一種高性能纖維增強膜複合材料的製作方法

2023-05-05 16:40:46 1

專利名稱：：一種高性能纖維增強膜複合材料的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種高性能合成纖維(高強高模低收縮工業長絲，下簡稱高強纖維)增強膜複合材料，即採用一種或多種高強纖維長絲織造骨架組織，經預處理、定型、塗層、複合等工藝加工高性能複合材料。二
背景技術：
：高性能纖維與功能聚合物研究與工業化大大推動新材料產業發展，高強模低縮工業長絲，具有高強度、高模量、低收縮、斷裂伸長小、耐疲勞性強等優點，高性能纖維增強複合材料是我國產業升級進程中急需的關鍵材料，存在廣闊市場需求。高性能工業長絲可應用於輪胎、膠帶(運輸帶)、膠管等橡膠製品增強材料；各種塑料和混凝土等的補強材料；彈道飛彈和複合材料的補強材料；光纖受拉件和保護膜；電熱線、耳機線等各種軟線的增強纖維；繩索和纜繩、耐切割材料等高拉力材料；高溫過濾用耐熱過濾材料；炸彈和子彈的防護材料如防彈背心、防彈頭盔和高性能飛行服；網球、快艇、賽艇等體育器材；高級擴音器振動板、新型通訊用材料；航空航天用材料、軟體油罐、橡膠水壩、建築膜材料等。典型的高性能纖維聚合物基材的表面能低，塗覆樹脂材料的表面能高，導致材料加工潤溼困難。為確保充分潤溼，必須提高纖維聚合物基材表面能。合纖長絲截面呈圓形，表面光潔，表面積小，對塗層樹脂粘結力較低，為了提高剝離強度，採用纖維表面改性處理來增加與塗層樹脂的機械粘結力。聚合物基材的表面處理技術包括物理化學法、等離子法、超聲波法等。正確的表面處理對提高塗膜粘接強度起至關重要的作用，基材表面的充分潤溼滲透可確保膠粘劑與粘接面的最大接觸。目前工業用塗覆材料一般採用尼綸或滌綸或多纖維紗線做骨架纖維織造。傳統漆綸帆布雙面塗以PVC樹脂工藝加工，主要缺點密度高笨重、強度低、不耐磨易脆裂老化、漏氣透水，加工操作不便；抗張抗撕裂強度低、剝離強度小、耐候耐低溫性與尺寸穩定性差，應用領域受到極大限制，無法滿足特殊領域對輕質高強塗覆材料需求，在加工環保及安全方面也存在問題。高性能合成纖維增強膜材料可採用浸膠、塗層、疊層粘接、膜複合、擠出塗覆等工藝實現，由於工藝複雜(要經過塗層、上漿、覆合等)，技術含量高，附加值高，市場前景廣闊。3目前國內纖維增強膜材料產業發展方向是輕薄、高強、多功能、高性能及安全環保。
發明內容本發明旨在提供一種具有高抗張抗撕裂強度的高性能纖維增強複合材料生產方法。本發明的技術方案是以合成纖維中的高強高模低收縮工業長絲(下簡稱高強纖維)為原料，首先織造成基布作為骨架(下簡稱骨架織物)，然後在其表面塗覆樹脂層，所述的骨架織物是以特數200~600D的高強纖維長絲線作為經線和緯線，織造經緯密度為22x22~27x27，骨架基布組織為平紋交織(或方格或巴拿馬形式)或經編雙軸向(經緯密度為18xl2~18x20)結構；骨架基布經預處理、浸膠定型後，採用間隙塗層與轉移塗層結合工藝對骨架織物的兩面中至少一面塗覆樹脂層。優選兩面用間隙塗層與轉移塗層結合工藝法多層塗覆樹脂層(基礎層、功能層、耐候層)。各層均選用熱塑性樹脂與添加劑組成，塗覆配方構成不同。所述的樹脂層的包括熱塑性樹脂85~90份，納米無機添加劑1~5份，有機改性劑5~10份，所述的份為重量份。當裡外兩面都塗覆樹脂層時，其朝外的一面樹脂中含紫外吸收劑510份。所述的熱塑性樹脂選自聚丙烯酸樹脂PA或聚碳酸酯PC或聚氨酯PU或TPU或EVA等。所述的納米無機添加劑選自氣相Si02、納米Si02或/和ZnO或/和Ti02或/和超細炭黑。當塗覆的樹脂層為黑色時，則添加超細炭黑。所述的有機改性劑選自矽烷偶聯劑或/和交聯劑或/和聚氟乙烯或/和聚偏二氟乙烯或含氟樹脂、表面活性劑等。經緯線採用200~600D特數的高強纖維，選自高強尼龍或滌綸或Kevlar或PBO或Vectran或M5或F-12或CVM或芳糹侖1414或HUMW-PE等。對高強纖維表面進行改性，有利於提高複合材料的綜合性能，特別是能提高塗覆層的剝離強度。