[发明专利]一种超高分子量聚乙烯纤维/剪切增稠流体复合纤维制备的防弹材料

说明书

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯纤维/剪切增稠流体复合纤维制备的防弹材料，其特征在于，首先将剪切增稠流体与纺丝溶剂或低浓度超高分子量聚乙烯溶解料混合均匀，按照一定比例加入超高分子量聚乙烯纤维纺丝混合料中，经过挤出成型得到复合冻胶纤维，然后经过萃取、干燥或直接干燥和多级热牵伸得到超高分子量聚乙烯与剪切增稠流体复合纤维；再将超高分子量聚乙烯与剪切增稠流体复合纤维经过经编、纬编、机织、非织造等形式做成织物或片材；最后，将织物或片材通过浸渍或喷涂等形式上胶做成软质防弹材料或热压成硬质防弹材料。本发明通过在超高分子量聚乙烯纤维生产过程中引入剪切增稠流体，解决了长时间放置纳米微球会沉降和分布不均匀等问题。

技术领域

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯与剪切增稠流体复合纤维制备的防弹材料。

背景技术

超高分子量聚乙烯纤维是玻璃化转变温度低的热塑性纤维，韧性很好，在塑性变形过程中吸收能量，因此，它的复合材料在高应变率和低温下仍具有良好的力学性能，抗冲击能力比碳纤维、芳纶纤维及一般玻璃纤维复合材料高。超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比冲击总吸收能量 Et/p 分别是碳、芳纶和 E 玻璃纤维的 1.8、2.6 和 3 倍，其防弹能力比芳纶装甲结构的防弹能力高 2.6 倍。超高分子量聚乙烯纤维的冲击强度几乎与尼龙相当，在高速冲击下的能量吸 收是芳纶（PPTA）纤维、尼龙纤维的两倍。这种性能非常符合制作防弹材料。

剪切增稠流体(Shear Thickening Fluid，简称STF)是一种非牛顿流体。该流体的粘度与剪切速率密切相关，当剪切速率超过某一临界值时，其粘度能够急剧增大，即产生所谓的剪切增稠。剪切增稠液体在高速冲击下，表观粘度能够发生巨大变化，甚至由液相转变成固相，从而呈现出固体的抗冲击性能，而当冲击力消除之后又能够迅速从固相转变成液相，其剪切增稠效应是可逆的。根据此特性，可将剪切增稠流体应用于材料的抗冲击领域，例如用于防弹材料、防护设备和减振设备等的制造中。目前的研究和实验结果表明，剪切增稠流体在低剪切速率下，出现剪切变稀现象;而在高剪切速率下，出现剪切增稠现象。英国的Barnes根据这种实验现象，总结了“胀流流体”(即为剪切增稠流体)的剪切增稠现象。有关剪切增稠的微观机理有两种:一种是由Hoffman提出的ODT机理(有序到无序)，即剪切变稀是由于体系中粒子有序程度的提高，剪切增稠是由于体系中粒子的有序结构受到破坏而引起的。另一种机理则认为，剪切增稠是由于流体作用力引起体系中形成“粒子簇”，使得体系的粘度增大。

发明内容

目前有专利利用STF液体与高性能纤维织物复合制备的液体抗冲击材料，即利用编织布和PVC等热熔材料，采用热熔滚压或热熔模压的工艺贴合在三维夹心材料复合材料的两侧，沿边贴合封闭形成三维夹心封装袋，将配置好的STF液体注入这种三维夹心结构的腔体中，贴合封闭。将STF液体灌入三维夹心复合材料袋中，长时间STF液体中的纳米微球会沉降，导致分布不均匀，容易发生组成变化，严重影响材料的吸能特性。并且，外层材料三维编织布材料通过热合(热熔滚压或热熔模压)不易实施，成本高，耗能大，给封装带来很大困难。

本发明的目的在于通过在超高分子量聚乙烯纤维生产过程中引入剪切增稠流体，使得剪切增稠流体在超高分子量聚乙烯基体中均匀分散，然后通过高倍牵伸迁移到纤维表面，在纤维表面形成一层纳米颗粒层，解决了长时间放置纳米微球会沉降和分布不均匀等问题。通过超高分子量聚乙烯与剪切增稠流体复合纤维制备的防弹材料具有良好的抗弹性能，尤其是对于降低凹陷有显著效果。

本发明涉及一种超高分子量聚乙烯与剪切增稠流体复合纤维制备的防弹材料，其特征在于，首先将剪切增稠流体与纺丝溶剂或者低浓度超高分子量聚乙烯溶解料混合均匀，按照一定比例加入到超高分子量聚乙烯纤维纺丝混合料中，经过挤出成型得到复合冻胶纤维，然后经过萃取、干燥或者直接干燥和多级热牵伸得到超高分子量聚乙烯与剪切增稠流体复合纤维。

具体过程如下：