CN204955594U - 一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布及其制造设备 - Google Patents

Abstract

一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布，其结构包括多层的纳米氧化铝复合芳纶无纬布的叠加组成；所述每层纳米氧化铝复合芳纶无纬布为一块单料纤维布与另一块大小、形状相同，且经纬线互相垂直的单料纤维布叠加在一起，通过加热、加压粘合固定连接后构成；一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布的制造设备，包括，电动滚筒、纤维筒、胶盒以及烘干装置，所述电动滚筒的一端与胶盒的一端连接，胶盒的另一端与烘干装置的一端连接，所述烘干装置的另一端与纤维筒的一端连接，所述烘干装置上方还设置一个余热回收装置，该实用新型增强了非金属防弹材料的硬度以及抗冲击性能，在增强各种防弹参数的情况下，减轻了整体防弹材料的负荷重量，工艺简单，安全系数高。

Description

一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布及其制造设备

技术领域

本实用新型专利涉及一种无纬布及其生产制备技术领域，尤其是一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布及其制造设备，其所用的胶黏剂添加了纳米氧化铝，氧化铝所占重量百分比为0.5-8.0，这种复合芳纶无纬布的耐(抗)冲击性能好，抗钝伤能力优良，通过特殊设备制作加工，节能环保。

背景技术

芳纶纤维全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺",英文名称为Aramidfiber，是一种新型高科技合成纤维。由于分子链中含有苯环结构，因此，其分子链钢性高、纤维强度大。其强度是普通钢丝的5～6倍，模量值为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是普通钢丝的2倍，而重量仅为普通钢丝的1/5左右，在560℃的温度下，其特殊的分子链结构能保证该纤维不分解、不融化，并具有良好的绝缘性。

传统的防弹非金属材料基本采用芳纶无纬布技术，其由芳纶纤维在缠绕机等设备上，通过展丝、浸胶、干燥等工序制造而成，现今普遍采用主体成分为丙烯酸、聚氨酯的溶剂或水性的胶液进行浸胶制作，这些胶液覆盖在纤维上，起到固定纤维位置的作用，使无纬布在受到子弹冲击时，能够沿纤维传递子弹的能量，起到防弹的作用。

芳纶纤维的性能非常优良，具有最高抗扩张强度，很高的弹性模量和较低的比密度，但单根的芳纶纤维并不能防弹，必须与胶液复合制作成无纬布，以布的状态，多层层叠的形式将子弹冲击的能量吸收、分散，起到防弹的作用。但由于胶液的力学性能与芳纶纤维相差甚远，采用上述技术制得的芳纶无纬布综合性能受到很大影响，主要体现在无纬布的硬度较低即在子弹入射时无纬布的蠕变严重，抗冲击性能差，虽然子弹没有穿透但造成了很严重的“钝伤”，只能添加无纬布层数或者增加高成本的防钝伤材料达到防护的效果，这样增加了穿着者的负荷。

由于芳纶限位具有上述技术特性，现今大多数的防弹衣、头盔、防弹装甲大都采用此类技术，但是这种材料制成的防弹装置虽比钢板具有重量轻，便于携带，制造成本低等优点，但是其所达到的硬度以及抗冲击性能还有待提高。

而且现有的生产设备能耗高，自身不具备环保节能理念，对环境和操作人员伤害较大，原材料在制造过程中还有一部分的浪费现象。

实用新型内容

本实用新型的目的是，提供一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布及其制造设备，解决了传统防弹材料及其制作工艺的不足，提高了抗冲击性能以及自身的硬度，工艺简单，材料成本低廉，负荷轻，节能环保。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布，其成分构成包括：芳纶纤维和胶液，所述胶液中加入了纳米氧化铝，纳米氧化铝在复合芳纶无纬布中所占的重量百分比为0.5-8.0；其结构构成包括多层的纳米氧化铝复合芳纶无纬布的叠加，即多层结构，所述每层纳米氧化铝复合芳纶无纬布为一块单料纤维布与另一块大小、形状相同，且经纬线互相垂直的单料纤维布叠加在一起，通过加热、加压粘合固定连接后构成；

