本发明提供一种防弹材料的制造工艺。该防弹材料的制造工艺包括如下步骤:a)把聚乙烯纤维正交无纬布从缠绕有聚乙烯纤维正交无纬布的辊子上,退绕下来预定的长度;b)把退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布牵引预定的长度;c)利用平板压机,在预定的压制温度、压力和时间下,对聚乙烯纤维正交无纬布进行热压成型,形成防弹材料,其中,在进行热压成型刚开始之前,所述退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布被牵引力牵引至展开的状态;重复进行步骤a)~步骤c)。根据本发明的防弹材料的制造工艺所制造的防弹材料能够完全定型,定型后性能稳定,并且能够减少气泡和片面挤压损伤。
1.一种防弹材料的制造工艺,包括如下步骤:a)把聚乙烯纤维正交无纬布从缠绕有聚乙烯纤维正交无纬布的辊子上,退绕下来预定的长度,所述聚乙烯纤维正交无纬布是层叠在一起的、但是并没有粘合在一起的聚乙烯纤维正交无纬布,所述聚乙烯纤维正交无纬布是以连续的状态缠绕在辊子上的聚乙烯纤维正交无纬布;b)把退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布牵引预定的长度;c)利用平板压机,在预定的压制温度、压力和时间下,对聚乙烯纤维正交无纬布进行热压成型,形成防弹材料,其中,在进行热压成型刚开始之前,所述退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布被牵引力牵引至展开的状态;重复进行步骤a)~步骤c)。
2.根据权利要求1所述的防弹材料的制造工艺,其特征在于,在步骤a)中,所述退绕为主动退绕,所述主动退绕是指:缠绕有聚乙烯纤维正交无纬布的辊子主动旋转,把聚乙烯纤维正交无纬布退绕下来。
3.根据权利要求1所述的防弹材料的制造工艺,其特征在于,在步骤a)中,所述退绕为被动退绕,所述被动退绕是指:缠绕有聚乙烯纤维正交无纬布在牵引力的作用下被动旋转,把聚乙烯纤维正交无纬布退绕下来。
4.根据权利要求1所述的防弹材料的制造工艺,其特征在于,在步骤b)中,牵引时的牵引力是恒定的牵引力。
5.根据权利要求1所述的防弹材料的制造工艺,其特征在于,所述预定的长度为2.5m以下。
6.根据权利要求1所述的防弹材料的制造工艺,其特征在于,在步骤c)中,所述的压制温度为100°C~140°C。
7.根据权利要求6所述的防弹材料的制造工艺,其特征在于,在步骤c)中,所述的压制温度为105°C~120°C。
8.根据权利要求7所述的防弹材料的制造工艺,其特征在于,在步骤c)中,所述的压制温度为106°C~110°C。
9.根据权利要求1所述的防弹材料的制造工艺,其特征在于,在步骤c)中,所述压力包括一段压力、二段压力和三段压力;所述一段压力为初始段压力,压力范围为2MPa~5MPa;所述二段压力为保压段压力,压力范围为20MPa~25MPa;所述三段压力为末尾段压力,压力范围为10MPa~15MPa。
10.根据权利要求9所述的防弹材料的制造工艺,其特征在于,在步骤c)中,所述时间包括:一段时间、二段时间和三段时间;所述一段时间为初始段时间,时间范围为5s~10s;所述二段时间为保压段时间,时间范围为50s~120s;所述三段时间为末尾段时间,时间范围为10s~20s。
11.根据权利要求1所述的防弹材料的制造工艺,其特征在于,在步骤c)之后还包括步骤d):使得平板压机的平板与所述防弹材料分离,收卷所述防弹材料;并且重复进行步骤a)~步骤d)。技术领域
本发明涉及一种防弹材料的制造工艺,属于复合材料制造领域。
背景技术
