[發明專利]一種超高分子量聚乙烯纖維復合無緯布及制造方法和應用

無效

• 申請號: 200710046741.3
• 申請日: 2007-09-30
• 公開（公告）號: CN101397757A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 王依民;劉術佳;王佳
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D06N3/00
• 分類號: D06N3/00;D06N7/00;C09J153/00;C09J11/04
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所
• 代理人: 劉立平

技術領域

本發明屬納米紡織領域，特別是涉及一種超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維復合無緯布及其制造方法和應用。

背景技術

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維是20世紀80年代初由荷蘭DSM公司以其獨創的凝膠紡絲—超拉伸技術研制的高性能有機纖維。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維也稱超高模聚乙烯(UHMPE)纖維或仲長鏈聚乙烯(ECPE)纖維，它是繼碳纖維、芳綸(Kevlar)纖維之后的第三代高性能纖維。

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維的相對分子量為100～600萬之間，分子形狀為線型伸直鏈結構，取向度接近100％，強度是當今纖維之最，具有良好的機械性能。UHMWPE纖維還具有耐紫外線輻射、耐化學腐蝕、比能量吸收高、介電常數低、電磁波透射率高、摩擦系數低及突出的抗沖擊、抗切割等優異性能。因此，UHMWPE纖維是制作軟質防彈服、防刺衣、輕質防彈頭盔、雷達罩、運鈔車防彈裝甲、直升機防彈裝甲、艦艇及遠洋船舶纜繩、輕質高壓容器、航天航空結構件、深海抗風浪網箱、漁網、賽艇、帆船、滑雪撬等的理想材料。由于UHMWPE纖維性能優異，應用潛力巨大，因此，UHMWPE纖維自問世起就倍受重視，發展很快。

納米材料的研究最初源于十九世紀六十年代對膠體微粒的研究。納米材料具有奇特的性能和廣闊的應用前景，被譽為跨世紀的新材料，引起了科學界和企業界的極大關注。納米材料的發現者是著名的美國物理學家，兩次諾貝爾獎金獲得者RichardFeynmen，他在上世紀60年代曾經預言：如果我們能控制物體微小規模上的排序，將獲得很多具有特殊性能的物質。

納米材料的特殊性能由于納米材料的特殊結構—物質的顆粒尺寸<100nm的超微粉末，它的比表面積很大，晶界處的原子數比率高達15～50，使之產生四大效應，即小尺寸效應、量子效應(含宏觀量子隧道效應)、表面效應和界面效應，從而具有傳統材料所不具備的物理、化學性能。

蒙脫土是一種細粒粘土礦物，是膨潤土的有效成分，它是一種2：1型三層結構陽離子型層狀材料，其單位晶胞由二層硅氧四面體中間夾一層鋁氧八面體組成，四面體與八面體之間通過共用氧原子相連，其晶胞平行疊置。其特殊的晶體結構賦予了蒙脫土許多特性，例如：膨脹性、吸附性、離子交換性、分散性、懸浮性和粘結性等。由于其具有獨特的晶層重疊結構，通過加工可以均勻分散于聚合物中，形成聚合物/蒙脫土納米復合材料，這種復合材料的力學、熱學、光學、電磁學和氣體阻隔性能等都較常規有機無機復合材料有明顯提高。無機物的剛性、尺寸穩定性和熱穩定性與聚合物的低密度、高強度、高韌性、耐腐蝕和良好的機械加工性及介電性能完美的結合，使這類新材料的透光性、防水性、耐熱和抗老化性、氣體阻隔性、耐磨和沖擊性、機械加工性等得到大幅度提高，從而獲得了優異的綜合性能。

超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維復合無緯布是由UHMWPE纖維通過均勻、平行、挺直排列后，對其進行涂膠、干燥后制成的，對此，美國專利US4,916,000和US5,149,391已經描述了此過程。其中涂膠的膠粘劑一般包括聚乙烯、交聯聚乙烯、聚丙烯、乙烯基共聚物、丙烯共聚物、乙烯—丙烯共聚物和其他烯烴聚合物和共聚物，還有不飽和聚酯、聚丁二烯、聚異戊二烯、天然橡膠、環氧樹脂、聚亞胺等等許多低模量的樹脂，此外，還有EVA、EEA、SBS、SIS、TPR、SEBS等及丁鈉膠、丁苯膠PVB、PVA等等這些熱塑性高韌膠液。這些低模量的彈性體包覆在每一根纖維上，除了可固定作為增強體的纖維外，還可以提高復合材料的抗沖擊防彈、防刺性能。對此，早些年的美國專利US?4,403,012有報道，近兩年的美國專利US6,825,137和中國專利CN1278566也有報道。

然而現有技術制備的復合無緯布，由于其作為基體的膠粘劑自身的缺點，使得復合無緯布的綜合性能受到影響，體現在耐熱性差，綜合機械強度也較差，蠕變嚴重，由其制成的UHMWPE纖維復合無緯布，不能有效地“鈍化”子彈的沖擊力，只能通過增加無緯布層數來達到防彈效果，但這樣又會引起增加一般戰士、警察使用時的負荷。因此，如何改變UHMWPE纖維復合無緯布的耐熱性，使其具有更高的抗沖擊性，有效“鈍化”子彈的沖擊力，已經成為防彈護品研究的必然趨勢。

因此，為克服現有技術中存在的這些問題，本發明的目的首先是提供一種超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維復合無緯布，大大提高復合無緯布的耐熱性和抗沖擊性。

本發明第二個目的是提供上述復合無緯布的制造方法。