專利名稱：：一種高性能纖維增強(qiáng)膜復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高性能合成纖維(高強(qiáng)高模低收縮工業(yè)長絲，下簡稱高強(qiáng)纖維)增強(qiáng)膜復(fù)合材料，即采用一種或多種高強(qiáng)纖維長絲織造骨架組織，經(jīng)預(yù)處理、定型、涂層、復(fù)合等工藝加工高性能復(fù)合材料。二
背景技術(shù)：
：高性能纖維與功能聚合物研究與工業(yè)化大大推動(dòng)新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，高強(qiáng)模低縮工業(yè)長絲，具有高強(qiáng)度、高模量、低收縮、斷裂伸長小、耐疲勞性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是我國產(chǎn)業(yè)升級(jí)進(jìn)程中急需的關(guān)鍵材料，存在廣闊市場需求。高性能工業(yè)長絲可應(yīng)用于輪胎、膠帶(運(yùn)輸帶)、膠管等橡膠制品增強(qiáng)材料；各種塑料和混凝土等的補(bǔ)強(qiáng)材料；彈道飛彈和復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)材料；光纖受拉件和保護(hù)膜；電熱線、耳機(jī)線等各種軟線的增強(qiáng)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(hù)材料如防彈背心、防彈頭盔和高性能飛行服；網(wǎng)球、快艇、賽艇等體育器材；高級(jí)擴(kuò)音器振動(dòng)板、新型通訊用材料；航空航天用材料、軟體油罐、橡膠水壩、建筑膜材料等。典型的高性能纖維聚合物基材的表面能低，涂覆樹脂材料的表面能高，導(dǎo)致材料加工潤濕困難。為確保充分潤濕，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(duì)涂層樹脂粘結(jié)力較低，為了提高剝離強(qiáng)度，采用纖維表面改性處理來增加與涂層樹脂的機(jī)械粘結(jié)力。聚合物基材的表面處理技術(shù)包括物理化學(xué)法、等離子法、超聲波法等。正確的表面處理對(duì)提高涂膜粘接強(qiáng)度起至關(guān)重要的作用，基材表面的充分潤濕滲透可確保膠粘劑與粘接面的最大接觸。目前工業(yè)用涂覆材料一般采用尼綸或滌綸或多纖維紗線做骨架纖維織造。傳統(tǒng)漆綸帆布雙面涂以PVC樹脂工藝加工，主要缺點(diǎn)密度高笨重、強(qiáng)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(qiáng)度低、剝離強(qiáng)度小、耐候耐低溫性與尺寸穩(wěn)定性差，應(yīng)用領(lǐng)域受到極大限制，無法滿足特殊領(lǐng)域?qū)p質(zhì)高強(qiáng)涂覆材料需求，在加工環(huán)保及安全方面也存在問題。高性能合成纖維增強(qiáng)膜材料可采用浸膠、涂層、疊層粘接、膜復(fù)合、擠出涂覆等工藝實(shí)現(xiàn)，由于工藝復(fù)雜(要經(jīng)過涂層、上漿、覆合等)，技術(shù)含量高，附加值高，市場前景廣闊。3目前國內(nèi)纖維增強(qiáng)膜材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向是輕薄、高強(qiáng)、多功能、高性能及安全環(huán)保。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明旨在提供一種具有高抗張抗撕裂強(qiáng)度的高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料生產(chǎn)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是以合成纖維中的高強(qiáng)高模低收縮工業(yè)長絲(下簡稱高強(qiáng)纖維)為原料，首先織造成基布作為骨架(下簡稱骨架織物)，然后在其表面涂覆樹脂層，所述的骨架織物是以特?cái)?shù)200~600D的高強(qiáng)纖維長絲線作為經(jīng)線和緯線，織造經(jīng)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(jīng)編雙軸向(經(jīng)緯密度為18xl2~18x20)結(jié)構(gòu)；骨架基布經(jīng)預(yù)處理、浸膠定型后，采用間隙涂層與轉(zhuǎn)移涂層結(jié)合工藝對(duì)骨架織物的兩面中至少一面涂覆樹脂層。優(yōu)選兩面用間隙涂層與轉(zhuǎn)移涂層結(jié)合工藝法多層涂覆樹脂層(基礎(chǔ)層、功能層、耐候?qū)?。各層均選用熱塑性樹脂與添加劑組成，涂覆配方構(gòu)成不同。所述的樹脂層的包括熱塑性樹脂85~90份，納米無機(jī)添加劑1~5份，有機(jī)改性劑5~10份，所述的份為重量份。當(dāng)里外兩面都涂覆樹脂層時(shí)，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(jī)添加劑選自氣相Si02、納米Si02或/和ZnO或/和Ti02或/和超細(xì)炭黑。當(dāng)涂覆的樹脂層為黑色時(shí)，則添加超細(xì)炭黑。