所述的改性處理就是先採用單絲纖維表面浸漬水性或溶劑型樹脂(PVA、PA或PU樹脂或TPU樹脂或其他樹脂)等再進行織造或採用對已織造骨架織物進行包括物理化學法、等離子法、超聲波法處理等。本發明依據織物組織物理學原理，必須減少基布經緯屈曲波，保持結構穩定，要求基布開放度大。平紋組織交織點多，屈曲波大，塗層過程中加熱使緯紗收縮，單位面積經紗根數增加，增加經向抗張強力，塗層後緯紗變得高度巻曲，屈曲波變化是抗張強力變化主要因素。採用雙軸向或多軸向織物設計，能提高織物強度10~50%，開放的組織能夠產生相當高的抗張強力，採用稀密方格組織可以實現材料經緯向強力均衡，降低經緯密度可以大大提高組織的撕裂強度。這種結構允許紗線自由滑動，在施加撕力時能"集束"形成很高的撕破強力。基布織紋組合是疏鬆多孔(基布覆蓋係數低)，開放的基布能得到非常高的粘結水平，即剝離強度很高，塗層樹脂很快從紗線之間孔洞滲透到基布另一面，並在那裡形成結點，由於機械粘結力很高，樹脂需求很少，使絲條較自由滑移，形成集束有高撕裂強度，開放結構的基布只能使用高粘度樹脂塗層。本發明採用如下技術方案-1、採用高強度的尼龍、滌綸、Kevlar、芳綸1414、PBO、Vectran、HUMW-PE等高性能纖維單一或多組分混拼作緯線或經線。2、採用平紋或方格組織或經編雙軸向組織。3、為了達到織物的斷裂強力要求和平方米克重要求，選用不同的紗線特數和股數，採用不同的加捻捻度，捻度範圍為0-450T/M。4、骨架織物浸膠工藝流程坯布預處理一烘乾一浸軋樹脂一1#無接觸烘燥一定型拉幅—浸軋樹脂一2H無接觸烘燥一定型拉幅一冷卻一巻取一包裝一成品。浸膠工藝條件浸膠速度30土3m/niin，ltt乾燥區溫度120±5°C，定型區溫度180±5°C，2tt乾燥區溫度120±5°C，定型區溫度180±5°C，拉幅牽伸率100±1.5%。5、浸膠採用熱塑性水性樹脂液(PU樹脂或EVA或PA樹脂)。6、塗層採用間隙塗層與轉移塗層結合工藝，單層塗層樹脂量1030g/m2、雙層塗層樹脂量4560g/m2、烘乾溫度100~160°C，嚴格控制升溫速度、塗層速度1530m/mm，一般面塗白色裡塗黑色，單面採用白或黑色或其他同色塗層。採用一次厚塗或多次復塗工藝進行。7、基布塗層後單面塗刮或雙面浸軋水性或溶劑型樹脂(聚氨酯或/和聚醋酸乙烯酯或/和聚丙烯酸酯或含氟樹脂)，烘乾，焙烘(160'CX2min)。高性能纖維增強複合材料，面密度《280g/m2，經緯向拉伸斷裂強度7501000N/cm，經緯向切口撕裂強力750850N，斷裂延伸率《5%，高頻熱合，剝離強度(布/膠)》2500N/m。四圖1所示為本高性能纖維增強複合材料結構示意圖。五具體實施例方式以下通過具體實施方式，對本發明作進一步說明實例一1、材料選擇及捻織工藝見下表tableseeoriginaldocumentpage62、浸膠工藝流程坯布預處理一烘乾一浸軋樹脂一1#無接觸烘燥一定型拉幅一浸軋樹脂一2#無接觸烘燥一定型拉幅一冷卻一巻取一包裝一成品。浸膠工藝條件浸膠速度30土加/min，ltt乾燥區溫度120土5。C，定型區溫度180土5。C，2#乾燥區溫度120±5°C，定型區溫度180±5°C，拉幅牽伸率IOO土I.5%。3、浸膠採用熱塑性PU水性樹脂液。4、塗層採用間隙塗層工藝，單層塗層樹脂量2030g/m2、烘乾溫度12(TC，嚴格控制升溫速度、塗層速度15~30m/min，面塗白色採用一次厚塗工藝。5、基布塗層后里面塗刮透明聚氨酯1020g/m2，烘乾，焙烘16(TCX2min。實例二1、材料選擇及捻織工藝見下表tableseeoriginaldocumentpage62、浸膠工藝流程坯布預處理一烘乾一浸軋樹脂一lft無接觸烘燥一定型拉幅一浸軋樹脂一2tt無接觸烘燥一定型拉幅一冷卻一巻取一包裝一成品。浸膠工藝條件浸膠速度30土3m/min，1#乾燥區溫度120士5。C，定型區溫度180±5°C，2#乾燥區溫度120士5。C，定型區溫度180土5。C，拉幅牽伸率IOO土I.5%。