本發(fā)明涉及防彈制品制造技術領域，具體地涉及一種防彈制品所用的無緯布及其制造方法和應用。

背景技術：

防彈纖維復合材料是以纖維為增強材料的樹脂基復合材料，它具有優(yōu)良的物理機械性能和良好的動能吸收性等，因而具有良好的防彈性能。無緯布(ud)復合材料屬于纖維復合材料的范圍；高強度纖維無緯布的制造方法包括兩種：織造法和非織造法。其中，通過非織造法可得到單取向預浸帶。適用于制作單取向預浸帶的高強度纖維包括多種，已知超高分子量聚乙烯(簡稱uhmwpe)纖維適合做成單取向預浸帶，這樣避免了織造物中纖維交叉處應力波的反射和疊加而成的最弱點，單取向排布的預浸帶更有利于纖維的能量吸收和能量耗散，因而具有比其他織物結(jié)構(gòu)形式更優(yōu)異的抗彈性能。

防彈材料依據(jù)樹脂基體的彈性模量的不同，可分為軟質(zhì)防彈材料和硬質(zhì)防彈材料。現(xiàn)有技術中，美國專利us8759236公開了一種聚烯烴纖維織物增強橡膠模壓的制備方法。在該專利中，將橡膠涂布到高強度聚乙烯織物的至少一面上，從而加工成防彈織物及其防彈制品。

然而，硬質(zhì)防彈材料在做成防彈制品經(jīng)彈擊后，通常會出現(xiàn)部分分層及凹陷偏大現(xiàn)象，導致影響防彈性能。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本申請?zhí)峁┮环N無緯布及其制造方法和應用，由本發(fā)明的制造方法能夠得到性能良好的無緯布，該無緯布在制成防彈制品時能夠避免出現(xiàn)分層和凹陷偏大的問題。

本發(fā)明提供一種無緯布，由兩層以上單取向片正交復合制成，其中，每個所述單取向片包括：

高強度纖維層；所述高強度纖維層由單取向排列的高強度纖維經(jīng)橡膠粘合膠上膠制成；

復合在高強度纖維層至少一側(cè)的聚乙烯薄膜層；所述聚乙烯薄膜層為經(jīng)過電暈處理或等離子體處理的聚乙烯薄膜；

相鄰兩個單取向片之間至少有一層所述聚乙烯薄膜層。

本發(fā)明提供的無緯布具有良好的性能，在制成防彈制品時能夠避免出現(xiàn)分層和凹陷偏大的問題。

本發(fā)明還提供一種無緯布的制造方法，包括以下步驟：

將高強度纖維依次進行退繞、集束、分絲和展絲，得到單取向排列的高強度纖維，然后采用橡膠粘合膠進行上膠，得到高強度纖維層；

在所述高強度纖維層至少一面上，復合經(jīng)過電暈處理或等離子體處理的聚乙烯薄膜，干燥后，得到帶薄膜的單取向片；

將兩層以上所述單取向片正交復合，得到無緯布；復合時，相鄰兩個單取向片之間至少有一層所述聚乙烯薄膜。

由本發(fā)明的制造方法能夠得到性能良好的無緯布，采用其制成防彈制品，能夠避免出現(xiàn)分層和凹陷偏大的問題。

本發(fā)明采用高強度纖維制造無緯布，其中，由單取向排列的高強度纖維經(jīng)上膠制成高強度纖維層。具體地，本發(fā)明實施例將高強度纖維退繞后，依次通過集束架集束、分絲叉分絲、展絲設備展絲，使纖維平行均勻鋪展，得到單取向排列的高強度纖維；然后通過浸膠槽上膠，得到高強度纖維層。

在本發(fā)明的實施方案中，所述高強度纖維選自芳綸纖維、uhmwpe纖維或pbo纖維，即所述高強度纖維為芳綸纖維、uhmwpe纖維、pbo纖維(聚對苯撐苯并雙惡唑纖維)中的任一種。

