高強度防彈熱塑性尼龍復合板材及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種尼龍復合板材及其制造方法，具體涉及一種高強度防彈熱塑性尼 龍復合板材及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 上世紀七十年代，美國杜邦公司率先開發(fā)出對苯二甲對苯二胺（PPTA)命名為 Kavlar，這種芳香族聚酰胺具有耐高溫、高強度、高模量等特點，通過紡絲制成高強度高模 量纖維用于防彈衣。隨著加工應用技術(shù)的發(fā)展，PPTA的用途不斷擴大，各種芳綸復合材料 問世，這種復合材料具有高強度、高模量、耐高溫的特性，但價格昂貴，僅限于軍工、航空尖 端裝備領(lǐng)域的應用。
[0003] 上世紀九十年代，超高分子量聚乙烯纖維一問世便得到廣泛關(guān)注，超高分子量聚 乙烯纖維具有高強度、高沖擊性能，其價格比芳綸略低，已廣泛用于高強繩索、防彈衣。
[0004] 近年來，業(yè)內(nèi)圍繞芳綸及超高分子量聚乙烯纖維應用開展了大量研究，充分利用 其高強度高模量特性，開發(fā)多種芳綸及超高分子量聚乙烯纖維復合材料，以拓展其應用領(lǐng) 域?，F(xiàn)有技術(shù)中，大致分為金屬、陶瓷基芳綸復合材料，金屬、陶瓷基超高分子量聚乙烯纖維 復合材料，環(huán)氧樹脂基芳綸復合材料，熱塑性樹脂基芳綸復合材料，熱塑性樹脂基超高分子 量聚乙烯纖維復合材料等。
[0005] CN2847208Y公開了一種金屬、陶瓷/芳綸復合板材具有較好的防彈效果。
[0006] CN10324386A公開了一種防彈復合板材，采用芳綸等防彈纖維/無極陶瓷基金屬 復合做防彈層，用氣體或液態(tài)做中間緩沖隔離層，經(jīng)組合加工成防彈復合材料。
[0007] CN101856871A公開了一種用合成樹脂與芳綸、超高分子量聚乙烯纖維復合制備防 彈材料。
[0008] CN2066825U公開了一種金屬板/纖維增強樹脂/金屬網(wǎng)/硬質(zhì)填料/樹脂復合板 材。
[0009] CN101400964A公開了一種木板做表層，芳綸布做防彈層，聚丙烯樹脂為底層的復 合板，該板材具有防爆作用。
[0010] 上述發(fā)明中，使用金屬、陶瓷材料做基料，雖具有較高的強度與剛性，但金屬、陶瓷 比重大，導致所制備的復合材料重量大，攜帶或安裝不便，特別是金屬、陶瓷與芳綸、超高分 子量聚乙烯纖維織物不相容，不能融為一體，至多也只是形成一種組合體，所以，不適合制 造大型板材或制件，另外，這種組合物回收困難；而采用普通的玻纖增強熱塑性材料或未經(jīng) 增強的合成樹脂與芳綸或超高分子量聚乙烯纖維復合材料時，其強度不高，不適合制造大 型板材；采用熱固性樹脂與芳綸復合制備的材料雖具很高的強度，但芳綸用量大，復合材料 的成本太高，且不可回收利用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種具有高 強度、高模量、高抗沖性、重量輕、成本低、可回收的高強度防彈熱塑性尼龍復合板材。
[0012] 本發(fā)明進一步要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種高 強度防彈熱塑性尼龍復合板材的制造方法。
