CN102909920A - 一种改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于装甲防护材料技术领域，涉及人体防护材料技术，特别涉及防弹头盔用复合材料。本发明涉及的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，采用改性剂调整酚醛树脂的粘接强度和韧性，基体树脂部分浸渍芳纶纤维。本发明所涉及的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，由改性酚醛树脂与芳纶纤维织物组成，树脂浸渍部分芳纶纤维，浸渍率介于5%～20%之间，树脂的质量百分比介于8%～18%之间。该预浸料，胶含量均一性好、柔韧性好、使用方便，采用该预浸料制备的芳纶抗弹复合材料制品气孔率低、质量轻、结构强度高、防弹性能优异，适用于人体防护及装甲防护领域。
Description
技术领域
本发明属于装甲防护材料技术领域，涉及半浸渗预浸料和相关结构复合材料，涉及人体防护材料技术，特别涉及防弹头盔用复合材料。
背景技术
在人体防护领域，特别是防弹头盔，不仅对抗弹性能有要求，而且对重量、结构强度和高低温环境下的适用性也有很高的要求，因此，需要使用兼具防护功能和结构强度的高性能纤维复合材料。
芳纶纤维具有高强度、高模量等特点，因此高性能纤维防弹复合材料多采用芳纶纤维为增强体。酚醛树脂具有优良的力学性能、耐热性能和电绝缘性，而且成型速度快，成本低，是理想的热固性基体树脂。但酚醛树脂也存在韧性差、易脆裂的缺陷，不能充分发挥芳纶纤维的高强度和高模量特性，从而使复合材料抗弹性能降低。因此对酚醛树脂进行增韧改性非常重要，通过调整酚醛树脂的韧性，调整树脂与芳纶纤维之间的界面粘接力，提高芳纶复合材料的防弹性能。对酚醛树脂改性的研究很多，但针对防弹复合材料特别是头盔用防弹复合材料的改性研究却很少。
半浸渗预浸料作为一种特殊的预浸料，与普通预浸料的主要不同是固化阶段前部分纤维保持干的和未浸渍的状态。目前对于半预浸料的研究和应用很少，CN 101492573A涉及热固性树脂体系的半浸渗预浸料，基体树脂的浸渍率超过20%，由于树脂浸渍率高，用该方法制备的芳纶复合材料抗弹性能不能满足需要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有预浸料的不足，提供一种防弹用的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料。
本发明的目的是这样实现的，利用改性剂调整酚醛树脂的粘接强度和韧性；将控制量的改性酚醛树脂与芳纶纤维织物复合，控制树脂对芳纶纤维织物的浸渍率，制成一面是基体树脂，另一面是芳纶纤维织物的预浸料，其中，基体树脂部分浸渍芳纶纤维，得到改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料。
本发明所涉及的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，由改性酚醛树脂与芳纶纤维织物组成，树脂浸渍部分芳纶纤维，浸渍率介于5%～20%之间。
本发明所涉及的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，由改性酚醛树脂与芳纶纤维织物组成，树脂浸渍部分芳纶纤维，浸渍率优选范围介于5%～10%之间。
本发明所涉及的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，由改性酚醛树脂与芳纶纤维织物组成，预浸料中树脂的质量百分比介于8%～18%之间。
本发明所涉及的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，由改性酚醛树脂与芳纶纤维织物组成，预浸料中树脂的质量百分比优选范围介于10%～14%之间。
本发明所涉及的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，所述改性酚醛树脂用改性剂的质量百分比介于30%～45%之间。
