本發(fā)明涉及復(fù)合材料，更具體地說(shuō)，是涉及一種基于芳綸纖維的防刺復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、自1996年10月1日正式實(shí)施《槍支管理法》以來(lái)，刀、錐等尖銳物體成為對(duì)公職人員和安防人員執(zhí)行公務(wù)的最大威脅?；诓牧戏来虣C(jī)理與防彈機(jī)理的巨大差異，大部分的防彈材料不具備或僅具備很弱的防刺能力。防刺材料根據(jù)其材質(zhì)，可分為硬質(zhì)、半硬質(zhì)和軟質(zhì)防刺材料，硬質(zhì)材料最早為應(yīng)用于冷兵器時(shí)代的鎧甲，以金屬材料為主；半硬質(zhì)材料多由小塊硬質(zhì)材料拼接而成，類似于龜甲；該二類材料均有密度大、穿著不便且舒適度差等劣勢(shì)，在防刺應(yīng)用方面已被摒棄?，F(xiàn)普遍應(yīng)用的防刺材料為以聚對(duì)苯撐苯并二噁唑纖維(pbo纖維)、超高分子量聚乙烯纖維和芳香族聚酰胺(芳綸纖維)為主的高性能纖維為基礎(chǔ)的柔性防刺材料，其中，芳綸纖維因其高強(qiáng)度、高模量、耐沖擊和耐剪切等優(yōu)異性能而得到廣泛應(yīng)用。

2、芳綸(poly(para-phenylene?terephthalamide))纖維因其密實(shí)的分子鏈結(jié)構(gòu)、強(qiáng)的分子內(nèi)氫鍵作用、高的結(jié)晶度(單斜結(jié)構(gòu))及低的密度(1.44g/cm3)而具有高的模量(～112,400mpa)及韌性和強(qiáng)度(～3600mpa)，進(jìn)而在航空航天、軍事工業(yè)及個(gè)人防護(hù)等眾多領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用。然而，芳綸纖維很難作為獨(dú)立材料來(lái)進(jìn)行應(yīng)用，往往作為增強(qiáng)材料與樹脂基體(如聚氨酯、丙烯酸酯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等)結(jié)合，制備復(fù)合材料，以體現(xiàn)實(shí)用價(jià)值。然而，囿于芳綸纖維的表面光潔、化學(xué)惰性，芳綸纖維與樹脂間的界面黏合強(qiáng)度普遍較低(＜20mpa)，因此在使用過(guò)程常由于纖維自基體中脫落導(dǎo)致材料失效，尤其受到高速?zèng)_擊，界面沖擊能量較高，且由于材料的伸長(zhǎng)速率不一致，更容易造成材料失效。因此，改善纖維與樹脂基體的界面黏結(jié)性，尤其是界面剪切強(qiáng)度，對(duì)于提高材料的綜合性能具有重要意義。