本發(fā)明對所述高強度纖維的來源沒有特殊限制，采用市售產(chǎn)品即可。在本發(fā)明的實施方案中，所述高強度纖維的拉伸強度為20cn/dtex以上，所述拉伸強度包括但不限于25cn/dtex以上、30cn/dtex以上、35cn/dtex以上、40cn/dtex以上；拉伸模量為700cn/dtex以上，所述拉伸模量包括但不限于800cn/dtex以上、900cn/dtex以上、1000cn/dtex以上、1100cn/dtex以上、1200cn/dtex以上、1300cn/dtex以上、1400cn/dtex以上、1500cn/dtex以上。拉伸模量也叫楊氏模量，其物理意義是：物體受拉在線形范圍內(nèi)(彈性范圍內(nèi))產(chǎn)生的應力與應變的比值；拉伸強度是物體受到拉力后在彈性范圍內(nèi)抗變形的能力，拉伸強度＝單位長度的變形量*拉伸模量。

在本發(fā)明的實施例中，所述退繞、集束、分絲和展絲均為本領域技術人員所熟知的技術手段。本發(fā)明實施例將鋪展好的單取向排列的高強度纖維通過浸膠槽，采用橡膠粘合膠進行上膠，得到高強度纖維層。

在本發(fā)明的實施方案中，上膠時所用的粘合膠為橡膠基粘合膠。在本發(fā)明的實施方案中，橡膠基體為天然橡膠和/或人造橡膠中的一種或更多種。其中，天然橡膠的主要成分為聚異戊二烯及其衍生物；人造橡膠包括聚二烯烴共聚物、苯乙烯嵌段共聚物、聚氨酯等。在本發(fā)明的實施例中，橡膠粘合膠的形式可以為分散體或乳液的形式。在橡膠粘合膠為乳液的形式的情況下，其中還可以加入硫化劑、抗老化劑等輔助成分。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，上膠采用天然橡膠乳液；其含固量在30％-60％，粘度為100-400cps。

在本發(fā)明的實施方案中，所述無緯布中橡膠粘合膠的重量百分比在20％以下。即上膠時，控制上膠量以使制成的無緯布中橡膠重量百分比為20％以下，所述上膠量包括但不限于20％、19％、18％、17％、16％、15％。

本發(fā)明實施例在上膠后的高強度纖維的至少一側(cè)，即所述高強度纖維層至少一面上，復合經(jīng)過電暈處理或等離子體處理的聚乙烯薄膜，干燥后，得到帶薄膜的單取向片。

在本發(fā)明中，所述聚乙烯薄膜優(yōu)選為低密度聚乙烯薄膜。低密度聚乙烯(ldpe)是一種塑料材料，它適合熱塑性成型加工的各種成型工藝，成型加工性好。低密度聚乙烯一般由高壓聚合生產(chǎn)，密度為0.910～0.925g/cm³。低密度聚乙烯薄膜是一種半透明、有光澤、質(zhì)地較柔軟的薄膜，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、熱封性、耐水性和防潮性，耐冷凍，可水煮。

在本發(fā)明的實施例中，所述聚乙烯薄膜的厚度在10μm以下。在本發(fā)明的實施方案中，所述低密度聚乙烯薄膜厚度為10μm以下，所述厚度包括但不限于9μm、8μm、7μm、6μm、5μm、4μm。

本發(fā)明采用經(jīng)過電暈處理或等離子體處理的聚乙烯薄膜；在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，所述低密度聚乙烯薄膜是經(jīng)過電暈處理的，如經(jīng)過2kv電暈處理。本發(fā)明一些實施例提供的無緯布的制造方法包括將高強度纖維進行退繞、集束、分絲、展絲、上膠的步驟，在上膠后的高強度纖維的至少一側(cè)附上經(jīng)電暈處理的低密度聚乙烯薄膜，干燥后將兩層以上帶薄膜的單取向片正交復合在一起，復合時，相鄰兩個單取向片之間至少有一層低密度聚乙烯薄膜。