3、浸膠採用熱塑性EVA水性樹脂液。'4、塗層採用間隙塗層工藝，單層塗層樹脂量2030g/m2、烘乾溫度12(TC，嚴格控制升溫速度、塗層速度15~30m/min，面塗白色採用多次塗工藝。5、基布塗層后里面輥塗透明聚氨酯1020g/m2，烘乾，焙烘160。CX2min。實例三1、材料選擇及捻織工藝見下表tableseeoriginaldocumentpage72、浸膠工藝流程坯布預處理一烘乾一浸軋樹脂一1#無接觸烘燥一定型拉幅一浸軋樹脂一2#無接觸烘燥一定型拉幅一冷卻一巻取一包裝一成品。浸膠工藝條件浸膠速度30土3m/min，ltt乾燥區溫度120±5°C，定型區溫度180±5。C，2林乾燥區溫度120±5°C，定型區溫度180±5°C，拉幅牽伸率100±1.5%。3、浸膠採用熱塑性PA水性樹脂液。4、塗層採用間隙塗層工藝，單層塗層樹脂量2030g/m2、烘乾溫度11(TC，嚴格控制升溫速度、塗層速度15~30m/min，面塗白色採用多次塗工藝。5、基布塗層后里面輥塗黑，聚丙烯酸酯10~20g/m2，烘乾，焙烘125'CX2min。權利要求1、一種高性能纖維增強膜複合材料，包括骨架織物和其表面的樹脂塗覆層，其特徵在於所述的骨架織物是以紗線特數200～600D的高強纖維作為經或緯線，織造的經緯密度為22×22～27×27，骨架組織結構為平紋或方格組織或經編雙軸向(經緯密度為18×18～18×20)結構織物。2、根據權利要求1所述的複合材料，其特徵在於骨架織物的兩面用中至少一面採用間隙塗層與轉移塗層結合工藝塗覆樹脂層，所述的樹脂層包括熱塑性樹脂8590份、無機納米添加劑15份、有機改性劑510份。3、根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於骨架織物選用200600D特數範圍的長絲纖維作為經線和諱線，纖維選自尼龍或滌綸或Kevlar或PBO或Vectran或M5或F-12或CVM或芳綸1414或HUMW-PE等。4、根據權利要求3所述的複合材料，其特徵在於骨架織物所選高強長絲纖維可上漿或直接進行織造。5、根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於所述的熱塑性樹脂選自聚丙烯酸酯PA或聚碳酸酯PC或聚氨酯PU或TPU或其他熱塑性樹脂混合物。6、根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於所述的納米無機添加劑選自氣相Si02或納米Si02或/和納米ZnO或/和納米Ti02或/和超細碳黑。7、根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於所述的有機改性劑選自矽烷偶聯劑或/和交聯劑或/和聚氟乙烯PVF或/和聚偏二氟乙烯PVDF或其他含氟樹脂和表面活性劑。8、根據權利要求1或2所述的複合材料，其特徵在於朝外的一面的樹脂塗層中含5IO份紫外吸收劑。全文摘要一種高性能纖維增強膜複合材料，包括骨架織物和其表面的樹脂塗覆層，其特徵在於所述的骨架織物是以紗線特數200～600D的高強纖維作為經或緯線，織造的經緯密度為22x22～27x27，骨架組織結構為平紋或方格組織或經編雙軸向(經緯密度為18x18～18x20)結構織物；所述的樹脂塗覆層是骨架織物兩面中至少一面用間隙塗層與轉移塗層結合工藝塗覆樹脂層，所述的樹脂層包括熱塑性樹脂85～90份、納米無機添加劑1～5份、有機改性劑5～10份。本複合材料，面密度≤280g/m2，經緯向拉伸斷裂強度750～1000N/cm，經緯向切口撕裂強力750～850N，斷裂延伸率≤5％，耐候耐溫自潔性好，柔韌抗疲勞性強，可高頻熱合，剝離強度(布/膠)≥2500N/m。文檔編號D06N3/14GK101538802SQ20091011662公開日2009年9月23日申請日期2009年4月23日優先權日2009年4月23日發明者丁文俊,何金花,劉煥霞,吳國安,朱守誠,楊宏星,漆靜秋,禇維發,程世林申請人:朱守誠