一种芳纶复合层压板及其制备方法和应用

本发明涉及复合材料，更具体地，涉及一种芳纶复合层压板及其制备方法和应用。

背景技术：

1、软质防弹衣的材料主要由高性能纺织纤维制成，如芳纶(etc.)和超高分子量聚乙烯(etc.)。高性能纤维制成的防弹织物虽然有着优异的抗弹性能，但由于纯织物纱线间的摩擦力不够大，往往会导致子弹从纱线间穿出，枪弹击穿后出现纱线拉出的窗口效应，导致高性能纤维的抗弹性能没有充分发挥。而剪切增稠液(stf)的加入可以提升织物的摩擦力，为受到高速冲击的防护装备提供额外的能量吸收能力。但stf本身的不稳定性导致了其应用受限，因此stf如何在防护装备中与防护材料稳定结合是急需解决的关键问题。

技术实现思路

1、提供了本发明以解决现有技术中存在的上述问题。因此，需要一种芳纶复合层压板及其制备方法和应用，该芳纶复合层压板与传统防弹材料相比，其抗弹性能显著提升，并对stf在防弹装备上的应用提出了一种新的思路，解决了stf在织物中不稳定等问题。这也为使用stf提高防弹板的弹道性能提供了一种新的应用方法。

2、根据本发明的第一方面，提供一种芳纶复合层压板，所述芳纶复合层压板包括依次堆叠的至少两个板体，所述板体包括基体、剪切增稠液层和聚氨酯树脂层，所述基体为芳纶ⅲ织物，所述基体的外侧全包裹所述剪切增稠液层，所述剪切增稠液层的外侧设置有所述聚氨酯树脂层。

3、优选地，所述芳纶ⅲ织物为staramid f-3/芳纶ⅲ，面密度为200g/m2，厚度为0.31mm，经纬密度为10根/10mm。

4、需要说明的是，由中蓝晨光化工有限公司提供的staramid f-3/芳纶ⅲ，型号为f-3p200，这是一种平纹织物，面密度为200g/m2，厚度为0.31mm，经纬密度为10根/10mm。staramid f-3纤维是在聚对苯二甲酰对苯二胺(ppta)的分子主链上引入杂环结构制得一种新型的对位芳杂环共聚酰胺纤维。得益于其较芳纶ⅱ纤维(全对位芳纶,芳纶1414)更加优异的分子结构设计,使其在力学性能上较芳纶ⅱ提高30％左右，同时杂环结构的引入还改善了纤维的界面性能,更有利于复合。staramid f-3纤维具有轻质、高强、高模、耐高温、阻燃、抗冲击等性能。

5、优选地，所述基体是边长为200mm的正方形。

6、优选地，所述剪切增稠液层包括粒径20nm和500nm的二氧化硅颗粒，无水乙醇，以及分子量为200的聚乙二醇。

7、根据本发明的第二方面，提供一种如上所述的芳纶复合层压板的制备方法，所述制备方法包括：

8、以芳纶ⅲ织物作为基体，将芳纶ⅲ织物完全浸泡于剪切增稠液中，烘干后均匀涂抹一层聚氨酯树脂，并通过热压层合使基体与剪切增稠液复合，得到所述芳纶复合层压板。

9、需要说明的是，本发明得到的复合层压板，首先通过stf浸透芳纶，再将浸泡烘干后的织物层均匀涂抹一层polyurethane resin glue(pu)聚氨酯树脂，最后用热压层技术使stf与芳纶稳定结合。相对于现有技术，本发明得到的芳纶复合层压板使用聚氨酯树脂和热压层技术，聚氨酯树脂的存在使得织物层与层之间紧密的贴合在一起，而热压层技术使得stf在纱线之间填充紧密，经过stf处理后，织物主纱线受到的冲击能量更多的传递给了次纱线，更多纱线参与能量吸收，使得stf浸渍织物面板的弹道性能得到了显著的提升。纯织物面板的失效形式为纱线拉出和纱线断裂，部分织物纤维并没有完全发挥其抗侵彻能力，弹丸很容易从纱线之间通过。而经stf浸渍的织物面板的失效形式主要为纱线断裂，这是因为stf的加入使得织物纤维间的摩擦力增大，纱线之间不容易发生滑移，弹丸在侵彻过程中纱线与纱线之间更好的耦合和传递冲击载荷，使得弹丸遇到的阻力增大，弹丸想要穿透织物面板只能把遇到的纤维拉断，有效减少了子弹的变形能。