3、處于改善芳綸纖維與樹脂基體的核心目的，眾多的表面修飾方法已經(jīng)用于芳綸纖維基復(fù)合材料的制備。如，p.i.gonzalez-chi等采用氧化的多壁碳納米管對(duì)芳綸納米纖維進(jìn)行表面修飾，并采用側(cè)彎實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)其與聚丙烯(pp)基體的界面剪切強(qiáng)度(ifss)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示其ifss由5.86±0.9mpa提高到8.71±1.54mpa(提高約48％)(composites,part?b?2017,122,16-22)；cheng等采用溶膠-凝膠法對(duì)苯并咪唑功能化的芳綸纖維進(jìn)行表面修飾，以此來(lái)提高芳綸基復(fù)合材料的性能，其研究結(jié)果表明，經(jīng)修飾的芳綸纖維與環(huán)氧樹脂、天然橡膠及雙馬來(lái)酰亞胺樹脂等聚合物基體的界面剪切強(qiáng)度分別提高了43％、117％和166％(與未修飾的芳綸纖維相比，chem.eng.j.2018,347,483-492)；hwang等采用水熱原位生長(zhǎng)技術(shù)制備了氧化鋅(zno)納米線修飾的芳綸纖維，原位生長(zhǎng)的納米線在纖維表面形成均一的氧化鋅納米線陣列，極大地提高了纖維間的摩擦力及其與樹脂基體的界面粘合力，其中，單絲拔出最大負(fù)載強(qiáng)度提高了11倍，吸能提升了23倍(與未修飾的芳綸纖維相比，compos.sci.technol.2015,107,75-81)。專利zl?201610460284.1公開了一種柔軟的熱塑性防彈防刺材料及其制備方法，其以芳綸纖維、聚芳酯纖維或聚對(duì)苯撐苯并二噁唑(pbo)纖維為基材，采用聚乙烯共聚改性樹脂、聚丙烯共聚改性樹脂或聚乙烯縮丁醛樹脂等熱塑性樹脂進(jìn)行差異化涂層，制備出柔軟雙防材料，能耐受nij.0115level?1穿刺實(shí)驗(yàn)，防彈測(cè)試結(jié)果顯示v50值最高為645m/s，與國(guó)外參照樣品性能相當(dāng)。專利zl201810779294.0公開了一種復(fù)合結(jié)構(gòu)的軟質(zhì)防刺材料及其制備方法，其以包覆紗為經(jīng)線、以高性能纖維為緯線制備防切割層，以剪切增稠液浸漬的三維高性能纖維結(jié)構(gòu)織物為防穿刺吸能層；最后，以高性能纖維為原料，采用平紋、重組織或雙層組織制成二維機(jī)織物，并與熱塑性樹脂熱壓復(fù)合制成抗變形層；該發(fā)明重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)，由此三重結(jié)構(gòu)復(fù)合而成的軟質(zhì)防刺材料具有輕質(zhì)、柔軟、穿著舒適等優(yōu)點(diǎn)，且在24j撞擊能量作用下，防刺材料不被穿透，且背襯材料變形深度＜20mm，展現(xiàn)出良好的防刺性能。

4、目前，在防刺服、防彈衣領(lǐng)域，由芳綸纖維經(jīng)整理而成的織物，結(jié)構(gòu)松散，纖維經(jīng)緯間絲線作用力弱，不具備防刺能力，需以膠液浸漬、固化后才能應(yīng)用。并且芳綸纖維表面光滑，且在紡織過(guò)程中會(huì)添加上漿劑、油劑等化學(xué)品(約占纖維自重的0.5～1.5wt％)以避免出現(xiàn)毛絲、斷絲并防止靜電等，導(dǎo)致芳綸纖維與樹脂基體的界面結(jié)合力進(jìn)一步變差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于芳綸纖維的防刺復(fù)合材料及其制備方法，本發(fā)明提供的制備方法在祛除芳綸纖維表面油劑的同時(shí)，提升芳綸纖維與樹脂基體的界面結(jié)合力，從而制備得到高性能防刺材料。

2、本發(fā)明提供了一種基于芳綸纖維的防刺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

3、a)將芳綸織物進(jìn)行表面油劑清洗及表面修飾后，采用立式浸膠機(jī)進(jìn)行浸膠，得到半固化片；

4、b)將步驟a)得到的半固化片進(jìn)行壓制，得到基于芳綸纖維的防刺復(fù)合材料。

5、優(yōu)選的，步驟a)中所述芳綸織物的面密度為150～230g/m2。

6、優(yōu)選的，步驟a)中所述表面油劑清洗及表面修飾的過(guò)程具體為：

7、將芳綸織物浸入清洗槽進(jìn)行超聲輔助清洗，其中清洗劑濃度為0.1～1wt％；然后浸入水洗槽，經(jīng)對(duì)輥轉(zhuǎn)向后進(jìn)行兩次浸洗后，再進(jìn)行兩次淋洗；經(jīng)烘箱烘干后，浸入漿粕液槽浸漬漿粕分散液后，經(jīng)轉(zhuǎn)向輥浸入第一凝固液槽，后浸入第二凝固液槽，而后經(jīng)2～4次淋洗后，烘干并進(jìn)行收卷待用。

