CN108440941A - 一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及防弹材料制备技术领域，尤其是一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将石墨烯预处理，使其表面具有活性官能团；S2、将石墨烯和胶黏剂充分混合，使其均匀分布在树脂中，形成石墨烯改性树脂胶黏剂；S3、将石墨烯改性树脂胶黏剂置于胶槽中，将增强体超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)于连续线上均匀铺展，设置牵引速度1‑3m/min，在严格控制的条件下经过树脂浸渍；S4、之后在55‑70℃下烘干，干燥8‑10min，即可制得。本发明添加石墨烯于基体胶黏剂中，从而大大改善复合材料整体的防弹性能。
Description
技术领域
本发明涉及防弹材料制备技术领域，尤其涉及一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)防弹复合材料是由UHMWPE纤维浸渍树脂，在严格控制胶含量的条件下通过均匀、平行、挺直排列，干燥后制得的。其中树脂基体一般包括聚乙烯、聚丙烯、乙烯基共聚物、丙烯共聚物、环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯、不饱和聚酯等等。这些低模量的弹性体包覆在每一根纤维上，除了可固定纤维外，还可以提高复合材料的防弹、抗冲击性能。
然而这种复合无纬布，由于基体树脂胶黏剂自身的缺点，使得复合材料的综合性能受到影响，体现在耐热性差，综合机械强度不高，抗蠕变性能小，由其制成的UHMWPE纤维复合材料，不能有效的抵抗子弹的冲击力，只能通过增加层数或重量来达到防御效果，质地偏硬，舒适度较差，降低了实用性。因此，如何改变UHMWPE防弹复合材料的耐热性，使其在同等层数的前提下具有更高的抗子弹冲击性能，使其不断向轻量化发展已经成为防弹材料研究的必然趋势。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
设计一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将石墨烯预处理，使其表面具有活性官能团；
S2、将石墨烯和胶黏剂充分混合，使其均匀分布在树脂中，形成石墨烯改性树脂胶黏剂；
S3、将石墨烯改性树脂胶黏剂置于胶槽中，将增强体超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)于连续线上均匀铺展，设置牵引速度1-3m/min，在严格控制的条件下经过树脂浸渍；
S4、之后在55-70℃下烘干，干燥8-10min，即可制得。
优选的，S1中预处理包括：将石墨烯粉末在超声作用下分散在乙醇溶剂中，石墨烯粉末:乙醇＝1:5，偶联剂按照在溶剂中质量浓度为1g-10g/100ml的比例配置偶联剂溶液，然后将直径为0.1μm-300μm，厚度为0.5nm-5nm的石墨烯置于偶联剂溶液中进行偶联处理，在搅拌下加热回流反应，得到偶联后的石墨烯。
优选的，选用有机铬络合物、烷烃类、钛酸酯类偶联剂作为偶联剂。
优选的，S2中具体步骤如下：
A1、制备分散剂树脂：选用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为分散剂，按照分散剂:树脂＝1-10:100-90的重量比例将分散剂和树脂在高速搅拌条件下混合，室温下，转速3000-4000r/min，接循环冷凝水，混合均匀后制得分散剂树脂；
A2、制备石墨烯改性树脂：在偶联后的石墨烯与分散剂树脂混合，在70-90℃搅拌1-2h，混合均匀后制得石墨烯改性树脂胶黏剂。
优选的，S2中所述的分散剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，树脂为：聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯。
优选的，S2中树脂为水性聚氨酯胶黏剂。
本发明提出的一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，有益效果在于：本发明添加石墨烯于基体胶黏剂中，从而大大改善复合材料整体的防弹性能。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将石墨烯预处理，使其表面具有活性官能团；
S2、将石墨烯和胶黏剂充分混合，使其均匀分布在树脂中，形成石墨烯改性树脂胶黏剂；
S3、将石墨烯改性树脂胶黏剂置于胶槽中，将增强体超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)于连续线上均匀铺展，设置牵引速度1m/min，在严格控制的条件下经过树脂浸渍；
S4、之后在55℃下烘干，干燥8min，即可制得。将上述所得的复合材料按(0/90°)二层交错叠合。将50层，40cm*40cm，面密度为110g/m2的UD复合材料叠加置于背衬为胶泥的靶架上，按GA141-2010试验标准，采用54式7.62mm手枪，51式手枪铅芯弹测试，背衬材料凹陷深度＜25mm，结果符合GA141-2010的标准要求。相比之前重量大约减少了10％。由此证明，本发明的UHMWPE防弹复合材料可以很大程度上降低整体重量，提高了树脂基体的机械性能，得到防弹效果更好地防弹复合材料。所得的改性树脂经测定，100％定伸强度可达25Mpa左右。该方法原理可靠，制备过程简单，成本较低，可控性强，适合大规模生产。
