高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料及其制备方法与流程

本发明属于防护材料制备，尤其涉及高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、穿着防刺服是保护一线人员免于或降低职业伤害的有效手段，故急需一种防护性能和穿戴舒适性能兼备的防护产品装备到一线人员。

2、现代防刺服材料的选择经历了由金属薄片、金属丝到高分子柔性纤维的过程。金属材料存在加工难度较大，密度大，厚重，穿着不舒适等问题。高性能纤维在防刺服中的应用一定程度上避免了这些缺陷。比如，凯夫拉纤维因为具有优异的机械性能可大幅度提高材料的防刺性能，但需要多层叠加至较大厚度才能达到防刺效果，这时其柔性已基本失去且成本较高。cn 113668234a提供一种碳纳米管接枝聚氨酯改性芳纶防刺纤维合成方法及应用，提升了芳纶纤维的防刺性能。但碳纳米管和芳纶纤维价格昂贵，且材料厚度为2mm时，最大穿刺力低于280n。

3、高性能纤维如碳纤维、玄武岩纤维等具有高模高强的特性，广泛应用在复合材料领域。cn 206184121u提出一种耐高温玄武岩复合毡的制备方法，将高性能纤维(玄武岩、玻璃纤维、不锈钢纤维以及陶瓷纤维)与聚四氟乙烯混合层压，具有耐高温的效果。但大多高性能纤维基复合材料存在断裂伸长率较低，断裂韧性差的缺点，容易发生灾难性破坏，无法在穿刺过程中吸收大量的能量，因此在防刺领域的应用并不普遍。

4、天然纤维具有多级结构，能在破坏过程中吸收大量的能量。在众多天然纤维中，棕榈纤维断裂伸长率居植物纤维之首为40-55％，具有优异的断裂韧性和循环疲劳耗散能，是制备防刺复合材料中缓冲层的潜在原料。cn 102350837a提出了一种透气环保棕榈复合材料及其制作工艺，将气蒸后的棕榈纤维与布料叠合并用电绣机绣合在一起，缝制的材料是棕榈和织物的简单叠合，无法形成机械性能良好的复合材料。以棕榈纤维为增韧材料与高强高模纤维混合制备混杂复合材料，可以显著提高材料的韧性，提高能量吸收性能，提升防刺效果。

5、本发明的目的在于提供高中空棕榈和高性能纤维混杂的增韧防刺复合材料，用于解决现有技术中防刺复合材料制备成本高昂，密度大，完全不可降解，韧性差，能量吸收差等问题。本发明通过开发轻质防刺材料，拓宽生物质纤维(棕榈纤维)以及脆性高性能纤维材料(玄武岩纤维、碳纤维以及玻璃纤维)的应用领域，实现防刺材料的部分降解，并兼顾其优良的防刺效果。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的现有技术中防刺复合材料制备成本高昂，密度大，完全不可降解，韧性差，能量吸收差等问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料，包括高性能纤维织物层、棕榈纤维层和高性能纤维毡层，所述高性能纤维毡层、棕榈纤维层和高性能纤维织物层从下至上依次叠放连接。

4、优选地，所述高性能纤维织物层和高性能纤维毡层中所采用的高性能纤维相一致，且所采用的高性能纤维为玄武岩纤维或碳纤维。

5、高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料的制备方法，包括如下步骤：

6、s1、将高性能纤维切断成短纤维，利用梳理机进行铺网，将短纤维铺网制备成纤维毡，将纤维毡与热塑性高聚物混合，热压固化，得到高性能纤维毡层；

7、s2、以高性能纤维制备的机织物为原料，将机织物与热塑性高聚物混合，热压固化，得到高性能纤维织物层；

8、s3、将棕片处理得到高中空度的棕榈纤维；

9、s4、将s3中棕榈纤维在含有0.5～8％的纤维素原纤溶液中完全浸润，将浸润后的棕榈纤维进行多层铺叠，热压，得到棕榈纤维层；

10、s5、树脂胶液放置在真空烘箱中，在-30kpa真空度下静置0.5～3h，去除气泡后，将步骤s1、s2、s4中得到的高性能纤维毡层、高性能纤维织物层和棕榈纤维层完全浸没在树脂胶液中，真空处理1～3h；

