一种用作护具背衬的高强度纤维层压板

摘要

本案公开了一种用作护具背衬的高强度纤维层压板，包括多层纤维树脂复合层，纤维树脂复合层为四周均匀包裹有胶黏剂的超高分子量聚乙烯纤维层；其中，胶黏剂包括：丙烯酸酯-乙酸乙烯酯共聚物100重量份、丙烯-苯乙烯共聚物10～12重量份、萜烯树脂10～12重量份、聚乙二醇6～8重量份、对甲氧基苯甲酸乙酯2～3重量份和氟化锶0.2～0.3重量份。本案通过对胶黏剂的改进，采用多组分复合配方，有效改善了胶黏剂对聚乙烯纤维丝的粘结强度和粘结密度，提高了层压板的韧性和抗冲击性能；使用改性的共聚物作为胶黏剂主材，可克服常规胶黏剂在固化后不耐冲击的缺陷；引入特殊规格的聚丙交酯，有效改善了层压板的结构强度和耐冲击性能。

说明书

技术领域

本发明涉及高分子复合板材，特别涉及一种用作护具背衬的高强度纤维 层压板。

背景技术

随着国防、航空航天、远洋作业以及各民用领域的发展，防护材料及增 强复合材料的性能要求日益提高。现有技术中的护具背衬多是采用单一种类 的高分子材料叠加压制获得，在两层高分子材料之间需要使用一种特殊的胶 黏剂来实现粘黏，而现有技术中所使用的这种胶黏剂基本只具有粘贴功能， 其对于增加背衬板材的抗冲击强度没有帮助，并且，当胶黏剂遇到外力冲击 时，其粘贴效果将受到影响，背衬易开裂；此外，在生产工艺中，由于胶黏 剂自身的应力存在，会使得胶黏剂本身对纤维的粘结能力大大降低，因此， 如何开发一个能够协同纤维产生高效抗冲击能力的胶黏剂以及使用这种胶黏 剂的高强度纤维层压板成为了亟待解决的难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用作护具背衬的高强度纤维层压 板，该层压板具有超高抗冲击性能、高粘结性能、高结构稳定性、高耐候性 及高使用寿命。

本案的技术方案概述如下：

一种用作护具背衬的高强度纤维层压板，包括多层纤维树脂复合层，所 述纤维树脂复合层为四周均匀包裹有胶黏剂的超高分子量聚乙烯纤维层；

其中，所述胶黏剂包括：

优选的是，所述的用作护具背衬的高强度纤维层压板，其中，所述丙烯 酸酯-乙酸乙烯酯共聚物中乙酸乙烯酯的含量为24～26wt％。

优选的是，所述的用作护具背衬的高强度纤维层压板，其中，所述丙烯- 苯乙烯共聚物中丙烯的含量为68～70wt％。

优选的是，所述的用作护具背衬的高强度纤维层压板，其中，所述聚乙 二醇的数均分子量为2000～2100g/mol。

优选的是，所述的用作护具背衬的高强度纤维层压板，其中，所述胶黏 剂还包括3～5重量份的聚己内酯。

优选的是，所述的用作护具背衬的高强度纤维层压板，其中，所述聚己 内酯的数均分子量为3300～3400g/mol。

优选的是，所述的用作护具背衬的高强度纤维层压板，其中，所述胶黏 剂还包括0.2～0.3重量份的氧化钐。

优选的是，所述的用作护具背衬的高强度纤维层压板，其中，所述胶黏 剂还包括0.02～0.03重量份的氧化银。

优选的是，所述的用作护具背衬的高强度纤维层压板，其中，所述胶黏 剂还包括6～8重量份的聚丙交酯。

优选的是，所述的用作护具背衬的高强度纤维层压板，其中，所述聚丙 交酯的的数均分子量为1500～1600g/mol，且所述聚丙交酯中，D-丙交酯与 L-丙交酯的占比为1∶9～1.2∶8.8。

本发明的有益效果：1)通过对胶黏剂的改进，采用多组分复合配方，有 效改善了胶黏剂对聚乙烯纤维丝的粘结强度和粘结密度，提高了层压板的韧 性和抗冲击性能；2)使用改性的共聚物作为胶黏剂主材，可克服常规胶黏剂 在固化后不耐冲击的缺陷；3)引入特殊规格的聚丙交酯，有效改善了层压板 的结构强度和耐冲击性能。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。

