高强度防弹热塑性尼龙复合板材及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种尼龙复合板材及其制造方法，具体涉及一种高强度防弹热塑性尼 龙复合板材及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 上世纪七十年代，美国杜邦公司率先开发出对苯二甲对苯二胺（PPTA)命名为 Kavlar，这种芳香族聚酰胺具有耐高温、高强度、高模量等特点，通过纺丝制成高强度高模 量纤维用于防弹衣。随着加工应用技术的发展，PPTA的用途不断扩大，各种芳纶复合材料 问世，这种复合材料具有高强度、高模量、耐高温的特性，但价格昂贵，仅限于军工、航空尖 端装备领域的应用。
[0003] 上世纪九十年代，超高分子量聚乙烯纤维一问世便得到广泛关注，超高分子量聚 乙烯纤维具有高强度、高冲击性能，其价格比芳纶略低，已广泛用于高强绳索、防弹衣。
[0004] 近年来，业内围绕芳纶及超高分子量聚乙烯纤维应用开展了大量研究，充分利用 其高强度高模量特性，开发多种芳纶及超高分子量聚乙烯纤维复合材料，以拓展其应用领 域。现有技术中，大致分为金属、陶瓷基芳纶复合材料，金属、陶瓷基超高分子量聚乙烯纤维 复合材料，环氧树脂基芳纶复合材料，热塑性树脂基芳纶复合材料，热塑性树脂基超高分子 量聚乙烯纤维复合材料等。
[0005] CN2847208Y公开了一种金属、陶瓷/芳纶复合板材具有较好的防弹效果。
[0006] CN10324386A公开了一种防弹复合板材，采用芳纶等防弹纤维/无极陶瓷基金属 复合做防弹层，用气体或液态做中间缓冲隔离层，经组合加工成防弹复合材料。
[0007] CN101856871A公开了一种用合成树脂与芳纶、超高分子量聚乙烯纤维复合制备防 弹材料。
[0008] CN2066825U公开了一种金属板/纤维增强树脂/金属网/硬质填料/树脂复合板 材。
[0009] CN101400964A公开了一种木板做表层，芳纶布做防弹层，聚丙烯树脂为底层的复 合板，该板材具有防爆作用。
[0010] 上述发明中，使用金属、陶瓷材料做基料，虽具有较高的强度与刚性，但金属、陶瓷 比重大，导致所制备的复合材料重量大，携带或安装不便，特别是金属、陶瓷与芳纶、超高分 子量聚乙烯纤维织物不相容，不能融为一体，至多也只是形成一种组合体，所以，不适合制 造大型板材或制件，另外，这种组合物回收困难；而采用普通的玻纤增强热塑性材料或未经 增强的合成树脂与芳纶或超高分子量聚乙烯纤维复合材料时，其强度不高，不适合制造大 型板材；采用热固性树脂与芳纶复合制备的材料虽具很高的强度，但芳纶用量大，复合材料 的成本太高，且不可回收利用。
【发明内容】
[0011] 本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种具有高 强度、高模量、高抗冲性、重量轻、成本低、可回收的高强度防弹热塑性尼龙复合板材。
[0012] 本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种高 强度防弹热塑性尼龙复合板材的制造方法。
[0013] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种高强度防弹热塑性尼龙复合 板材，由表层及夹设于表层之间的防弹层和/或缓冲层形成的一个或几个单元组成；所述 复合板材最外层的表层为连续玻纤增强尼龙板；当所述复合板材为多单元复合而成时，单 元之间的表层为连续玻纤增强尼龙板或连续玻纤增强聚丙烯板。
[0014] 所述连续玻纤增强尼龙板具有高强度、高模量、高抗冲性，比重轻、耐腐蚀、耐老 化、耐高温、耐低温性，可机加工组装等特点，比强度超过钢材，是钢板理想的替代材料；所 述连续玻纤增强聚丙烯板具有比重轻(是钢材的1/6)、机械强度抗冲击强度高等特点。两种 复合板材还具有可任意机加工性、可喷涂性与可回收性，更重要的是两种板材均具有很好 的防弹特性。
[0015] 进一步，所述复合板材各组分的重量份组成为：表层32~50份，防弹层0. 4~1. 5 份，缓冲层2~3份。
[0016] 进一步，所述连续玻纤增强尼龙板和连续玻纤增强聚丙烯板的玻纤含量为50~ 70%(优选55~65%)，厚度为4~12mm(优选5~10mm)。由于复合板材模压成型时的加热 温度不足以使板材中的树脂完全熔融，因此，在制造同样厚度的复合板材时，若尼龙、聚丙 烯板厚度过小，层间的粘结力小，最终影响产品强度，同时，增加用胶量，增加制造成本；若 尼龙、聚丙烯板厚度过大，模压加热时间长，可能导致材料发生热降解，从而影响产品性能， 因此，选择合适厚度的基材是制造高性能复合板材的基础。