11、s6、将表面包覆树脂的高性能纤维毡层、高性能纤维织物层和棕榈纤维层取出，将高性能纤维毡层、棕榈纤维层和高性能纤维织物层从下至上依次叠放，进行层压固化，制备混杂防刺复合材料。

12、优选地，所述步骤s3中将棕片处理得到高中空度的棕榈纤维，具体如下：

13、从棕片中抽出棕榈纤维，将棕榈纤维按照浴比1：20～1：200加入到质量分数为0.3～3％亚氯酸钠、质量分数为1～4％的乙酸混合液中，70～90℃的恒温水浴锅中加热处理0.5～2.5h，重复处理1～3次，除去木质素，反应结束后，用去离子水洗涤至中性，在70～90℃的温度下干燥5～8h，得到高中空度的棕榈纤维。

14、优选地，所述步骤s1中热压固化，具体如下：将高性能纤维毡与热塑性高聚物混合，放置在热压机上，在150～230℃的温度下以1～10mpa的压力热压固化1～5h，得到高性能纤维毡层。

15、优选地，所述步骤s2中热压固化，具体如下：将机织物与热塑性高聚物混合，放置在热压机上，在90～150℃的温度下以1～10mpa的压力热压固化1～5h，得到高性能纤维织物层。

16、优选地，所述步骤s4中热压，具体如下：将浸润后的棕榈纤维进行多层铺叠，在90～120℃的温度下以2～35mpa的压力热压2.5～14h，得到棕榈纤维层。

17、优选地，所述热塑性高聚物为聚醚砜或聚酰胺。

18、优选地，所述步骤s1中将高性能纤维切断成30～50cm的短纤维。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、(1)、本发明中高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料将天然棕榈纤维作为增韧材料用于制备高能量吸收的轻质复合材料，提升混杂复合材料的防刺性能；价格低廉可降解的天然纤维的使用降低了防刺材料的成本，促进了防刺材料的可降解。

21、(2)、本发明中高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料的制备方法采用天然棕榈纤维独特的高中空结构并通过化学改性进一步提升中空度，达到60％，降低了材料的重量，混杂复合材料的最终密度为1.3kg/m3，单位面密度刺破功达到8.1×10-4j/(g/m2)。利用棕榈纤维与高性能纤维混杂制备复合材料有较好的机械性能，断裂强度达到120mpa，最大穿刺力大于600n，并进一步提升了材料的阻燃性能，满足ul-94v-0级。

技术特征：

1.高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料，其特征在于，包括高性能纤维织物层、棕榈纤维层和高性能纤维毡层，所述高性能纤维毡层、棕榈纤维层和高性能纤维织物层从下至上依次叠放连接。

2.根据权利要求1所述的高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料，其特征在于，所述高性能纤维织物层和高性能纤维毡层中所采用的高性能纤维相一致，且所采用的高性能纤维为玄武岩纤维或碳纤维。

3.如权利要求1或2所述的高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中将棕片处理得到高中空度的棕榈纤维，具体如下：

5.根据权利要求3所述的高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中热压固化，具体如下：

6.根据权利要求3所述的高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中热压固化，具体如下：

7.根据权利要求3所述的高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中热压，具体如下：

8.根据权利要求3、5、6中任一所述的高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料的制备方法，其特征在于，所述热塑性高聚物为聚醚砜或聚酰胺。

9.根据权利要求3所述的高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中将高性能纤维切断成30～50cm的短纤维。

技术总结
本发明公开了高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料及其制备方法，涉及防护材料制备技术领域；该高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料，包括高性能纤维织物层、棕榈纤维层和高性能纤维毡层，高性能纤维毡层、棕榈纤维层和高性能纤维织物层从下至上依次叠放连接；本发明中高中空棕榈/高性能纤维混杂防刺复合材料将天然棕榈纤维作为增韧材料用于制备高能量吸收的轻质复合材料，提升混杂复合材料的防刺性能，同时制备方法中采用天然棕榈纤维独特的高中空结构并通过化学改性进一步提升中空度，达到60％，降低了材料的重量；本发明中防刺复合材料采用价格低廉可降解的天然纤维的使用降低了防刺材料的成本，促进了防刺材料的可降解。

技术研发人员：陈长洁,王新厚,赵秋锦,康苏芳
受保护的技术使用者：四川四众玄武岩纤维技术研发有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14