聚乙烯纤维连续无纬布(UD)所制备的防弹材料是一种新型防护材料,产品具有质地柔软、比重轻、耐水、耐湿、耐化学腐蚀、抗紫外辐射等性能,广泛用于轻型防弹衣、护胸板、防弹头盔、防暴盾牌、轻型硬质装甲和爆炸隔离装置。正在逐渐取代传统防护材料成为人体防护的主体材料。聚乙烯纤维连续无纬布(UD)所制备的防弹材料属于纤维复合材料领域。本发明中的聚乙烯纤维连续无纬布(UD)最基本的组成是聚乙烯纤维长丝和树脂,其中聚乙烯纤维长丝为增强体,平行排列,树脂为基体,均匀地分散于聚乙烯纤维长丝之间。包含上述组成的布状材料称之为聚乙烯纤维连续无纬布。将多层聚乙烯纤维连续无纬布(简称为聚乙烯纤维无纬布)经过层叠复合即可以得到防弹材料。此种防弹材料的制备工艺为:聚乙烯纤维长丝的铺展-片状纤维层涂胶-干燥-定型;定型后的聚乙烯纤维无纬布需要通过(0/90°)_n正交复合(n表示正交次数)以及层压定型才能最终形成所需的片状防弹复合材料。层压定型是连续生产的最后一道工艺,对产品性能、整体质量起着决定性作用。目前,国内比较成熟的层压定型工艺多为上下辊筒式加压定型工艺,这种工艺在实际生产中存在一些不利因素,如材料不能完全定型、定型后性能不稳定等性能缺陷;以及层间气泡无法排除、片面挤压损伤严重等外观缺陷。如图1所示,图1是一种上下辊筒式加压定型工艺。其中,1是聚乙烯纤维(0/90°)_n正交无纬布;2是连续地缠绕着聚乙烯纤维正交无纬布的辊子;3是上辊筒;4是下辊筒;5是收卷辊。在图1中,连续地缠绕着聚乙烯纤维正交无纬布的辊子2上的聚乙烯纤维正交无纬布1的移动方向为从图1的右侧移动向图1的左侧。从图1可以看出,聚乙烯纤维正交无纬布1经过上下辊筒3、4的挤压和加热(上下辊筒是热辊筒),聚乙烯纤维正交无纬布1中的树脂软化,使得聚乙烯纤维正交无纬布1粘合在一起,由此形成的防弹材料,最终缠绕在收卷辊5上。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种聚乙烯纤维增强防弹材料(在本发明中称为防弹材料,或者聚乙烯纤维连续无纬布所制备的防弹材料)的制造工艺,利用该制造工艺制造的防弹材料能够完全定型,定型后性能稳定,并且能够减少气泡和片面挤压损伤。为了解决上述技术问题,本发明提供如下的技术方案:一种防弹材料的制造工艺,包括如下步骤:a)把聚乙烯纤维正交无纬布从缠绕有聚乙烯纤维正交无纬布的辊子上,退绕下来预定的长度,所述聚乙烯纤维正交无纬布是层叠在一起的、但是并没有粘合在一起的聚乙烯纤维正交无纬布,所述聚乙烯纤维正交无纬布是以连续的状态缠绕在辊子上的聚乙烯纤维正交无纬布;b)把退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布牵引预定的长度;c)利用平板压机,在预定的压制温度、压力和时间下,对聚乙烯纤维正交无纬布进行热压成型,形成防弹材料,其中,在进行热压成型刚开始之前,所述退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布被牵引力牵引至展开的状态;重复进行步骤a)~步骤c)。在本发明研究之初,发明人对现有的技术问题进行了分析和研究,上述技术问题的存在,即之所以上下辊筒式加压定型工艺在实际生产中存在一些不利因素,如材料不能完全定型、定型后性能不稳定等性能缺陷;以及层间气泡无法排除、片面挤压损伤严重等外观缺陷,是因为辊筒与无纬布接触面积、接触时间有限而导致的;因此,发明人经过潜心研究才获得了本发明的技术方案。本发明的技术方案中,采用平板压机,在预定的压制温度、压力和时间下,对退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布进行热压成型,形成防弹材料,通过平板压机的相对较大的接触面积以及压力、温度等的均匀性,从而使得本发明的生产工艺制造的防弹材料能够完全定型,定型后性能稳定,并且减少了气泡和片面挤压损伤。