本發(fā)明實施例可在上膠后的高強度纖維的一側(cè)復合上述pe膜，也可在其兩側(cè)分別復合。然后，本發(fā)明實施例將涂膠、附上聚乙烯薄膜的纖維通過熱甬道干燥，所述干燥的溫度優(yōu)選為50～60℃；最后經(jīng)收卷裝置收卷，得到帶薄膜的單取向片(也稱為單取向預浸帶)。其中，所述復合采用本領域常規(guī)工藝即可；所述單取向預浸帶的面密度可為35～70g/m²。

得到附有聚乙烯薄膜層的單取向片后，本發(fā)明實施例將兩層以上所述單取向片正交復合，得到無緯布(可稱為正交復合片或復合片)；正交復合時，相鄰兩個單取向片之間至少有一層所述聚乙烯薄膜。本發(fā)明對所述正交復合沒有特殊限制；在本發(fā)明的實施例中，所述二正交復合片的面密度可為50～150kg/m²。

本發(fā)明實施例提供的無緯布可由前述的制造方法制得；采用本發(fā)明實施例所述制造方法制得無緯布，通過在其中引入的低密度聚乙烯薄膜，并且結(jié)合高強度的纖維以及在制造方法中引入的橡膠，能夠在制備成防彈制品后避免彈擊后分層以及凹陷偏大的現(xiàn)象。

具體地，本發(fā)明實施例中無緯布的制造過程如下：

1)將一定筒數(shù)的纖維從紗架上退繞；

2)退繞的纖維束通過集束架集束；

3)將集束后的纖維束通過伸縮筘均勻排布纖維束；

4)將排布好的纖維束通過展絲輥和展絲方梁，利用展絲輥的接觸角和展絲方梁的坍塌效應以及張力將纖維束均勻鋪展開。其中，展絲輥和展絲方梁按中軸線平行鋸齒交錯固定；展絲輥的直徑可選為60-100mm的圓柱鍍鉻鋼輥，展絲方梁可選為寬50-100mm的方柱鍍鉻方柱；

5)鋪展好的纖維束通過浸膠槽上橡膠乳液；

6)上膠后的纖維通過一對軋輥控制含膠量，然后在至少一面上附上低密度聚乙烯薄膜；低密度聚乙烯薄膜用物理方法如電暈、等離子體進行處理以使薄膜產(chǎn)生極性；

7)在熱甬道里充分干燥；

8)收卷；

9)將兩層以上的單取向預浸帶正交復合。

在本發(fā)明的一些實施例中，單取向預浸帶可以按0°/90°二正交復合，以得到二正交復合片(在本發(fā)明中，也稱為“無緯布”)，如圖1所示，圖1為本發(fā)明實施例中二正交的無緯布的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1所示結(jié)構(gòu)的無緯布由兩層單取向片正交復合，其中，每個單取向片包括高強度的纖維層，該纖維層由單取向排列的高強度纖維經(jīng)橡膠粘合膠上膠制成；以及復合在該纖維層一側(cè)的聚乙烯薄膜層，該薄膜層為經(jīng)過電暈或等離子體處理的聚乙烯薄膜(pe膜)。并且，這兩個單取向片之間有一層pe膜，以提高層間剪切力，進而降低分層現(xiàn)象。

在本發(fā)明的另一些實施例中，單取向預浸帶也可以按0°/90°/0°/90°四正交復合，以得到四正交復合片(在本發(fā)明中，同樣也稱為“無緯布”)，如圖2所示，圖2為本發(fā)明實施例中四正交的無緯布的結(jié)構(gòu)示意圖。

此外，本發(fā)明提供一種防彈制品，其由若干正交復合片正交疊放后經(jīng)模壓制得，所述正交復合片為上文所述的無緯布。

在本發(fā)明的實施例中，將若干正交復合片正交疊放后，在制成防彈制品的模壓過程中，壓強至少20mpa，溫度至少130℃，保壓時間至少10分鐘。具體地，可在600噸壓機上，在130℃的溫度下模壓10分鐘，保壓降溫到40℃開模，得到防彈制品。