[0013] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：一種高強度防彈熱塑性尼龍復合 板材，由表層及夾設(shè)于表層之間的防彈層和/或緩沖層形成的一個或幾個單元組成；所述 復合板材最外層的表層為連續(xù)玻纖增強尼龍板；當所述復合板材為多單元復合而成時，單 元之間的表層為連續(xù)玻纖增強尼龍板或連續(xù)玻纖增強聚丙烯板。
[0014] 所述連續(xù)玻纖增強尼龍板具有高強度、高模量、高抗沖性，比重輕、耐腐蝕、耐老 化、耐高溫、耐低溫性，可機加工組裝等特點，比強度超過鋼材，是鋼板理想的替代材料；所 述連續(xù)玻纖增強聚丙烯板具有比重輕(是鋼材的1/6)、機械強度抗沖擊強度高等特點。兩種 復合板材還具有可任意機加工性、可噴涂性與可回收性，更重要的是兩種板材均具有很好 的防彈特性。
[0015] 進一步，所述復合板材各組分的重量份組成為：表層32~50份，防彈層0. 4~1. 5 份，緩沖層2~3份。
[0016] 進一步，所述連續(xù)玻纖增強尼龍板和連續(xù)玻纖增強聚丙烯板的玻纖含量為50~ 70%(優(yōu)選55~65%)，厚度為4~12mm(優(yōu)選5~10mm)。由于復合板材模壓成型時的加熱 溫度不足以使板材中的樹脂完全熔融，因此，在制造同樣厚度的復合板材時，若尼龍、聚丙 烯板厚度過小，層間的粘結(jié)力小，最終影響產(chǎn)品強度，同時，增加用膠量，增加制造成本；若 尼龍、聚丙烯板厚度過大，模壓加熱時間長，可能導致材料發(fā)生熱降解，從而影響產(chǎn)品性能， 因此，選擇合適厚度的基材是制造高性能復合板材的基礎(chǔ)。
[0017] 進一步，所述防彈層為芳綸布和/或超高分子量聚乙烯纖維布，所述緩沖層為聚 乙烯醇縮丁醛片材；所述防彈層和/或緩沖層由單層或多層交錯設(shè)置。芳綸布和超高分子 量聚乙烯纖維布是業(yè)已證實防彈性最好的材料，在復合材料中使用少量的防彈材料就能有 效地提高其防彈性能；所述聚乙烯醇縮丁醛具有極高的吸能與隔熱特性，聚乙烯醇縮丁醛 作為多層復合材料的夾層材料，提供優(yōu)異的吸能作用，有效提高復合板材的防彈抗沖擊性 能。
[0018] 進一步，所述芳綸布為平紋布或無煒布，優(yōu)選無煒布，密度為300~500g/m2 (優(yōu) 選350~450g/m2)，所述超高分子量聚乙烯纖維布為平紋布或無煒布，優(yōu)選無煒布，密度為 400~600g/m2。若采用的芳綸布或超高分子量聚乙烯纖維布過厚（即纖維布的密度過大)， 由于這兩種防彈材料與尼龍及聚丙烯之間不能完全熔融粘結(jié)，在一定程度上會影響與樹脂 間的粘結(jié)力，同時，由于防彈布價格高，將提高復合板材的成本；若纖維布過薄，會影響產(chǎn)品 的防彈性能，因此，選擇合適尺寸的防彈布十分重要。
[0019] 進一步，所述聚乙稀醇縮丁醛片材的厚度為0. 5~2.Omm(優(yōu)選0. 8~I. 0mm)。聚 乙烯醇縮丁醛片材的厚度太薄時，其緩沖效果差，太厚時，在模壓加熱過程中可能產(chǎn)生部分 熔融流淌。