纳米氧化铝的添加使得分子以小块的形式整体运动，除了减小大分子的蠕变外，还使材料的抗冲击性能得到提升；

将两块纤维布粘合在一起，制成具备经纬效果的无纬布，此种纳米氧化铝复合芳纶无纬布因为具备经纬效果，在吸收子弹动能的情况下，同样的厚度经实验验证，效果最佳。

作为一种举例说明，所述胶液包括：树脂水溶液、固化剂和纳米氧化铝，树脂水溶液与主体树脂的质量比为20-50:80-50；树脂水溶液与固化剂的质量比为100:0.1-5；

作为一种举例说明，所述主体树脂一般采用聚氨酯或丙烯酸类树脂；

作为一种举例说明，所述固化剂可以是胺类固化剂、酸酐类固化剂和聚酰胺固化剂等类型中的一种或者组合；

作为一种举例说明，所述胶液中还可以添加一定比例的消泡剂和分散剂等助剂；

作为一种举例说明，所述助剂的含量不超过总质量的10％；

本实用新型还提供一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布的制造设备，

包括，电动滚筒、纤维筒、胶盒以及烘干装置，所述电动滚筒的一端与胶盒的一端连接，胶盒的另一端与烘干装置的一端连接，所述烘干装置的另一端与纤维筒的一端连接；

作为一种举例说明，所述烘干装置上方还设置一个余热回收装置；

作为一种举例说明，所述余热回收装置通过吸风机的吸气操作，将烘干装置上的含胶颗粒的余热废气吸入，通过管道，供给给胶盒预热；

所述余热回收装置将回收来的余热再次利用，给胶盒里面的胶体进行预加热，使得胶盒里面的胶体达到更好的与纤维的滚胶效果的同时，不二次浪费能源，还能将烘干装置上所吸收的有害胶体颗粒再次投放到胶盒内的胶体中固定下来，起到节能环保的双作用。

本实用新型还提供一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布的制备方法，包括：胶液配制工序、滚胶操作工序、停车剪断工序、加热烘干工序和交错压叠工序；

1、胶液配制工序：

采用树脂水溶液、固化剂和纳米氧化铝进行配制，树脂水溶液与主体树脂的质量比为20-50:80-50；树脂水溶液与固化剂的质量比为100:0.1-5；纳米氧化铝在复合芳纶无纬布中所占的重量百分比为0.5-8.0；胶液中还可以添加一定比例的消泡剂和分散剂等助剂，所述助剂的含量不超过总质量的10％；主体设备采用制作无纬布所用的专业缠绕机，将配置好的胶液置于缠绕机的胶盒中，完成胶液配制工序操作；

2、滚胶操作工序：

将芳纶纤维穿过所述胶盒，固定于缠绕机滚筒的一端，开启机器，芳纶纤维透过胶盒后带着胶粘结，缠绕在缠绕机的滚筒上；

所述缠绕机滚筒的速度，根据芳纶纤维的线密度进行设置，保证纤维与纤维之间平行排布，没有缝隙；

3、停车剪断工序：

当纤维排布缠绕到滚筒的另一端时，即表示一层布做好，此时关掉设备，剪断纤维，完成停车剪断工序；

4、加热烘干工序：

对已完成的一块单料纤维布进行加热烘干，温度范围为50℃-120℃之间；干燥完毕后，从滚筒取下单料纤维布，完成加热烘干工序；

5、交错压叠工序：

取下排布好的单料纤维布沿垂直纤维方向的二分之一处剪开，变成大小形状相同的两块，将其中一块纤维布顺时针旋转90度，覆盖在另一块之上，用加热加压的方式，将两块纤维布粘合在一起，制成具备经纬效果的无纬布，完成交错压叠工序。

氧化铝又名三氧化二铝，是白色晶状粉末，具有高强度、高硬度、抗磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘性好、表面积大等优异特性的功能结构材料。氧化铝有很多同质异型相，其中最常见几种晶型有α、β、γ等。近年来，随着对纳米氧化铝研究的不断深入，其应用领域也在不断的拓宽。纳米氧化铝胶液是带正电荷的羽毛状氧化铝胶粒分散在以水为溶剂的胶黏剂中。由于其独特的结构特性，可以均匀分散于胶黏剂的主体树脂中，形成树脂/纳米氧化铝复合材料，这种复合材料的力学、热学、电磁学等性能都较原树脂有明显不同。特别是耐磨、韧性和抗冲击性得到了大幅提高，从而或得了优异的综合性能。而且胶液的粘度较低，水能渗透的地方都能渗透，当胶液水份蒸发时，胶体粒子牢固地附着在物体表面，粒子间形成铝氧结合，极大的提高材料的硬度和抗冲击性能。