优选地,在步骤a)中,所述退绕为主动退绕,所述主动退绕是指:缠绕有聚乙烯纤维正交无纬布的辊子主动旋转,把聚乙烯纤维正交无纬布退绕下来。优选地,在步骤a)中,所述退绕为被动退绕,所述被动退绕是指:缠绕有聚乙烯纤维正交无纬布在牵引力的作用下被动旋转,把聚乙烯纤维正交无纬布退绕下来。优选地,在步骤b)中,牵引时的牵引力是恒定的牵引力。优选地,所述预定的长度为2.5m以下,最优选为1.3m以下。优选地,在步骤c)中,所述的压制温度为100°C~140°C。优选地,在步骤c)中,所述的压制温度为105°C~120°C。优选地,在步骤c)中,所述的压制温度为106°C~110°C。优选地,在步骤c)中,所述压力包括一段压力、二段压力和三段压力;所述一段压力为初始段压力,压力范围为2MPa~5MPa;所述二段压力为保压段压力,压力范围为20MPa~25MPa;所述三段压力为末尾段压力,压力范围为10MPa~15MPa。优选地,在步骤c)中,所述时间包括:一段时间、二段时间和三段时间;所述一段时间为初始段时间,时间范围为5s~10s;所述二段时间为保压段时间,时间范围为50s~120s;所述三段时间为末尾段时间,时间范围为10s~20s。优选地,在步骤c)之后还包括步骤d):使得平板压机的平板与所述防弹材料分离,收卷所述防弹材料;并且重复进行步骤a)~步骤d)。根据本发明的防弹材料的制造工艺,通过采用平板压机,在预定的压制温度、压力和时间下,对退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布进行热压成型,形成防弹材料,利用平板压机的相对较大的接触面积以及压力、温度等的均匀性,从而使得本发明的生产工艺制造的防弹材料能够完全定型,定型后性能稳定,并且能够减少气泡和片面挤压损伤。
附图说明
图1是一种上下辊筒式加压定型工艺的示意图。图2是本发明的防弹材料的制造工艺的第一种实施方式的示意图。图3是本发明的防弹材料的制造工艺的第二种实施方式的示意图。图4是本发明的防弹材料的制造工艺的第三种实施方式的示意图。符号说明:1——聚乙烯纤维(0/90°)n正交无纬布2——连续地缠绕着聚乙烯纤维正交无纬布的辊子3——上辊筒4——下辊筒5——收卷辊6——平板压机7——控制装置8——导向辊9——是用于缠绕隔离层的辊子10——隔离层
具体实施方式
为了使得本领域的技术人员能够更好地理解本发明的技术方案,下面将对其进行进一步的解释和说明。本发明提供的第1技术方案是,一种防弹材料的制造工艺,包括如下步骤:a)把聚乙烯纤维正交无纬布从缠绕有聚乙烯纤维正交无纬布的辊子上,退绕下来预定的长度,所述聚乙烯纤维正交无纬布是层叠在一起的、但是并没有粘合在一起的聚乙烯纤维正交无纬布,所述聚乙烯纤维正交无纬布是以连续的状态缠绕在辊子上的聚乙烯纤维正交无纬布;b)把退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布牵引预定的长度;c)利用平板压机,在预定的压制温度、压力和时间下,对退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布进行热压成型,形成防弹材料,其中,在进行热压成型刚开始之前,所述退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布被牵引力牵引至展开的状态;重复进行步骤a)~步骤c)。在该技术方案中,采用平板压机,在预定的压制温度、压力和时间下,对退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布进行热压成型,形成防弹材料,通过平板压机的相对较大的接触面积以及压力、温度等的均匀性,从而使得本发明的生产工艺制造的防弹材料能够完全定型,定型后性能稳定,并且能够减少气泡和片面挤压损伤。