[0020] 進一步，所述復合板材的組合包括： A、 連續(xù)玻纖增強尼龍板/芳綸布/聚乙烯醇縮丁醛片材/連續(xù)玻纖增強尼龍板； B、 連續(xù)玻纖增強尼龍板/芳綸布/聚乙烯醇縮丁醛片材/超高分子量聚乙烯纖維布/ 連續(xù)玻纖增強尼龍板； C、 連續(xù)玻纖增強尼龍板/芳綸布/連續(xù)玻纖增強尼龍板/聚乙烯醇縮丁醛片材/連續(xù) 玻纖增強尼龍板； D、 連續(xù)玻纖增強尼龍板/芳綸布/聚乙烯醇縮丁醛片材/連續(xù)玻纖增強尼龍板/超高 分子量聚乙烯纖維布/連續(xù)玻纖增強尼龍板； E、 連續(xù)玻纖增強尼龍板/芳綸布/連續(xù)玻纖增強聚丙烯板/聚乙烯醇縮丁醛片材/連 續(xù)玻纖增強尼龍板； F、 連續(xù)玻纖增強尼龍板/芳綸布/連續(xù)玻纖增強聚丙烯板/超高分子量聚乙烯纖維布 /聚乙烯醇縮丁醛片材/連續(xù)玻纖增強尼龍板； G、 連續(xù)玻纖增強尼龍板/芳綸布/連續(xù)玻纖增強聚丙烯板/聚乙烯醇縮丁醛片材/超 高分子量聚乙烯纖維布/連續(xù)玻纖增強尼龍板； H、 連續(xù)玻纖增強尼龍板/芳綸布/連續(xù)玻纖增強尼龍板/超高分子量聚乙烯纖維布/ 聚乙烯醇縮丁醛片材/連續(xù)玻纖增強尼龍板； I、 連續(xù)玻纖增強尼龍板/芳綸布/連續(xù)玻纖增強尼龍板/聚乙烯醇縮丁醛片材/超高 分子量聚乙烯纖維布/連續(xù)玻纖增強尼龍板；或 J、 連續(xù)玻纖增強尼龍板/超高分子量聚乙烯纖維布/聚乙烯醇縮丁醛片材/連續(xù)玻纖 增強尼龍板。
[0021] 本發(fā)明所述復合板材可根據(jù)用途不同，通過基材厚度或組合的調(diào)整，控制成品厚 度為10~30mm。
[0022] 本發(fā)明進一步解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：一種高強度防彈熱塑性尼 龍復合板材的制造方法，采用多層噴膠，加熱模壓成型，具體工藝過程為：將各片材分別進 行預熱，然后在預熱好的材料表面噴膠，再將噴膠后的各層材料進行疊層組合，放入模具中 加熱，保溫加壓，保溫保壓模壓成型，冷卻，即成。
[0023] 進一步，所述預熱的工藝條件為：連續(xù)玻纖增強尼龍板的預熱溫度為160~210°C (優(yōu)選180~200°C)，時間為0. 5~I.Oh;連續(xù)玻纖增強聚丙烯板的預熱溫度為120~160°C (優(yōu)選130~140°C)，時間為0. 5~I.Oh;芳綸布的預熱溫度為120~200°C(優(yōu)選130~ 180°C)，時間為0. 2~0. 5h;超高分子量聚乙烯纖維布的預熱溫度為120~180°C(優(yōu)選 140~160°C)，時間為0. 2~0. 5h，聚乙烯醇縮丁醛的預熱溫度為30~60°C(優(yōu)選40~ 50°C)，時間為0? 1~0.5h。
[0024] 進一步，所述加熱的溫度為180~230°C(優(yōu)選190~220°C)，加熱的時間為0. 4~ I.Oh(優(yōu)選0? 5 ~0? 7h)。
[0025] 進一步，所述模壓成型的壓力為5~IOMPa(優(yōu)選6~8MPa)，保溫保壓的時間為 I. 0~2.Oh(優(yōu)選1. 4~I. 8h)。
[0026] 進一步，所述噴膠所用的粘合劑為環(huán)氧樹脂類或聚丙烯酸酯類粘合劑，優(yōu)選環(huán)氧 樹脂類粘合劑；所述粘合劑的用量為100~600g/m2 (優(yōu)選150~300g/m2)。這兩種膠黏劑 具有很強的粘結(jié)力，所述連續(xù)玻纖增強尼龍板、連續(xù)玻纖增強聚丙烯板、芳綸布、超高分子 量聚乙烯纖維布、聚乙烯縮丁醛之間具有較好的粘結(jié)性，噴膠后