本实用新型的有益效果：

1、通过胶液氧化铝的特殊工艺添加，增强了非金属防弹材料的硬度以及抗冲击性能；

2、采用特殊工艺制造，在增强各种防弹参数的情况下，减轻了整体防弹材料的负荷重量；

3、工艺简单，造价低廉，安全系数高；

4、制造设备节能环保；

附图说明

图1是本实用新型一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布的制造设备示意图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明。

参照图1所示，一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布及其制造设备，解决了传统防弹材料及其制作工艺的不足，提高了抗冲击性能以及自身的硬度，工艺简单，材料成本低廉，负荷轻。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布，其成分构成包括：芳纶纤维和胶液，所述胶液中加入了纳米氧化铝，纳米氧化铝在复合芳纶无纬布中所占的重量百分比为0.5-8.0；经实验验证，当纳米氧化铝处于此重量百分比时，防弹效果最佳，制造成本最低；

纳米氧化铝的添加使得分子以小块的形式整体运动，除了减小大分子的蠕变外，还使材料的抗冲击性能得到提升；

作为一种举例说明，所述胶液包括：树脂水溶液、固化剂和纳米氧化铝，树脂水溶液与主体树脂的质量比为20-50:80-50，经实验验证，此种比例的配制能不改变防弹性能的同时，最大程度的减小对环境的污染；

树脂水溶液与固化剂的质量比为100:0.1～5，经多次实验验证，此种比例设置能在保证最低制造成本以及最佳防弹性能不变的前提下，最大程度的方便工艺生产，降低劳动强度，提高成品的出厂时间；

作为一种举例说明，所述主体树脂一般采用聚氨酯或丙烯酸类树脂；

作为一种举例说明，所述固化剂可以是胺类固化剂、酸酐类固化剂和聚酰胺固化剂等类型中的一种或者组合；

作为一种举例说明，所述胶液中还可以添加一定比例的消泡剂和分散剂等助剂；

作为一种举例说明，所述助剂的含量不超过总质量的10％；

一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布的制造设备，

包括，电动滚筒101、纤维筒104、胶盒102以及烘干装置103，所述电动滚筒101的一端与胶盒102的一端连接，胶盒102的另一端与烘干装置103的一端连接，所述烘干装置103的另一端与纤维筒104的一端连接；

作为一种举例说明，所述烘干装置103上方还设置一个余热回收装置105；

作为一种举例说明，所述余热回收装置105通过吸风机的吸气操作，将烘干装置上103的含胶颗粒的余热废气吸入，通过管道，供给给胶盒102预热；

所述余热回收装置105将回收来的余热再次利用，给胶盒102里面的胶体进行预加热，使得胶盒102里面的胶体达到更好的与纤维的滚胶效果的同时，不二次浪费能源，还能将烘干装置103上所吸收的有害胶体颗粒再次投放到胶盒102内的胶体中固定下来，起到节能环保的双作用。

本实用新型还提供一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布的制备方法，包括：胶液配制工序、滚胶操作工序、停车剪断工序、加热烘干工序和交错压叠工序；

1、胶液配制工序：

采用树脂水溶液、固化剂和纳米氧化铝进行配制，树脂水溶液与主体树脂的质量比为20-50:80-50；树脂水溶液与固化剂的质量比为100:0.1-5；纳米氧化铝在复合芳纶无纬布中所占的重量百分比为0.5-8.0；胶液中还可以添加一定比例的消泡剂和分散剂等助剂，所述助剂的含量不超过总质量的10％；主体设备采用制作无纬布所用的专业缠绕机，将配置好的胶液置于缠绕机的胶盒102中，完成胶液配制工序操作；