本发明所涉及的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，所述改性剂选自聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩甲乙醛和聚乙烯醇缩丁醛中的的一种或其中几种的混合体系。
本发明所涉及的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，所述芳纶纤维单位面积质量介于200/m2 ～600g/m2之间。
本发明所涉及的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，所述芳纶纤维是平纹布、无皱褶经编织布中的一种。
本发明涉及的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，胶含量均一性好、柔韧性好、使用方便，采用该预浸料制备的芳纶抗弹复合材料制品气孔率低、质量轻、结构强度高、防弹性能优异，适用于人体防护及装甲防护领域。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提出的方案进行进一步说明，但不作为对技术方案的限制。任何一种可以实现本发明的技术方法均构成本发明涉及技术方案的一部分。
实 施 例 一
使用面密度为200g/m2的美国杜邦K-129芳纶纤维平纹布为增强体，以S-157酚醛树脂（固含量55%）为树脂基体，以聚乙烯醇缩甲乙醛（10%乙醇溶液）作为改性剂，以油酸为内脱模剂，酚醛树脂:改性剂:脱模剂比例为70:30:1，混合搅拌均匀，制成改性酚醛树脂。按照187g/m2比例在离型纸上人工涂覆改性酚醛树脂，待改性酚醛树脂溶剂挥发但仍有一定粘性时，将芳纶纤维布贴合并加压复合，待树脂完全干后揭下离型纸，得到半浸渗芳纶复合材料预浸料。预浸料树脂膜柔韧性好、无粘性，树脂浸渍率20%，树脂含量18%。
用该预浸料24层制备的防弹头盔盔壳重量0.8Kg，用64式手枪7.62mm手枪弹按照GA 293-2001Ⅰ级标准进行试验，5发弹均未穿透，背鼓小于11.5mm，弹速在310m/s～330m/s之间。
实施例二
使用面密度为300g/m2的美国杜邦K-129芳纶纤维平纹布为增强体，以PF-9301B（固含量50%）为树脂基体，以SD-3聚乙烯醇缩丁醛（10%的乙醇溶剂）为改性剂，以油酸为内脱模剂，树脂:改性剂:脱模剂的比例为60:40:1，制成改性酚醛树脂。按照254g/m2比例在离型纸上用喷枪喷涂改性酚醛树脂，待改性酚醛树脂溶剂挥发但仍有一定粘性时，将芳纶纤维布贴合并加压复合，待树脂完全干后揭下离型纸，得到半浸渗芳纶复合材料预浸料。预浸料树脂膜柔韧性好、无粘性，树脂浸渍率15%，树脂含量14%。
用该预浸料22层制备的防弹头盔盔壳重量1.18Kg，采用1.1g模拟破片，按照GJB 5115-2004标准进行测试，背鼓小于15mm，测V50值为650m/s。
实施例三
使用面密度为410g/m2的日本帝人2000芳纶纤维平纹布为增强体，以S-157酚醛树脂（固含量55%）为树脂基体，以聚乙烯醇缩甲醛（10%乙醇甲苯溶液）为改性剂，以油酸为内脱模剂，树脂:改性剂:脱模剂的比例为55:45:1，制成改性酚醛树脂。按照308g/m2比例用涂胶机在离型纸上挂胶，将树脂烘干但还有一定粘度时，将芳纶纤维布贴合并加压复合，待溶剂完全挥发后揭下离型纸，得到半浸渗芳纶复合材料预浸料。预浸料树脂膜柔韧性好、无粘性，树脂浸渍率10%，树脂含量12%。
用该预浸料16层制备的防弹头盔盔壳重量1.15Kg，用54式手枪51式7.62mm弹，按照GA 293-2001Ⅱ级标准进行试验，5发弹均未穿透，背鼓小于15.2mm，弹速在443m/s～460m/s之间。
实施例四
使用面密度为500g/m2的美国杜邦K-129芳纶纤维平纹布为增强体，以EXP0334型酚醛树脂（固含量50%）为基体，以聚乙烯醇缩甲乙醛（10%乙醇溶液）和聚乙烯醇缩甲醛（10%乙醇甲苯溶液）作为改性剂（比例为1：1），以油酸为内脱模剂，树脂:改性剂:脱模剂的比例为65:35:1，制成改性酚醛树脂。按照266g/m2比例在离型纸上人工用喷枪喷涂改性酚醛树脂，待改性酚醛树脂溶剂完全挥发，将芳纶纤维布贴合，经过加热并加压使树脂浸渗芳纶纤维，待树脂完全冷却后后揭下离型纸，得到半浸渗芳纶复合材料预浸料。预浸料树脂膜柔韧性好、无粘性，树脂浸渍率8%，树脂含量10%。