S1中预处理包括：将石墨烯粉末在超声作用下分散在乙醇溶剂中，石墨烯粉末:乙醇＝1:5，偶联剂按照在溶剂中质量浓度为1g/100ml的比例配置偶联剂溶液，然后将直径为0.1μm-300μm，厚度为0.5nm-5nm的石墨烯置于偶联剂溶液中进行偶联处理，在搅拌下加热回流反应，得到偶联后的石墨烯。
选用有机铬络合物、烷烃类、钛酸酯类偶联剂作为偶联剂。
S2中具体步骤如下：
A1、制备分散剂树脂：选用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为分散剂，按照分散剂:树脂＝1:100的重量比例将分散剂和树脂在高速搅拌条件下混合，室温下，转速3000r/min，接循环冷凝水，混合均匀后制得分散剂树脂；
A2、制备石墨烯改性树脂：在偶联后的石墨烯与分散剂树脂混合，在70℃搅拌1h，混合均匀后制得石墨烯改性树脂胶黏剂。
S2中所述的分散剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，树脂为：聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯。
S2中树脂为水性聚氨酯胶黏剂。
实施例2
一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将石墨烯预处理，使其表面具有活性官能团；
S2、将石墨烯和胶黏剂充分混合，使其均匀分布在树脂中，形成石墨烯改性树脂胶黏剂；
S3、将石墨烯改性树脂胶黏剂置于胶槽中，将增强体超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)于连续线上均匀铺展，设置牵引速度2m/min，在严格控制的条件下经过树脂浸渍；
S4、之后在58℃下烘干，干燥9min，即可制得。将上述所得的复合材料按(0/90°)二层交错叠合。将50层，40cm*40cm，面密度为110g/m2的UD复合材料叠加置于背衬为胶泥的靶架上，按GA141-2010试验标准，采用54式7.62mm手枪，51式手枪铅芯弹测试，背衬材料凹陷深度＜25mm，结果符合GA141-2010的标准要求。相比之前重量大约减少了10％。由此证明，本发明的UHMWPE防弹复合材料可以很大程度上降低整体重量，提高了树脂基体的机械性能，得到防弹效果更好地防弹复合材料。所得的改性树脂经测定，100％定伸强度可达25Mpa左右。该方法原理可靠，制备过程简单，成本较低，可控性强，适合大规模生产。
S1中预处理包括：将石墨烯粉末在超声作用下分散在乙醇溶剂中，石墨烯粉末:乙醇＝1:5，偶联剂按照在溶剂中质量浓度为2g/100ml的比例配置偶联剂溶液，然后将直径为0.1μm-300μm，厚度为0.5nm-5nm的石墨烯置于偶联剂溶液中进行偶联处理，在搅拌下加热回流反应，得到偶联后的石墨烯。
选用有机铬络合物、烷烃类、钛酸酯类偶联剂作为偶联剂。
S2中具体步骤如下：
A1、制备分散剂树脂：选用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为分散剂，按照分散剂:树脂＝2:100的重量比例将分散剂和树脂在高速搅拌条件下混合，室温下，转速3200r/min，接循环冷凝水，混合均匀后制得分散剂树脂；
A2、制备石墨烯改性树脂：在偶联后的石墨烯与分散剂树脂混合，在75℃搅拌1h，混合均匀后制得石墨烯改性树脂胶黏剂。
S2中所述的分散剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，树脂为：聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯。
S2中树脂为水性聚氨酯胶黏剂。
实施例3
一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将石墨烯预处理，使其表面具有活性官能团；
S2、将石墨烯和胶黏剂充分混合，使其均匀分布在树脂中，形成石墨烯改性树脂胶黏剂；
S3、将石墨烯改性树脂胶黏剂置于胶槽中，将增强体超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)于连续线上均匀铺展，设置牵引速度3m/min，在严格控制的条件下经过树脂浸渍；
S4、之后在60℃下烘干，干燥9min，即可制得。将上述所得的复合材料按(0/90°)二层交错叠合。将50层，40cm*40cm，面密度为110g/m2的UD复合材料叠加置于背衬为胶泥的靶架上，按GA141-2010试验标准，采用54式7.62mm手枪，51式手枪铅芯弹测试，背衬材料凹陷深度＜25mm，结果符合GA141-2010的标准要求。相比之前重量大约减少了10％。由此证明，本发明的UHMWPE防弹复合材料可以很大程度上降低整体重量，提高了树脂基体的机械性能，得到防弹效果更好地防弹复合材料。所得的改性树脂经测定，100％定伸强度可达25Mpa左右。该方法原理可靠，制备过程简单，成本较低，可控性强，适合大规模生产。
S1中预处理包括：将石墨烯粉末在超声作用下分散在乙醇溶剂中，石墨烯粉末:乙醇＝1:5，偶联剂按照在溶剂中质量浓度为8g/100ml的比例配置偶联剂溶液，然后将直径为0.1μm-300μm，厚度为0.5nm-5nm的石墨烯置于偶联剂溶液中进行偶联处理，在搅拌下加热回流反应，得到偶联后的石墨烯。
选用有机铬络合物、烷烃类、钛酸酯类偶联剂作为偶联剂。
S2中具体步骤如下：
A1、制备分散剂树脂：选用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为分散剂，按照分散剂:树脂＝8:100的重量比例将分散剂和树脂在高速搅拌条件下混合，室温下，转速3500r/min，接循环冷凝水，混合均匀后制得分散剂树脂；