作为本案一实施例的用作护具背衬的高强度纤维层压板，包括多层纤维 树脂复合层，纤维树脂复合层为四周均匀包裹有胶黏剂的超高分子量聚乙烯 纤维层；

其中，胶黏剂包括：

研究发现，聚丙烯酸酯是一种优秀的粘结剂，但其本身根本不具备抗冲 击性能，因此需要对它进行改性，以期提高该类高强胶黏剂的抗冲击性能。 实验发现，乙酸乙烯酯的引入可以提高聚合物在分子键上的键能，从而使得 丙烯酸酯-乙酸乙烯酯共聚物具有更高的结构韧性，其在受到巨大冲击力时， 能保持聚合物不被击穿。

聚苯乙烯是一类具有较高强度的聚合物，它也同时具有出色的耐冲击性 能，但聚苯乙烯的耐候性和粘性较差，且与其他共聚物的互溶效果不够理想， 因此需要对聚苯乙烯进行改性。实验发现，丙烯与苯乙烯共聚后，丙烯与其 他添加物的渗混性好，可以调节聚合物的粘性，改善共聚物的柔韧性、结构 强度和热封热熔性能，同时对耐候性有一定的提升，而如果是将丙烯酸酯与 苯乙烯共聚，则无法达到使用丙烯共聚后的效果，而若是使用乙酸乙烯酯与 苯乙烯共聚也无法达到使用丙烯共聚后的效果。但需要注意的是，丙烯-苯乙 烯共聚物的添加量应被限制，它不是主添加剂，它是辅助改进型添加剂，若 它的添加量小于10重量份，则将导致胶黏剂的耐冲击性能受到影响，若它的 添加量大于12重量份，则将降低胶黏剂与聚乙烯纤维层的粘结牢固度，使得 层压板在受到冲击时，聚乙烯纤维层易脱胶翘起。

萜烯树脂为黏度调节剂，其数均分子量无需限定，一般在2000～ 10000g/mol即可。

聚乙二醇首次被用于纤维用热压胶黏剂的添加剂，它具有保湿、分散和 抗静电作用，不仅如此，本案通过实验还意外地发现，适量的聚乙二醇可协 效提高层压板中纤维层的抗冲击能力。

对甲氧基苯甲酸乙酯一般不作为抗氧化剂使用，但在本案的技术方案中 它被发现具有抗氧化功能，在现有技术中绝大多数胶黏剂中添加的抗氧化剂 都会与丙烯酸酯-乙酸乙烯酯共聚物、丙烯-苯乙烯共聚物及改性助剂产生一 定的排异反应，彼此之间不会很好地兼容，而本案经过多次的筛选，最终发 现了对甲氧基苯甲酸乙酯可与胶黏剂体系中的其他组分完美兼容，彼此不排 异，且对胶黏剂的其他性能没有负面影响。但对甲氧基苯甲酸乙酯的添加量 应被限制，不适合的添加量会影响最终层压板的性能。

氟化锶是首次被发现可用于改进胶黏剂的粘结强度和胶黏剂自身的抗冲 击性能，但氟化锶的添加量须被严格限制，若氟化锶的添加量小于0.2重量 份，则无法达到其设计效果；若氟化锶的添加量大于0.3重量份，则过量的 氟离子会加速胶黏剂内聚合物的老化和硬化，使胶黏剂失效。

作为本案另一实施例，其中，丙烯酸酯-乙酸乙烯酯共聚物中乙酸乙烯酯 的含量为24～26wt％。由于需要使得该共聚物呈胶粘液体状，因此，这在无 形中也就限制了所用共聚物的数均分子量，因此，在本案的技术方案中就无 需再对其数均分子量进行限定，通常使得该共聚物呈胶粘液体状的理想数均 分子量区间为2000～8000g/mol。但需要强调的是，丙烯酸酯-乙酸乙烯酯共 聚物中乙酸乙烯酯的含量须被严格限定，乙酸乙烯酯的含量将直接影响胶黏 剂的性能和内部应力，从而也将直接影响所得层压板的抗冲击性能和结构稳 定性。若丙烯酸酯-乙酸乙烯酯共聚物中乙酸乙烯酯的含量小于24wt％，则将 影响该共聚物热熔时的粘结强度，从而导致纤维层之间的粘结力下降，造成 层压板自身耐冲击性能的降低；若丙烯酸酯-乙酸乙烯酯共聚物中乙酸乙烯酯 的含量大于26wt％，则会增加该共聚物的粘度和硬度，使得该共聚物在温差 较大时产生紧缩偏差，由此对胶黏剂带来不理想的内部剪应力，致使胶黏剂 对纤维的粘结稳定性下降。