所述的有機(jī)改性劑選自硅烷偶聯(lián)劑或/和交聯(lián)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(jīng)緯線采用200~600D特?cái)?shù)的高強(qiáng)纖維，選自高強(qiáng)尼龍或滌綸或Kevlar或PBO或Vectran或M5或F-12或CVM或芳纟侖1414或HUMW-PE等。對(duì)高強(qiáng)纖維表面進(jìn)行改性，有利于提高復(fù)合材料的綜合性能，特別是能提高涂覆層的剝離強(qiáng)度。所述的改性處理就是先采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(jìn)行織造或采用對(duì)已織造骨架織物進(jìn)行包括物理化學(xué)法、等離子法、超聲波法處理等。本發(fā)明依據(jù)織物組織物理學(xué)原理，必須減少基布經(jīng)緯屈曲波，保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，要求基布開放度大。平紋組織交織點(diǎn)多，屈曲波大，涂層過程中加熱使緯紗收縮，單位面積經(jīng)紗根數(shù)增加，增加經(jīng)向抗張強(qiáng)力，涂層后緯紗變得高度巻曲，屈曲波變化是抗張強(qiáng)力變化主要因素。采用雙軸向或多軸向織物設(shè)計(jì)，能提高織物強(qiáng)度10~50%，開放的組織能夠產(chǎn)生相當(dāng)高的抗張強(qiáng)力，采用稀密方格組織可以實(shí)現(xiàn)材料經(jīng)緯向強(qiáng)力均衡，降低經(jīng)緯密度可以大大提高組織的撕裂強(qiáng)度。這種結(jié)構(gòu)允許紗線自由滑動(dòng)，在施加撕力時(shí)能"集束"形成很高的撕破強(qiáng)力?；伎椉y組合是疏松多孔(基布覆蓋系數(shù)低)，開放的基布能得到非常高的粘結(jié)水平，即剝離強(qiáng)度很高，涂層樹脂很快從紗線之間孔洞滲透到基布另一面，并在那里形成結(jié)點(diǎn)，由于機(jī)械粘結(jié)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(qiáng)度，開放結(jié)構(gòu)的基布只能使用高粘度樹脂涂層。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案-1、采用高強(qiáng)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(jīng)線。2、采用平紋或方格組織或經(jīng)編雙軸向組織。3、為了達(dá)到織物的斷裂強(qiáng)力要求和平方米克重要求，選用不同的紗線特?cái)?shù)和股數(shù)，采用不同的加捻捻度，捻度范圍為0-450T/M。4、骨架織物浸膠工藝流程坯布預(yù)處理一烘干一浸軋樹脂一1#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干燥區(qū)溫度120±5°C，定型區(qū)溫度180±5°C，2tt干燥區(qū)溫度120±5°C，定型區(qū)溫度180±5°C，拉幅牽伸率100±1.5%。5、浸膠采用熱塑性水性樹脂液(PU樹脂或EVA或PA樹脂)。6、涂層采用間隙涂層與轉(zhuǎn)移涂層結(jié)合工藝，單層涂層樹脂量1030g/m2、雙層涂層樹脂量4560g/m2、烘干溫度100~160°C，嚴(yán)格控制升溫速度、涂層速度1530m/mm，一般面涂白色里涂黑色，單面采用白或黑色或其他同色涂層。采用一次厚涂或多次復(fù)涂工藝進(jìn)行。7、基布涂層后單面涂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)，烘干，焙烘(160'CX2min)。高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，面密度《280g/m2，經(jīng)緯向拉伸斷裂強(qiáng)度7501000N/cm，經(jīng)緯向切口撕裂強(qiáng)力750850N，斷裂延伸率《5%，高頻熱合，剝離強(qiáng)度(布/膠)》2500N/m。四圖1所示為本高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)示意圖。五具體實(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)例一1、材料選擇及捻織工藝見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>2、浸膠工藝流程坯布預(yù)處理一烘干一浸軋樹脂一1#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干燥區(qū)溫度120土5。C，定型區(qū)溫度180土5。C，2#干燥區(qū)溫度120±5°C，定型區(qū)溫度180±5°C，拉幅牽伸率IOO土I.5%。3、浸膠采用熱塑性PU水性樹脂液。4、涂層采用間隙涂層工藝，單層涂層樹脂量2030g/m2、烘干溫度12(TC，嚴(yán)格控制升溫速度、涂層速度15~30m/min，面涂白色采用一次厚涂工藝。5、基布涂層后里面涂刮透明聚氨酯1020g/m2，烘干，焙烘16(TCX2min。