铺展好的纤维束通过浸胶槽上胶，在上胶后的丝两侧分别附上一层4μm厚的经2kv电晕处理的低密度聚乙烯薄膜(北京鑫明宏塑料有限公司的dype膜)，涂胶后的纤维通过热甬道60℃干燥，最后经收卷装置收卷，得到单取向预浸带。其中，所述单取向预浸带的面密度为62g/m²。

将上述得到的预浸带按0°/90°二正交复合，得到二正交复合片；二正交复合片的面密度为124g/m²。

在本实施例中，上胶采用天然橡胶乳液(tavornrubberindustry(1982)co.,ltd.，牌号为tvrlaterx)，上胶量为15％。

将由121层二正交复合片获得面密度为15.0kg/m²的正交叠层，在600吨压机上，在130℃的温度下模压10分钟，保压降温到40℃开模，得到防弹制品。

按nij0101.04标准测试m80弹，结果表明：凹陷为30mm，满足标准要求，并且未产生分层。

实施例5

按照实施例1，不同之处是用6μm的经电晕处理的pe膜，制备得到防弹制品。

按nij0101.04标准测试m80弹，结果表明：凹陷为40mm，满足标准要求，并且未产生分层。

实施例6

按照实施例1，不同之处是天然乳胶的上胶量为20％，制备得到防弹制品。

按nij0101.04标准测试m80弹，结果表明：凹陷为44mm，满足标准要求，并且未产生分层。

实施例7

按照实施例1，不同之处，将上述得到的预浸带按0°/90°/0°/90°二正交复合，得到二正交复合片；二正交复合片的面密度为140g/m²。

按nij0101.04标准测试m80弹，结果表明：凹陷为33mm，满足标准要求，并且未产生分层。

由此可见，在根据本发明的制造方法制得的无纬布中，由于在其中引入低密度聚乙烯薄膜，并且结合高强度的纤维以及在制造方法中引入的橡胶，能够使得弹击后凹陷显著减小同时避免产生分层。

申请人指出，尽管以上针对本公开的具体实施方案进行了描述，然而，对本领域技术人员明显的是，在本领域技术人员充分了解了本发明之后完全可以理解，以上给出的内容是示例性和说明性的，其并不限制本公开的范围，本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，对本公开做出各种修改方案和变化方案。因此，本发明旨在覆盖所附权利要求及其等同方案的范围内的针对本公开的所有的修改方案和变化方案。