需要说明的是,在本发明中,所述聚乙烯纤维正交无纬布是指层叠在一起的、但是并没有粘合在一起的聚乙烯纤维正交无纬布。也就是说,多层包含有聚乙烯纤维和树脂的聚乙烯纤维无纬布重叠在一起,但是它们各层之间并没有粘合在一起,即树脂之间不是均相熔合的,虽然有可能有极少量树脂之间的粘连,但是对于两层相互接触的聚乙烯纤维无纬布而言,它们中的大部分树脂是没有粘连的。也就是说,使得多层聚乙烯纤维粘合在一起是本发明的步骤c)所需要完成的任务。在本发明中,所述聚乙烯纤维正交无纬布是以连续的状态缠绕在辊子上的聚乙烯纤维正交无纬布。也就是说,把聚乙烯纤维正交无纬布作为一个整体来看,其是以连续的状态缠绕在辊子上的,并不必然意味着聚乙烯纤维正交无纬布的每一层都是以连续的状态缠绕的辊子上。以上是对本发明的主要技术方案的说明,下面对本发明的其他改进型的技术方案进行详细地说明。本发明提供的第2个技术方案是对第1个技术方案的改进,改进之处在于,在步骤a)中,所述退绕为主动退绕,所述主动退绕是指:缠绕有聚乙烯纤维正交无纬布的辊子主动旋转,把聚乙烯纤维正交无纬布退绕下来。主动退绕的优点是:在大卷装时退绕力矩较大,通过主动退绕可以降低退绕张力,防止张力过大使无纬布牵伸变形。本发明提供的第3个技术方案是对第1个技术方案的改进,改进之处在于,在步骤a)中,所述退绕为被动退绕,所述被动退绕是指:缠绕有聚乙烯纤维正交无纬布在牵引力的作用下被动旋转,把聚乙烯纤维正交无纬布退绕下来。被动退绕的优点是:当小卷装时退绕张力波动较小,片材输送平稳,对片面基本无损伤。本发明提供的第4个技术方案是对第1~3个技术方案的改进,改进之处在于,在步骤b)中,牵引时的牵引力是恒定的牵引力。牵引时的牵引力恒定,可以使得多层聚乙烯纤维无纺布平稳前进,能够避免片状的多层聚乙烯纤维无纺布发生褶皱。本发明提供的第5个技术方案是对第1~4个技术方案的改进,改进之处在于,所述预定的长度为1.3m以下。在达到质量要求的情况下,所述预定的长度要尽可能地大,但是最好不要超过1.3m(米)。超过1.3m之后则会对平板压机的要求加大。更优选地,所述预定的长度为1.0m以下。本发明提供的第6个技术方案是对第1~5个技术方案的改进,改进之处在于,在步骤c)中,所述的压制温度为100°C~140°C。聚乙烯连续连续无纬布中使用的基体树脂通常为热塑性弹性树脂,例如SEBS、SEEPS等,这样可以保证基体树脂的耐老化性能。SEBS是以聚苯乙烯为末端段,以聚丁二烯加氢得到的乙烯-丁烯共聚物为中间弹性嵌段的线性三嵌共聚物。SEBS不含不饱和双键,因此具有良好的稳定性和耐老化性。SEEPS是苯乙烯-乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯共聚物,也不含有饱和双键,具有良好的稳定性和耐老化性。由于通常使用这些嵌段共聚物,所以为了提高工艺性能,例如控制流动性能等,压制温度通常选择为100°C~140°C。本发明提供的第7个技术方案是对第6个技术方案的改进,改进之处在于,在步骤c)中,所述的压制温度为105°C~120°C。基于上述的理由,为了提供工艺性能,对压制温度进行了进一步的优选。本发明提供的第8个技术方案是对第7个技术方案的改进,改进之处在于,在步骤c)中,所述的压制温度为106°C~110°C。当压制温度为106°C~110°C时,工艺性能达到最佳状态,既能够有良好的压制性能,即,树脂流动性能,成型之后的防弹材料又具有均匀的力学性能等性能。本发明提供的第9个技术方案是对第1~8个技术方案的改进,改进之处在于,在步骤c)中,所述压力包括一段压力、二段压力和三段压力;所述一段压力为初始段压力,压力范围为2MPa~5MPa;所述二段压力为保压段压力,压力范围为20MPa~25MPa;所述三段压力为末尾段压力,压力范围为10MPa~15MPa。