10、优选地，通过如下方法制备剪切增稠液：

11、将二氧化硅纳米颗粒与无水乙醇混合得到混合溶液；

12、在所述混合溶液中加入适量聚乙二醇进行超声处理；

13、加热去除无水乙醇，得到剪切增稠液。

14、优选地，通过如下方法制备剪切增稠液：

15、分别使用适量的粒径为20nm、500nm的二氧化硅颗粒与100ml乙醇混合，并搅拌得到混合溶液；

16、在所述混合溶液中加入适量的聚乙二醇，搅拌；

17、对加入聚乙二醇并搅拌后的混合溶液进行超声处理；

18、恒温加热去除乙醇，得到两种stf，分别为stf-20、stf-500，其中stf-20的二氧化硅颗粒含量为40wt％，密度为1.42g/cm3，和stf-500的二氧化硅颗粒含量为40wt％，密度为1.85g/cm3。

19、优选地，在得到两种stf后，所述方法还包括：

20、将所述stf-20和stf-500分别与无水乙醇按1：4的体积比配置稀释液，得到stf-20稀释液和stf-500稀释液。

21、优选地，以芳纶ⅲ织物作为基体，将芳纶ⅲ织物完全浸泡于剪切增稠液中，烘干后均匀涂抹一层聚氨酯树脂，并通过热压层合使基体与剪切增稠液复合，得到所述芳纶复合层压板，包括：

22、将所述基体分割成尺寸一致的织物，并进行分组编号和称重；

23、将分组后的织物分别在stf-20稀释液和stf-500稀释液中浸泡，利用滚轮滚压以去除多余的stf，恒温干燥以去除乙醇；

24、将去除乙醇的织物均匀涂抹一层聚氨酯树脂，恒温干燥后将织物按分组顺序叠层，使用聚酯膜紧密包裹后放置于压机中，位置四面居中；合模升温至160℃，分别在5mpa、12mpa、18mpa压力下保持第一设定时间，升压至24mpa并保持第二设定时间后降温至30℃，泄压取板，得到所述芳纶复合层压板。

25、根据本发明的第三方面，提供一种剪切增稠液在提高防弹板的弹道性能中的应用，所述剪切增稠液包括粒径20nm和500nm的二氧化硅颗粒，无水乙醇，以及分子量为200的聚乙二醇。

26、本发明至少具有以下有益效果：

27、本发明提供了一种stf与防护材料稳定结合制备芳纶复合层压板的方法，并提出了不同stf浸渍芳纶织物的杂化制备方案。该芳纶复合层压板与传统防弹材料相比，其抗弹性能显著提升，并对stf在防弹装备上的应用提出了一种新的思路，解决了stf在织物中不稳定等问题。这也为使用stf提高防弹板的弹道性能提供了一种新的应用方法。

技术特征：

1.一种芳纶复合层压板，其特征在于，所述芳纶复合层压板包括依次堆叠的至少两个板体，所述板体包括基体、剪切增稠液层和聚氨酯树脂层，所述基体为芳纶ⅲ织物，所述基体的外侧全包裹所述剪切增稠液层，所述剪切增稠液层的外侧设置有所述聚氨酯树脂层。

2.根据权利要求1所述的芳纶复合层压板，其特征在于，所述芳纶ⅲ织物为staramidf-3/芳纶ⅲ，面密度为200g/m2，厚度为0.31mm，经纬密度为10根/10mm。

3.根据权利要求1所述的芳纶复合层压板，其特征在于，所述基体是边长为200mm的正方形。

4.根据权利要求1所述的芳纶复合层压板，其特征在于，所述剪切增稠液层包括粒径20nm和500nm的二氧化硅颗粒，无水乙醇，以及分子量为200的聚乙二醇。

5.一种如权利要求1至4中任一项所述的芳纶复合层压板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过如下方法制备剪切增稠液：

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过如下方法制备剪切增稠液：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在得到两种stf后，所述方法还包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，以芳纶ⅲ织物作为基体，将芳纶ⅲ织物完全浸泡于剪切增稠液中，烘干后均匀涂抹一层聚氨酯树脂，并通过热压层合使基体与剪切增稠液复合，得到所述芳纶复合层压板，包括：

10.剪切增稠液在提高防弹板的弹道性能中的应用，所述剪切增稠液包括粒径20nm和500nm的二氧化硅颗粒，无水乙醇，以及分子量为200的聚乙二醇。

技术总结本发明公开一种芳纶复合层压板及其制备方法和应用。以芳纶Ⅲ织物为基体，使其完全浸泡剪切增稠液(STF)，待烘干后均匀涂抹一层聚氨酯树脂(PU)，并使用热压层合技术使基体与STF稳定复合，得到所述芳纶复合层压板。本发明提供了一种STF与防护材料稳定结合制备芳纶复合层压板的方法，并提出了不同STF浸渍芳纶织物的杂化制备方案。该芳纶复合层压板与传统防弹材料相比，其抗弹性能显著提升，并对STF在防弹装备上的应用提出了一种新的思路，解决了STF在织物中不稳定等问题。这也为使用STF提高防弹板的弹道性能提供了一种新的应用方法。技术研发人员：蔡志华,甘家璇,陈泰伟,张焱,郭程旺受保护的技术使用者：湖南科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26