[發(fā)明專利]超高分子量聚乙烯三維織物增強(qiáng)輕質(zhì)復(fù)合材料及制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710487999.0
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107298871A
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王景景;包劍峰
• 申請（專利權(quán)）人: 安徽長青藤新材料有限公司
• 主分類號: C08L101/00
• 分類號: C08L101/00;C08L23/06;C08L77/10;C08K7/06;C08K7/14;C08K7/10;B29C70/44;B29C70/48
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司32243
• 代理人: 胡定華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種三維織物增強(qiáng)輕質(zhì)復(fù)合材料，尤其涉及一種超高分子量聚乙烯三維織物增強(qiáng)輕質(zhì)復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，攻擊武器系統(tǒng)取得了長足的發(fā)展，迫使坦克車輛的金屬防護(hù)層越來越厚，其戰(zhàn)斗全重越來越大，嚴(yán)重影響作戰(zhàn)的機(jī)動(dòng)性能和快速反應(yīng)能力。傳統(tǒng)的金屬材料越來越難以滿足新型坦克車輛的綜合戰(zhàn)技指標(biāo)要求。減輕裝甲車輛自身重量、提高坦克車輛防護(hù)性能、增強(qiáng)戰(zhàn)場突防能力，迫切需要應(yīng)用輕質(zhì)高強(qiáng)、具有良好抗彈性能和優(yōu)良耐疲勞性能的輕質(zhì)材料替代傳統(tǒng)的金屬材料。輕質(zhì)防彈材料不僅要重量輕，同時(shí)還須滿足抗彈、隱身、減震降噪、三防、阻燃等性能要求。現(xiàn)代偵察技術(shù)、攻擊性武器制導(dǎo)技術(shù)、核輻射等的發(fā)展對裝甲車體防護(hù)提出了更高的要求。單獨(dú)使用傳統(tǒng)的金屬材料已不能滿足各方面的需求。隨著世界高新技術(shù)、纖維合成與紡絲工藝的發(fā)展，高性能纖維得到了不斷的發(fā)展創(chuàng)新，目前已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)高速發(fā)展的階段。纖維材料在防彈領(lǐng)域的應(yīng)用嶄露頭角發(fā)揮了越來越重要的作用。尤其是UHMWPE纖維、芳香族聚酰胺纖維等高性能纖維在防彈裝備方面的應(yīng)用得到了各國軍事力量的重視。高性能纖維具有較高的強(qiáng)度、較高的模量和適當(dāng)?shù)臄嗔焉扉L率，且纖維的密度低于金屬材料。因此，高性能纖維材料制成的防彈材料質(zhì)輕、柔韌性好、防護(hù)效果佳。近年來，各國采用高性能纖維材料開發(fā)出了各種軟式、軟硬復(fù)合式防彈衣和防彈頭盔。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比模量高、性能可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、電性能好及耐疲勞性好等特點(diǎn)，將其與傳統(tǒng)的防彈材料-諸如陶瓷、鋼板等一一進(jìn)行復(fù)合得到結(jié)構(gòu)/ 功能一體化的輕質(zhì)裝甲材料, 可降低裝甲車輛戰(zhàn)斗全重達(dá)30% 以上, 實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)性和防護(hù)能力的統(tǒng)一, 提高車輛的生存能力。

目前，應(yīng)用于防彈領(lǐng)域的高性能纖維主要有碳纖維、芳綸、芳香族雜環(huán)類纖維、UHMWPE纖維、玻璃纖維，進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高性能纖維及其增強(qiáng)的復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于船舶、汽車、航空航天、國防兵器等各個(gè)領(lǐng)域，而且纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料在國民生產(chǎn)中所占的比重越來越大。目前，用于增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的纖維主要有碳纖維、芳綸及超高分子量聚乙烯纖維，是近年來不斷發(fā)展起來的公認(rèn)的高性能纖維，具有高強(qiáng)、高模、抗沖擊、耐腐蝕等優(yōu)良性能。

高性能纖維復(fù)合材料的輕量和柔韌，使得這些材料成了現(xiàn)代個(gè)體防彈領(lǐng)域的主導(dǎo)性材料。在防護(hù)鉛芯的手槍彈或沖鋒槍彈的軟體防彈復(fù)合材料中，主要的高性能纖維包括芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維、PBO纖維、炭纖維和玻璃纖維等，主要的織物形式有機(jī)織布、單向無緯布(UD布)、雙軸向經(jīng)(緯)編織物等。與其他織物相比，無緯布的生產(chǎn) 方式避免了編織過程中對纖維的損傷．纖維的強(qiáng) 度、模量等力學(xué)性能指標(biāo)未受影響．而且在彈擊后應(yīng)力波和能量由彈擊點(diǎn)向外傳播速度更快。相比于碳纖維與芳綸，超高分子量聚乙烯纖維不僅具有極高的強(qiáng)度，且其原料易得，加工相對容易，故在防彈領(lǐng)域，超高分子量聚乙烯纖維的發(fā)展也較為迅速。目前已商品化的幾種UHMWPE纖維，相對密度為0.97 g/cm3，是所有高性能纖維中密度最小的，是鋁的l/3和鋼的1/8，是芳綸的2/3，碳纖維的1/2；UHMWPE纖維復(fù)合材料要比芳綸復(fù)合材料輕20％，比碳纖維復(fù)合材料輕30％。傳統(tǒng)的超高分子量聚乙烯纖維防彈復(fù)合材料多以UD布的形式成纖，其為多層高強(qiáng)度纖維按照垂直的方式疊加并通過熱壓而成的片材。UD布是一種二維織物，由2個(gè)相互垂直排列的紗線系統(tǒng)按照一定的規(guī)律交織而成。

已公告的中國專利CN204612596U本實(shí)用新型公開了一種防彈胸插板。所述防彈胸插板由陶瓷迎彈面和超高分子量聚乙烯背襯板組成。超高分子量聚乙烯防彈背襯板由多層超高分子量聚乙烯帶式片材熱壓成型，或者超高分子量聚乙烯帶式片材與超高分子量聚乙烯無緯布熱壓成型。胸插板，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯帶式片材是由1-6層單條超高分子量聚乙烯帶片層構(gòu)成，并且相鄰層的超高分子量聚乙烯帶片層交錯(cuò)排布；其中所述的超高分子量聚乙烯帶片層是由兩層超高分子量聚乙烯帶正交編織而成，其特征在于，所述的超高分子量聚乙烯帶式片材是由2-10層超高分子量聚乙烯帶片層單方向排布構(gòu)成，并且相鄰的超高分子量聚乙烯帶片層與該帶片層成垂直方向鋪層。該專利中涉及的超高分子量聚乙烯胸插板，纖維片層垂直排列，以樹脂相互連接，在受到子彈、彈片襲擊時(shí)，易造成纖維片層見連接性不足，使其耐沖擊性不足，從而導(dǎo)致防彈性能較差，因此，解決這一類的問題顯得尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容