通过三段压力进行压制,可以使得最终得到的防弹材料具有良好的力学性能,例如力学性能均匀、内部应力小等。本发明提供的第10个技术方案是对第1~9个技术方案的改进,改进之处在于,在步骤c)中,所述时间包括:一段时间、二段时间和三段时间;所述一段时间为初始段时间,时间范围为5s~10s;所述二段时间为保压段时间,时间范围为50s~120s;所述三段时间为末尾段时间,时间范围为10s~20s。首先,相对于现有技术,本发明的防弹材料在制造时间变长,这样可以给予树脂更长的流动时间,有利于提高无纬布中的基体树脂的均匀性。另外,本发明是平板压制与长时间的压制的结合,可以更加有利于成型外观性能好的无纬布。而且,本发明的采用三段压制,而且压制时间分布合理,另外,可以在压制过程中进行适当的排气操作,以赶走防弹材料中的气泡。以上是对各个技术方案的说明,下面结合附图对技术方案的细节做出进一步的说明。请参见图2,图2是本发明的防弹材料的制造工艺的第一种实施方式的示意图。在图2中,6是平板压机。在该实施方式中,通过采用平板压机6来压合聚乙烯纤维正交无纬布1来得到防弹材料。平板压机在加热状态下保持一定的加压时间,这样就可以使得聚乙烯纤维正交无纬布中的树脂软化,将聚乙烯纤维正交无纬布粘合在一起,并且由于加压面积大,所以本发明的生产工艺制造的防弹材料能够完全定型,定型后性能稳定,并且能够减少气泡和片面挤压损伤,避免褶皱的产生。请参见图3,图3是本发明的防弹材料的制造工艺的第二种实施方式的示意图。图3的实施方式是上述第一种实施方式的改进,改进之处在于,引入了控制装置7。控制装置7也可以称为控制聚乙烯纤维正交无纬布的前进的预定的长度的装置,即,该控制装置可以控制聚乙烯纤维正交无纬布的前进长度。如果把步骤a)~c)作为一个循环,那么在各个循环中的前进长度可以是不相同的,也可以使相同的,这些都可以通过程序控制来实现。通过控制前进长度,可以使得平板压机加热挤压预定的聚乙烯纤维正交无纬布,增加工艺控制的可选择性。例如,在一个循环结束之后,发现形成的防弹材料的边角处存在一些小的缺陷,那么此时可以通过控制聚乙烯纤维正交无纬布的前进长度,使得平板压机对存在小的缺陷的部位进行重新压合。在生产条件良好的情况下,优选地,上述各个循环中无纺布的前进的长度是一致的。控制装置7的存在能够实现机械化自动化生产,并且随时可以根据工艺状况进行调节。在本发明的防弹材料的制造工艺的第二种实施方式中,还设置了导向辊8。导向辊8设置在平板压机的前方,这样可以使得多层聚乙烯纤维无纺布在无摩擦的情况下进入压机,从而降低平板压机对聚乙烯纤维无纺布的摩擦损伤,这是由本发明的防弹材料的制造工艺所决定的。因为,在使用上下辊筒的防弹材料的制造工艺中不会存在摩擦损伤或者摩擦损伤极小。请参见图4,图4是本发明的防弹材料的制造工艺的第三种实施方式的示意图。图中,10是隔离层,9是用于缠绕隔离层的辊子。其中,图右侧的标号9所示的辊子是起放卷辊的作用,图左侧的标号9所示的辊子是其收卷辊的作用。图中的标号8为除了在平板压机附近设置的导向辊之外的又一导向辊,由于需要分别缠绕隔离层和防弹材料层,所以设置导向辊是一种优选的方式。在此实施方式中,为了提高生产效率,将多组防弹材料的制造工艺合并,得到了本实施方式的制造工艺。此时,为了防止各层防弹材料的粘连,设置了隔离层10,隔离层可以是低密度聚乙烯薄膜、高密度聚乙烯薄膜等。以上对本发明的一些具体的实施方式进行了说明,但是本发明的保护范围并不限于上述实施方式,也不限于下述的实施例,因为本领域的技术人员可以根据自己的专业技术知识进行一些适当的变化。下面以具体的实施例来说明本发明的技术方案。