用该预浸料11层制备的防弹头盔盔壳重量0.9Kg，用uzi冲锋枪、9mm巴弹（铅心弹）按美国司法部NIJ0101.04ⅢA标准进行抗弹性能测试，背鼓小于18.4mm，弹速435m/s～448.5m/s。
实 施 例 五
使用面密度为600g/m2的日本帝人2000无皱褶经编织布为增强体，以2124型酚醛树脂（固含量52%）为基体，以SD-3聚乙烯醇缩丁醛和聚乙烯醇缩甲乙醛作为改性剂（比例为3：2），以油酸为内脱模剂，树脂:改性剂:脱模剂的比例为68:32:1，制成改性酚醛树脂。按照235/m2比例用涂胶机在离型纸上挂胶，将溶剂挥发完全，在芳纶纤维布与树脂膜贴合前，在树脂膜或芳纶纤维表面喷涂乙醇溶剂，然后加热加压复合，待溶剂完全挥发后揭下离型纸，得到半浸渗芳纶复合材料预浸料。预浸料树脂膜柔韧性好、无粘性，树脂浸渍率5%，树脂含量8%。
将此预浸料12层层叠后，在压力5MPa，温度160℃条件下，保温30min后，将制品取出，制成防弹靶板。按照GA950-2011标准，测V50值为640m/s。
实 施 例 六
使用面密度为410g/m2的日本帝人2000芳纶纤维平纹布为增强体，以2124型酚醛树脂（固含量52%）为基体，以聚乙烯醇缩甲乙醛为改性剂，以油酸为内脱模剂，树脂:改性剂:脱模剂的比例为62:38:1，制成改性酚醛树脂。按照306g/m2比例用履带式涂布机在经过表面处理的不锈钢履带上挂胶，经过干燥箱将溶剂挥发但仍有一定粘度时，将芳纶纤维布与树脂膜贴合并加压复合，使树脂部分浸渗芳纶纤维，待溶剂完全挥发，得到半浸渗芳纶复合材料预浸料。预浸料树脂膜柔韧性好、无粘性，树脂浸渍率12%，树脂含量13%。
将此预浸料17层层叠后，在压力5MPa，温度160℃条件下，保温30min后，将制品取出，制成防弹靶板。按照GA950-2011标准，测V50值为630m/s。
Claims (8)
1.一种改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，由改性酚醛树脂与芳纶纤维织物组成，树脂浸渍部分芳纶纤维，浸渍率介于5%～20%之间。
2.根据权利要求1的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，由改性酚醛树脂与芳纶纤维织物组成，树脂浸渍部分芳纶纤维，浸渍率优选范围介于5%～10%之间。
3.根据权利要求1的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，由改性酚醛树脂与芳纶纤维织物组成，预浸料中树脂的质量百分比介于8%～18%之间。
4.根据权利要求3的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，由改性酚醛树脂与芳纶纤维织物组成，预浸料中树脂的质量百分比优选范围介于10%～14%之间。
5.根据权利要求1～4的任一改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，所述改性酚醛树脂用改性剂的质量百分比介于30%～45%之间。
6.根据权利要求5的改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，所述改性剂选自聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩甲乙醛和聚乙烯醇缩丁醛中的的一种或其中几种的混合体系。
7.根据权利要求1～4的任一改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，所述芳纶纤维单位面积质量介于200/m2 ～600g/m2之间。
8.根据权利要求1～4的任一改性酚醛树脂半浸渗芳纶纤维预浸料，所述芳纶纤维是平纹布、无皱褶经编织布中的一种。
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| CN102909920B (zh) | 2016-05-25 |
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