[0017] 进一步，所述防弹层为芳纶布和/或超高分子量聚乙烯纤维布，所述缓冲层为聚 乙烯醇缩丁醛片材；所述防弹层和/或缓冲层由单层或多层交错设置。芳纶布和超高分子 量聚乙烯纤维布是业已证实防弹性最好的材料，在复合材料中使用少量的防弹材料就能有 效地提高其防弹性能；所述聚乙烯醇缩丁醛具有极高的吸能与隔热特性，聚乙烯醇缩丁醛 作为多层复合材料的夹层材料，提供优异的吸能作用，有效提高复合板材的防弹抗冲击性 能。
[0018] 进一步，所述芳纶布为平纹布或无炜布，优选无炜布，密度为300~500g/m2 (优 选350~450g/m2)，所述超高分子量聚乙烯纤维布为平纹布或无炜布，优选无炜布，密度为 400~600g/m2。若采用的芳纶布或超高分子量聚乙烯纤维布过厚（即纤维布的密度过大)， 由于这两种防弹材料与尼龙及聚丙烯之间不能完全熔融粘结，在一定程度上会影响与树脂 间的粘结力，同时，由于防弹布价格高，将提高复合板材的成本；若纤维布过薄，会影响产品 的防弹性能，因此，选择合适尺寸的防弹布十分重要。
[0019] 进一步，所述聚乙稀醇缩丁醛片材的厚度为0. 5~2.Omm(优选0. 8~I. 0mm)。聚 乙烯醇缩丁醛片材的厚度太薄时，其缓冲效果差，太厚时，在模压加热过程中可能产生部分 熔融流淌。
[0020] 进一步，所述复合板材的组合包括： A、 连续玻纤增强尼龙板/芳纶布/聚乙烯醇缩丁醛片材/连续玻纤增强尼龙板； B、 连续玻纤增强尼龙板/芳纶布/聚乙烯醇缩丁醛片材/超高分子量聚乙烯纤维布/ 连续玻纤增强尼龙板； C、 连续玻纤增强尼龙板/芳纶布/连续玻纤增强尼龙板/聚乙烯醇缩丁醛片材/连续 玻纤增强尼龙板； D、 连续玻纤增强尼龙板/芳纶布/聚乙烯醇缩丁醛片材/连续玻纤增强尼龙板/超高 分子量聚乙烯纤维布/连续玻纤增强尼龙板； E、 连续玻纤增强尼龙板/芳纶布/连续玻纤增强聚丙烯板/聚乙烯醇缩丁醛片材/连 续玻纤增强尼龙板； F、 连续玻纤增强尼龙板/芳纶布/连续玻纤增强聚丙烯板/超高分子量聚乙烯纤维布 /聚乙烯醇缩丁醛片材/连续玻纤增强尼龙板； G、 连续玻纤增强尼龙板/芳纶布/连续玻纤增强聚丙烯板/聚乙烯醇缩丁醛片材/超 高分子量聚乙烯纤维布/连续玻纤增强尼龙板； H、 连续玻纤增强尼龙板/芳纶布/连续玻纤增强尼龙板/超高分子量聚乙烯纤维布/ 聚乙烯醇缩丁醛片材/连续玻纤增强尼龙板； I、 连续玻纤增强尼龙板/芳纶布/连续玻纤增强尼龙板/聚乙烯醇缩丁醛片材/超高 分子量聚乙烯纤维布/连续玻纤增强尼龙板；或 J、 连续玻纤增强尼龙板/超高分子量聚乙烯纤维布/聚乙烯醇缩丁醛片材/连续玻纤 增强尼龙板。
[0021] 本发明所述复合板材可根据用途不同，通过基材厚度或组合的调整，控制成品厚 度为10~30mm。
[0022] 本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种高强度防弹热塑性尼 龙复合板材的制造方法，采用多层喷胶，加热模压成型，具体工艺过程为：将各片材分别进 行预热，然后在预热好的材料表面喷胶，再将喷胶后的各层材料进行叠层组合，放入模具中 加热，保温加压，保温保压模压成型，冷却，即成。
[0023] 进一步，所述预热的工艺条件为：连续玻纤增强尼龙板的预热温度为160~210°C (优选180~200°C)，时间为0. 5~I.Oh;连续玻纤增强聚丙烯板的预热温度为120~160°C (优选130~140°C)，时间为0. 5~I.Oh;芳纶布的预热温度为120~200°C(优选130~ 180°C)，时间为0. 2~0. 5h;超高分子量聚乙烯纤维布的预热温度为120~180°C(优选 140~160°C)，时间为0. 2~0. 5h，聚乙烯醇缩丁醛的预热温度为30~60°C(优选40~ 50°C)，时间为0? 1~0.5h。
[0024] 进一步，所述加热的温度为180~230°C(优选190~220°C)，加热的时间为0. 4~ I.Oh(优选0? 5 ~0? 7h)。
[0025] 进一步，所述模压成型的压力为5~IOMPa(优选6~8MPa)，保温保压的时间为 I. 0~2.Oh(优选1. 4~I. 8h)。
[0026] 进一步，所述喷胶所用的粘合剂为环氧树脂类或聚丙烯酸酯类粘合剂，优选环氧 树脂类粘合剂；所述粘合剂的用量为100~600g/m2 (优选150~300g/m2)。这两种胶黏剂 具有很强的粘结力，所述连续玻纤增强尼龙板、连续玻纤增强聚丙烯板、芳纶布、超高分子 量聚乙烯纤维布、聚乙烯缩丁醛之间具有较好的粘结性，喷胶后