A2、制备石墨烯改性树脂：在偶联后的石墨烯与分散剂树脂混合，在80℃搅拌2h，混合均匀后制得石墨烯改性树脂胶黏剂。
S2中所述的分散剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，树脂为：聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯。
S2中树脂为水性聚氨酯胶黏剂。
实施例4
一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将石墨烯预处理，使其表面具有活性官能团；
S2、将石墨烯和胶黏剂充分混合，使其均匀分布在树脂中，形成石墨烯改性树脂胶黏剂；
S3、将石墨烯改性树脂胶黏剂置于胶槽中，将增强体超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)于连续线上均匀铺展，设置牵引速度3m/min，在严格控制的条件下经过树脂浸渍；
S4、之后在70℃下烘干，干燥10min，即可制得。将上述所得的复合材料按(0/90°)二层交错叠合。将50层，40cm*40cm，面密度为110g/m2的UD复合材料叠加置于背衬为胶泥的靶架上，按GA141-2010试验标准，采用54式7.62mm手枪，51式手枪铅芯弹测试，背衬材料凹陷深度＜25mm，结果符合GA141-2010的标准要求。相比之前重量大约减少了10％。由此证明，本发明的UHMWPE防弹复合材料可以很大程度上降低整体重量，提高了树脂基体的机械性能，得到防弹效果更好地防弹复合材料。所得的改性树脂经测定，100％定伸强度可达25Mpa左右。该方法原理可靠，制备过程简单，成本较低，可控性强，适合大规模生产。
S1中预处理包括：将石墨烯粉末在超声作用下分散在乙醇溶剂中，石墨烯粉末:乙醇＝1:5，偶联剂按照在溶剂中质量浓度为10g/100ml的比例配置偶联剂溶液，然后将直径为0.1μm-300μm，厚度为0.5nm-5nm的石墨烯置于偶联剂溶液中进行偶联处理，在搅拌下加热回流反应，得到偶联后的石墨烯。
选用有机铬络合物、烷烃类、钛酸酯类偶联剂作为偶联剂。
S2中具体步骤如下：
A1、制备分散剂树脂：选用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为分散剂，按照分散剂:树脂＝10:90的重量比例将分散剂和树脂在高速搅拌条件下混合，室温下，转速4000r/min，接循环冷凝水，混合均匀后制得分散剂树脂；
A2、制备石墨烯改性树脂：在偶联后的石墨烯与分散剂树脂混合，在90℃搅拌2h，混合均匀后制得石墨烯改性树脂胶黏剂。
S2中所述的分散剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，树脂为：聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯。
S2中树脂为水性聚氨酯胶黏剂。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将石墨烯预处理，使其表面具有活性官能团；
S2、将石墨烯和胶黏剂充分混合，使其均匀分布在树脂中，形成石墨烯改性树脂胶黏剂；
S3、将石墨烯改性树脂胶黏剂置于胶槽中，将增强体超高分子量聚乙烯纤维于连续线上均匀铺展，设置牵引速度1-3m/min，在严格控制的条件下经过树脂浸渍；
S4、之后在55-70℃下烘干，干燥8-10min，即可制得。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，其特征在于，S1中预处理包括：将石墨烯粉末在超声作用下分散在乙醇溶剂中，石墨烯粉末:乙醇＝1:5，偶联剂按照在溶剂中质量浓度为1g-10g/100ml的比例配置偶联剂溶液，然后将直径为0.1μm-300μm，厚度为0.5nm-5nm的石墨烯置于偶联剂溶液中进行偶联处理，在搅拌下加热回流反应，得到偶联后的石墨烯。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，其特征在于：选用有机铬络合物、烷烃类、钛酸酯类偶联剂作为偶联剂。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，其特征在于，S2中具体步骤如下：
A1、制备分散剂树脂：选用N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为分散剂，按照分散剂:树脂＝1-10:100-90的重量比例将分散剂和树脂在高速搅拌条件下混合，室温下，转速3000-4000r/min，接循环冷凝水，混合均匀后制得分散剂树脂；
A2、制备石墨烯改性树脂：在偶联后的石墨烯与分散剂树脂混合，在70-90℃搅拌1-2h，混合均匀后制得石墨烯改性树脂胶黏剂。
5.根据权利要求4所述的一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，其特征在于：S2中所述的分散剂为N-甲基吡咯烷酮(NMP)，树脂为：聚氨酯、环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯酸酯或聚甲基丙烯酸酯。
6.根据权利要求4所述的一种石墨烯改性树脂基防弹复合材料的制备方法，其特征在于：S2中树脂为水性聚氨酯胶黏剂。
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