本发明所使用的聚乙烯纤维为北京同益中特种纤维技术开发有限公司纤维部生产的超高分子量聚乙烯纤维,纤维规格800D/240f(中文单位是:800旦/240根),纤维密度0.97g/cm³,纤维强度不低于30cN/dtex(中文单位是:30厘牛/分特),优选为机械强度等于或大于32cN/dtex,更优选为机械强度等于或大于34cN/dtex,最优选为机械强度等于或大36cN/dtex。下面结合具体实施例,进一步阐述本发明的技术方案及其技术效果。实施例1在本实施例中,使用上述本发明的第三种实施方式。原材料是经过正交贴合后的连续聚乙烯纤维无纬布卷材(UD卷材),即缠绕在辊子上的聚乙烯纤维正交无纬布,幅宽1.25m,面密度130±8g/m²。定型工艺采用本发明所述工艺方法,对4个聚乙烯纤维正交无纬布层同时热压成型,选择退绕方式为主动退绕,所述预定的长度为1.20m,压制温度为110±2°C,初始段压力3MPa、时间5~10s,保压段压力23MPa、时间80~100s,定型段压力10MPa、时间10~20s。其中,在进行热压成型刚开始之前,所述退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布被牵引力牵引至展开的状态;在热压成型之后,使得平板压机的平板与所述形成的防弹材料分离,收卷所述防弹材料。经过实施本实施例所述的热压定型工艺后的防弹材料(附表一中编号为1)的防弹性能参数V50为543m/s。具体测试数据见附表一。本实施例所得到的防弹材料,能够完全定型,定型后性能稳定,并且气泡少和片面挤压损伤极少,外观美观。实施例2在本实施例中,使用上述本发明的第二种实施方式。本实施例所用材料是经过正交贴合后的连续UD卷材,幅宽1.25m,面密度130±8g/m²。定型工艺采用本发明所述工艺方法,对1个聚乙烯纤维正交无纬布压制,选择退绕方式为被动放卷,所述预定的长度为0.65m,温度110±2°C,初始段压力3MPa油压、时间5s,保压段压力23MPa油压、时间60-80s,定型段压力10MPa油压、时间10s,平均生产速度0.78m/min。实施例2生产的防弹材料的防弹性能参数V50为495m/s。具体测试数据见附表一。本实施例所得到的防弹材料,能够完全定型,定型后性能稳定,并且气泡极少和片面挤压损伤少,外观美观。对比例1对比例1所用材料是经过正交贴合后的连续UD卷材,即片材预制品,幅宽1.25m,面密度130±8g/m²。定型工艺采用普通辊筒高温定型工艺,辊筒温度120±2°C,辊筒间隙0.16mm。对比例1所制的防弹材料的防弹性能参数V50为487m/s;具体测试数据见附表一。本对比例得到的无纬布,定型后性能不稳定,并且有气泡和片面挤压损伤相对较多,外观性能相对较差。另外,从附表一可以看出,本发明的防弹材料制造工艺所制备的防弹材料防弹性能优于作为现有技术。其中,实施例1~2采用的本发明的工艺所得到的防弹材料,其具有优异的防弹性能,尤其是在实施例1下的工艺条件下的防弹材料得到了更高防弹性能的无纬布。对比例1由于采用的辊筒压制,所以得到的无纬布在防弹性能方面不能够与利用本发明的工艺所得到的无纬布的防弹性能相提并论,并且外观等性能较差。附表一:(以下测试均参照NIJ0101.06标准进行)ntent="drawing" img-format="tif" inline="no" orientation="portrait" wi="700"/>其中,mm代表毫米,m/s代表米/秒,V50的意思是指50%击穿概率的条件下测试弹速的平均值,kg/m2代表千克/平方米。作为本发明的技术效果:根据本发明的防弹材料的制造工艺,通过采用平板压机,在预定的压制温度、压力和时间下,对退绕下来的聚乙烯纤维正交无纬布进行热压成型,形成防弹材料,利用平板压机的相对较大的接触面积以及压力、温度等的均匀性,从而使得本发明的生产工艺制造的防弹材料能够完全定型,定型后性能稳定,并且能够减少气泡和片面挤压损伤。