2、滚胶操作工序：

将芳纶纤维穿过所述胶盒102，固定于缠绕机滚筒的一端，开启机器，芳纶纤维透过胶盒102后带着胶粘结，缠绕在缠绕机的滚筒上；

所述缠绕机滚筒的速度，根据芳纶纤维的线密度进行设置，保证纤维与纤维之间平行排布，没有缝隙；

3、停车剪断工序：

当纤维排布缠绕到滚筒的另一端时，即表示一层布做好，此时关掉设备，剪断纤维，完成停车剪断工序；

4、加热烘干工序：

对已完成的一块单料纤维布进行加热烘干，温度范围为50℃-120℃之间；干燥完毕后，从滚筒取下单料纤维布，完成加热烘干工序；

5、交错压叠工序：

取下排布好的单料纤维布沿垂直纤维方向的二分之一处剪开，变成大小形状相同的两块，将其中一块纤维布顺时针旋转90度，覆盖在另一块之上，用加热加压的方式，将两块纤维布粘合在一起，制成具备经纬效果的无纬布，完成交错压叠工序。

氧化铝又名三氧化二铝，是白色晶状粉末，具有高强度、高硬度、抗磨损、耐腐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘性好、表面积大等优异特性的功能结构材料。氧化铝有很多同质异型相，其中最常见几种晶型有α、β、γ等。近年来，随着对纳米氧化铝研究的不断深入，其应用领域也在不断的拓宽。纳米氧化铝胶液是带正电荷的羽毛状氧化铝胶粒分散在以水为溶剂的胶黏剂中。由于其独特的结构特性，可以均匀分散于胶黏剂的主体树脂中，形成树脂/纳米氧化铝复合材料，这种复合材料的力学、热学、电磁学等性能都较原树脂有明显不同。特别是耐磨、韧性和抗冲击性得到了大幅提高，从而或得了优异的综合性能。而且胶液的粘度较低，水能渗透的地方都能渗透，当胶液水份蒸发时，胶体粒子牢固地附着在物体表面，粒子间形成铝氧结合，极大的提高材料的硬度和抗冲击性能。

为了更好的说明生产工序，作为一种举例说明，将一定量的氧化铝分散液(氧化铝含量为20％)与原胶液按质量比的1：20混合配比成所述胶液，搅拌1-2h，将配置好的胶液加入胶盒，将线密度为1680dtex的芳纶纤维穿过胶盒，在缠绕机上平行缠绕，缠绕机滚筒的周长为2.4m，筒高1.2m，滚筒旋转速度为72转/min；缠好后在温度79℃的红外线下，干燥30min，制成纤维布后取下，裁切旋转后，放置于平板压机上，压机温度为100℃，压力10Mpa，压制3min，制作成复合芳纶无纬布。将制成的芳纶无纬布剪裁成400mm*400mm正方形靶片，层叠28层后进行打靶测试，按NIJ0101.06IIIA级进行检测，胶泥凹陷处比未经处理的芳纶无纬布平均小5mm。

实验证明，该特殊配比及工艺生产出的复合芳纶无纬布的防护效果显著，同时加入纳米氧化铝的无纬布制得的芳纶防弹衣、头盔的重量较轻，有效地提高了军队的快速反应能力和防护能力。

本实用新型通过胶液氧化铝的特殊工艺添加以及配比，增强了非金属防弹材料的硬度以及抗冲击性能；采用特殊工艺制造，在增强各种防弹参数的情况下，减轻了整体防弹材料的负荷重量；该实用新型工艺简单，造价低廉，安全系数高。

以上所述的仅为本实用新型的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布，其特征在于，其结构包括多层的纳米氧化铝复合芳纶无纬布的叠加组成；

所述每层纳米氧化铝复合芳纶无纬布为一块单料纤维布与另一块大小、形状相同，且经纬线互相垂直的单料纤维布叠加在一起，通过加热、加压粘合固定连接后构成。

2.一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布的制造设备，包括，电动滚筒、纤维筒、胶盒以及烘干装置，所述电动滚筒的一端与胶盒的一端连接，胶盒的另一端与烘干装置的一端连接，所述烘干装置的另一端与纤维筒的一端连接；

其特征在于，所述烘干装置上方还设置一个余热回收装置。

3.根据权利要求2所述的一种纳米氧化铝复合芳纶无纬布的制造设备，其特征在于，所述余热回收装置内设置有吸风机。