在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，采用若干二正交復合片正交疊放后經(jīng)模壓，制得防彈制品；其中，所述若干二正交復合片的層數(shù)可在100層以上。本發(fā)明可制成軟質(zhì)防彈制品，也可制成硬質(zhì)防彈制品。

本發(fā)明提供的防彈制品按nij0101.04標準測試m80彈，彈擊后凹陷顯著減小，同時未產(chǎn)生分層，防彈性能優(yōu)異。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中二正交的無緯布的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中四正交的無緯布的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

為了進一步理解本申請，下面結(jié)合實施例對本申請?zhí)峁┑臒o緯布及其制造方法和應用進行具體地描述。

對比例1

將市售的超高分子量聚乙烯纖維400d/400f(強度36cn/dtex，拉伸模量1350cn/dtex，牌號為ft133，由北京同益中特種纖維技術開發(fā)有限公司生產(chǎn))從紗架上退繞，退繞的纖維束依次通過集束架集束、分絲叉分絲，展絲設備鋪展，展絲輥和展絲方梁的按中軸線平行鋸齒交錯固定；展絲輥的直徑選為80mm的圓柱鍍鉻鋼輥，展絲方梁選為寬80mm的方柱鍍鉻方柱，得到單取向排列的纖維。

然后，鋪展好的纖維束通過浸膠槽上膠，對上膠后的絲附上一層10μm厚的未經(jīng)電暈處理的低密度聚乙烯薄膜(北京鑫明宏塑料有限公司的pe膜)，涂膠后的纖維通過熱甬道60℃干燥，最后經(jīng)收卷裝置收卷，得到單取向預浸帶。其中，所述單取向預浸帶的面密度為35g/m²。

將上述得到的預浸帶按0°/90°二正交復合，得到二正交復合片并剝離掉低密度聚乙烯薄膜；所得的二正交復合片的面密度為70g/m²。

在本對比例中，上膠采用天然橡膠乳液(tavornrubberindustry(1982)co.,ltd.公司，牌號為tvrlaterx)，上膠量為10％(在本發(fā)明中，上膠量指代的是所施加的粘合膠的重量與所得無緯布的重量之比)。

上述二正交復合片剝離掉低密度聚乙烯薄膜得到無膜預浸料，然后將257層無膜預浸料鋪疊成面密度為18kg/m²的正交疊層，在600噸壓機上，在130℃的溫度下模壓10分鐘，保壓降溫到40℃開模，得到防彈制品。

按nij0101.04標準測試m80彈，結(jié)果表明：凹陷為50mm，分層嚴重。

對比例2

按照對比例1，用水性聚氨酯乳液(u53，bayer)替代天然橡膠乳液。

將由257層含低密度聚乙烯薄膜的上述二正交復合片獲得的面密度為18kg/m²的正交疊層，在600噸壓機上，在130℃的溫度下模壓10分鐘，保壓降溫到40℃開模，得到防彈制品。

按nij0101.04標準測試m80彈，結(jié)果表明：凹陷為42mm，基本不分層。

實施例1

將市售的超高分子量聚乙烯纖維400d/400f(強度36cn/dtex，拉伸模量1350cn/dtex，牌號為ft133，由北京同益中特種纖維技術開發(fā)有限公司生產(chǎn))從紗架上退繞，退繞的纖維束依次通過集束架集束、分絲叉分絲，展絲設備鋪展，展絲輥和展絲方梁的按中軸線平行鋸齒交錯固定；展絲輥的直徑選為80mm的圓柱鍍鉻鋼輥，展絲方梁選為寬80mm的方柱鍍鉻方柱，得到單取向排列的纖維。

然后，鋪展好的纖維束通過浸膠槽上膠，對上膠后的絲附上一層4μm厚的經(jīng)2kv電暈處理的低密度聚乙烯薄膜(北京鑫明宏塑料有限公司的dype膜)，涂膠后的纖維通過熱甬道60℃干燥，最后經(jīng)收卷裝置收卷，得到單取向預浸帶。其中，所述單取向預浸帶的面密度為35g/m²。