實(shí)例二1、材料選擇及捻織工藝見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>2、浸膠工藝流程坯布預(yù)處理一烘干一浸軋樹脂一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#干燥區(qū)溫度120士5。C，定型區(qū)溫度180±5°C，2#干燥區(qū)溫度120士5。C，定型區(qū)溫度180土5。C，拉幅牽伸率IOO土I.5%。3、浸膠采用熱塑性EVA水性樹脂液。'4、涂層采用間隙涂層工藝，單層涂層樹脂量2030g/m2、烘干溫度12(TC，嚴(yán)格控制升溫速度、涂層速度15~30m/min，面涂白色采用多次涂工藝。5、基布涂層后里面輥涂透明聚氨酯1020g/m2，烘干，焙烘160。CX2min。實(shí)例三1、材料選擇及捻織工藝見下表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>2、浸膠工藝流程坯布預(yù)處理一烘干一浸軋樹脂一1#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干燥區(qū)溫度120±5°C，定型區(qū)溫度180±5。C，2林干燥區(qū)溫度120±5°C，定型區(qū)溫度180±5°C，拉幅牽伸率100±1.5%。3、浸膠采用熱塑性PA水性樹脂液。4、涂層采用間隙涂層工藝，單層涂層樹脂量2030g/m2、烘干溫度11(TC，嚴(yán)格控制升溫速度、涂層速度15~30m/min，面涂白色采用多次涂工藝。5、基布涂層后里面輥涂黑，聚丙烯酸酯10~20g/m2，烘干，焙烘125'CX2min。權(quán)利要求1、一種高性能纖維增強(qiáng)膜復(fù)合材料，包括骨架織物和其表面的樹脂涂覆層，其特征在于所述的骨架織物是以紗線特?cái)?shù)200～600D的高強(qiáng)纖維作為經(jīng)或緯線，織造的經(jīng)緯密度為22×22～27×27，骨架組織結(jié)構(gòu)為平紋或方格組織或經(jīng)編雙軸向(經(jīng)緯密度為18×18～18×20)結(jié)構(gòu)織物。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于骨架織物的兩面用中至少一面采用間隙涂層與轉(zhuǎn)移涂層結(jié)合工藝涂覆樹脂層，所述的樹脂層包括熱塑性樹脂8590份、無機(jī)納米添加劑15份、有機(jī)改性劑510份。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料，其特征在于骨架織物選用200600D特?cái)?shù)范圍的長絲纖維作為經(jīng)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(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料，其特征在于骨架織物所選高強(qiáng)長絲纖維可上漿或直接進(jìn)行織造。5、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料，其特征在于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(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料，其特征在于所述的納米無機(jī)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(xì)碳黑。7、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料，其特征在于所述的有機(jī)改性劑選自硅烷偶聯(lián)劑或/和交聯(lián)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(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合材料，其特征在于朝外的一面的樹脂涂層中含5IO份紫外吸收劑。全文摘要一種高性能纖維增強(qiáng)膜復(fù)合材料，包括骨架織物和其表面的樹脂涂覆層，其特征在于所述的骨架織物是以紗線特?cái)?shù)200～600D的高強(qiáng)纖維作為經(jīng)或緯線，織造的經(jīng)緯密度為22x22～27x27，骨架組織結(jié)構(gòu)為平紋或方格組織或經(jīng)編雙軸向(經(jīng)緯密度為18x18～18x20)結(jié)構(gòu)織物；所述的樹脂涂覆層是骨架織物兩面中至少一面用間隙涂層與轉(zhuǎn)移涂層結(jié)合工藝涂覆樹脂層，所述的樹脂層包括熱塑性樹脂85～90份、納米無機(jī)添加劑1～5份、有機(jī)改性劑5～10份。本復(fù)合材料，面密度≤280g/m²，經(jīng)緯向拉伸斷裂強(qiáng)度750～1000N/cm，經(jīng)緯向切口撕裂強(qiáng)力750～850N，斷裂延伸率≤5％，耐候耐溫自潔性好，柔韌抗疲勞性強(qiáng)，可高頻熱合，剝離強(qiáng)度(布/膠)≥2500N/m。文檔編號(hào)D06N3/14GK101538802SQ20091011662公開日2009年9月23日申請(qǐng)日期2009年4月23日優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日發(fā)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(fā),程世林申請(qǐng)人:朱守誠