8、優(yōu)選的，所述清洗劑由陰離子型表面活性劑、非離子型表面活性劑和堿性助劑組成；

9、所述漿粕分散液由質(zhì)量比為100：(5～15)：(1～2)的n,n-二甲基乙酰胺、芳綸漿粕和氫氧化鉀組成；

10、所述第一凝固液為n,n-二甲基乙酰胺25～35wt％水溶液；

11、所述第二凝固液為n,n-二甲基乙酰胺5～15wt％水溶液。

12、優(yōu)選的，步驟a)中所述浸膠的膠液的制備方法具體為：

13、取100重量份的雙酚a環(huán)氧樹脂和70～90重量份的雙酚f環(huán)氧樹脂，加入反應(yīng)釜中，開啟高溫，加熱至110～130℃，加熱3～5h后，開啟攪拌，轉(zhuǎn)速設(shè)定為500～700r/min，攪拌20～40min至均勻后，加入100～120重量份的溶劑，降溫至70～90℃，而后分2～4次加入45～50重量份的固化劑，升溫至110～130℃，保溫30～50min，而后降溫至50～70℃，加入丙酮，將膠液固含量稀釋至65～75wt％，再加入0.1～1重量份的抗氧劑和1～2重量份的硅烷偶聯(lián)劑，攪拌均勻后，轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)存罐中待用。

14、優(yōu)選的，所述雙酚a環(huán)氧樹脂選自e10型號(hào)、e20型號(hào)、e44型號(hào)、e51型號(hào)中的至少兩種；

15、所述雙酚f環(huán)氧樹脂選自4,4’-二羥基二苯甲烷、2,4’-二羥基二苯甲烷、2,2’-二羥基二苯基甲烷中的一種或兩種；

16、所述固化劑選自4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4’-二氨基二苯砜、4,4’-二氨基二苯硫醚、4,4’-二氨基二苯基醚、雙氰胺、聚乙烯亞胺、2-乙基-4-甲基咪唑中的一種或多種。

17、優(yōu)選的，步驟a)中所述浸膠的過(guò)程具體為：

18、將膠液置于膠槽中，調(diào)節(jié)對(duì)輥間隙，控制膠含量為35～40wt％，車速定為0.5～1.5m/min，爐溫設(shè)定為i區(qū)110～130℃，ii區(qū)、iii區(qū)為150～160℃，iv區(qū)為130～140℃，經(jīng)烘烤后收卷或裁剪為預(yù)定尺寸，得到半固化片。

19、優(yōu)選的，步驟b)中所述壓制的過(guò)程具體為：

20、將半固化片以隔離膜包覆后，以兩張壓合鋼板夾持后，置于2000～4000噸平板壓機(jī)進(jìn)行壓制后卸板，得到基于芳綸纖維的防刺復(fù)合材料。

21、優(yōu)選的，步驟b)中所述壓制的程序?yàn)椋?/p>

22、設(shè)定溫度為120～140℃、壓力為5～15mpa，保溫1～3h，而后5～15℃/30min進(jìn)行升溫、2～4mpa/30min進(jìn)行升壓，升至溫度160～170℃、25～35mpa，繼續(xù)保溫5～7h后，自然降溫至50～70℃后卸板。

23、本發(fā)明還提供了一種基于芳綸纖維的防刺復(fù)合材料，采用上述技術(shù)方案所述的制備方法制備而成。

24、本發(fā)明提供了一種基于芳綸纖維的防刺復(fù)合材料及其制備方法；該制備方法包括以下步驟：a)將芳綸織物進(jìn)行表面油劑清洗及表面修飾后，采用立式浸膠機(jī)進(jìn)行浸膠，得到半固化片；b)將步驟a)得到的半固化片進(jìn)行壓制，得到基于芳綸纖維的防刺復(fù)合材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的制備方法采用特定工藝步驟，實(shí)現(xiàn)整體較好的相互作用，在祛除芳綸纖維表面油劑的同時(shí)，提升芳綸纖維與樹脂基體的界面結(jié)合力，從而制備得到高性能防刺材料。