將上述得到的預浸帶按0°/90°二正交復合，得到二正交復合片；二正交復合片的面密度為70g/m²。

在本實施例中，上膠采用天然橡膠乳液(tavornrubberindustry(1982)co.,ltd.，牌號為tvrlaterx)，上膠量為10％(在本發(fā)明中，上膠量指代的是所施加的粘合膠的重量與所得無緯布的重量之比)。

將由243層上述二正交復合片獲得面密度為17kg/m²的正交疊層，在600噸壓機上，在130℃的溫度下模壓10分鐘，保壓降溫到40℃開模，得到防彈制品。

按nij0101.04標準測試m80彈，結(jié)果表明：凹陷為35mm，滿足標準要求，并且未產(chǎn)生分層。

由此可見，在根據(jù)本發(fā)明的制造方法制得的無緯布中，由于在其中引入低密度聚乙烯薄膜，并且結(jié)合高強度的纖維以及在制造方法中引入的橡膠，能夠使得彈擊后凹陷顯著減小同時避免產(chǎn)生分層。

實施例2

將市售的芳綸纖維1600d/1000f(強度23.5cn/dtex，拉伸模量957cn/dtex，teijin的twaron2000)從紗架上退繞，退繞的纖維束依次通過集束架集束、分絲叉分絲，展絲設備鋪展，展絲輥和展絲方梁的按中軸線平行鋸齒交錯固定；展絲輥的直徑選為80mm的圓柱鍍鉻鋼輥，展絲方梁選為寬80mm的方柱鍍鉻方柱，得到單取向排列的纖維。

然后，鋪展好的纖維束通過浸膠槽上膠，對上膠后的絲附上一層4μm厚的經(jīng)2kv電暈處理的低密度聚乙烯薄膜(北京鑫明宏塑料有限公司的dype膜)，涂膠后的纖維通過熱甬道60℃干燥，最后經(jīng)收卷裝置收卷，得到單取向預浸帶。其中，所述單取向預浸帶的面密度為52g/m²。

將上述得到的預浸帶按0°/90°二正交復合，得到二正交復合片；二正交復合片的面密度為104g/m²。

在本實施例中，上膠采用天然橡膠乳液(tavornrubberindustry(1982)co.,ltd.，牌號為tvrlaterx)，上膠量為15％。

將由192層二正交復合片獲得面密度為20kg/m²的正交疊層，在600噸壓機上，在130℃的溫度下模壓10分鐘，保壓降溫到40℃開模，得到防彈制品。

按nij0101.04標準測試m80彈，結(jié)果表明：凹陷為38mm，滿足標準要求，并未產(chǎn)生分層。

由此可見，在根據(jù)本發(fā)明的制造方法制得的無緯布中，由于在其中引入低密度聚乙烯薄膜，并且結(jié)合高強度的纖維以及在制造方法中引入的橡膠，能夠使得彈擊后凹陷顯著減小同時避免產(chǎn)生分層。

實施例3

將市售的pbo纖維1000d/650f(強度37cn/dtex，拉伸模量1150cn/dtex，toyobo的zylon)從紗架上退繞，退繞的纖維束依次通過集束架集束、分絲叉分絲，展絲設備鋪展，展絲輥和展絲方梁的按中軸線平行鋸齒交錯固定；展絲輥的直徑選為80mm的圓柱鍍鉻鋼輥，展絲方梁選為寬80mm的方柱鍍鉻方柱，得到單取向排列的纖維。

然后，鋪展好的纖維束通過浸膠槽上膠，對上膠后的絲附上一層4μm厚的經(jīng)2kv電暈處理的低密度聚乙烯薄膜(北京鑫明宏塑料有限公司的dype膜)，涂膠后的纖維通過熱甬道60℃干燥，最后經(jīng)收卷裝置收卷，得到單取向預浸帶。其中，所述單取向預浸帶的面密度為56g/m²。

將上述得到的預浸帶按0°/90°二正交復合，得到二正交復合片。二正交復合片的面密度為112g/m²。

在本實施例中，上膠采用天然橡膠乳液(tavornrubberindustry(1982)co.,ltd.，牌號為tvrlaterx)，上膠量為15％。

將由134層二正交復合片獲得面密度為15kg/m²的正交疊層，在600噸壓機上，在130℃的溫度下模壓10分鐘，保壓降溫到40℃開模，得到防彈制品。

按nij0101.04標準測試m80彈，結(jié)果表明：凹陷為32mm，滿足標準要求，并未產(chǎn)生分層。

由此可見，在根據(jù)本發(fā)明的制造方法制得的無緯布中，由于在其中引入低密度聚乙烯薄膜，并且結(jié)合高強度的纖維以及在制造方法中引入的橡膠，能夠使得彈擊后凹陷顯著減小同時避免產(chǎn)生分層。

實施例4

將市售的pbo纖維1000d/650f(強度37cn/dtex，拉伸模量1150cn/dtex，toyobo的zylon)從紗架上退繞，退繞的纖維束依次通過集束架集束、分絲叉分絲，展絲設備鋪展，展絲輥和展絲方梁的按中軸線平行鋸齒交錯固定；展絲輥的直徑選為80mm的圓柱鍍鉻鋼輥，展絲方梁選為寬80mm的方柱鍍鉻方柱，得到單取向排列的纖維。

然后，鋪展好的纖維束通過浸膠槽上膠，在上膠后的絲兩側(cè)分別附上一層4μm厚的經(jīng)2kv電暈處理的低密度聚乙烯薄膜(北京鑫明宏塑料有限公司的dype膜)，涂膠后的纖維通過熱甬道60℃干燥，最后經(jīng)收卷裝置收卷，得到單取向預浸帶。其中，所述單取向預浸帶的面密度為62g/m²。

將上述得到的預浸帶按0°/90°二正交復合，得到二正交復合片；二正交復合片的面密度為124g/m²。

在本實施例中，上膠采用天然橡膠乳液(tavornrubberindustry(1982)co.,ltd.，牌號為tvrlaterx)，上膠量為15％。

將由121層二正交復合片獲得面密度為15.0kg/m²的正交疊層，在600噸壓機上，在130℃的溫度下模壓10分鐘，保壓降溫到40℃開模，得到防彈制品。

按nij0101.04標準測試m80彈，結(jié)果表明：凹陷為30mm，滿足標準要求，并且未產(chǎn)生分層。

實施例5

按照實施例1，不同之處是用6μm的經(jīng)電暈處理的pe膜，制備得到防彈制品。

按nij0101.04標準測試m80彈，結(jié)果表明：凹陷為40mm，滿足標準要求，并且未產(chǎn)生分層。

實施例6

按照實施例1，不同之處是天然乳膠的上膠量為20％，制備得到防彈制品。

按nij0101.04標準測試m80彈，結(jié)果表明：凹陷為44mm，滿足標準要求，并且未產(chǎn)生分層。

實施例7

按照實施例1，不同之處，將上述得到的預浸帶按0°/90°/0°/90°二正交復合，得到二正交復合片；二正交復合片的面密度為140g/m²。

按nij0101.04標準測試m80彈，結(jié)果表明：凹陷為33mm，滿足標準要求，并且未產(chǎn)生分層。

由此可見，在根據(jù)本發(fā)明的制造方法制得的無緯布中，由于在其中引入低密度聚乙烯薄膜，并且結(jié)合高強度的纖維以及在制造方法中引入的橡膠，能夠使得彈擊后凹陷顯著減小同時避免產(chǎn)生分層。

申請人指出，盡管以上針對本公開的具體實施方案進行了描述，然而，對本領域技術人員明顯的是，在本領域技術人員充分了解了本發(fā)明之后完全可以理解，以上給出的內(nèi)容是示例性和說明性的，其并不限制本公開的范圍，本領域技術人員可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，對本公開做出各種修改方案和變化方案。因此，本發(fā)明旨在覆蓋所附權利要求及其等同方案的范圍內(nèi)的針對本公開的所有的修改方案和變化方案。