作为本案另一实施例，其中，丙烯-苯乙烯共聚物中丙烯的含量为68～ 70wt％。由于需要使得该共聚物呈胶粘液体状，因此，这在无形中也就限制了 所用共聚物的数均分子量，因此，在本案的技术方案中就无需再对其数均分 子量进行限定，通常使得该共聚物呈胶粘液体状的理想数均分子量区间为 1500～9000g/mol。但需要强调的是，丙烯-苯乙烯共聚物中丙烯的含量须被 严格限定，丙烯的含量将直接影响胶黏剂对超高分子量的聚乙烯的粘结性能 和耐冲击性能，从而也将直接影响所得层压板的结构稳定性和使用寿命。若 丙烯-苯乙烯共聚物中丙烯的含量小于68wt％，则将影响该共聚物的抗冲击性 能，导致层压板自身耐冲击性能的降低；若丙烯-苯乙烯共聚物中丙烯的含量 大于70wt％，则会反而降低该共聚物对超高分子量聚乙烯的粘结强度，使得 该共聚物在热压时的流动性变大，由此对胶黏剂与纤维丝的结合效果带来恶 劣影响，致使层压板的结构稳定性下降。

作为本案又一实施例，其中，聚乙二醇的数均分子量为2000～2100g/mol。 通过实验意外发现，聚乙二醇的数均分子量应被限制在一个极小的范围内。 若聚乙二醇的数均分子量小于2000g/mol，将影响胶粘体系的粘度系数及被 热压后的流动性，改变胶黏剂对纤维的粘结强度，从而降低层压板的抗冲击 性能；若聚乙二醇的数均分子量大于2100g/mol，则将增加胶黏剂的内部应 力，使得其在被热压时，在纤维层之间产生裂纹，由此严重影响了层压板的 耐冲击能力。

作为本案又一实施例，其中，胶黏剂还包括3～5重量份的聚己内酯。实 验发现，添加少量的聚己内酯可有效提高胶黏剂的结构韧性和耐冲击性能， 但实验数据同样表明，聚己内酯的添加量应受到限制，不合适的添加量反而 会起负面作用。更优选的是，聚己内酯的数均分子量也应被限制，优选值为 3300～3400g/mol，若小于3300g/mol，则造成层压板抗冲击性能的降低；若 大于3400g/mol，则造成胶黏剂体系整体硬度升高，影响了其与纤维丝的黏 贴牢固度，从而影响了层压板的使用寿命。

作为本案又一实施例，其中，胶黏剂还包括0.2～0.3重量份的氧化钐。 氧化钐作为无机改进协效剂，可包裹在纤维层与胶黏剂层中间，协同提高复 层压板的耐冲击性和结构韧性。当然，实验数据表明，氧化钐的添加量应被 严格限制。更优选的是，还可在胶黏剂层中加入0.02～0.03重量份的氧化银。 它可与氧化钐发挥协效作用，进一步提高层压板的耐冲击性和结构韧性。但 同样的是，氧化银的添加量应受到限制，不合适的添加量反而会产生负面影 响。

作为本案又一实施例，其中，胶黏剂还包括6～8重量份的聚丙交酯。实 验发现，聚丙交酯具有超强的结构韧性，其可以明显改善胶黏剂的结构强度， 以提高层压板在受冲击初期的防爆裂性能和后期的抗击穿能力。但聚丙交酯 的添加量应受到限制，否则将造成负面影响。更优选的是，聚丙交酯的的数 均分子量也应被限制，优选值为1500～1600g/mol，且在聚丙交酯中，D-丙 交酯与L-丙交酯的占比也优选被限制，优选值为1∶9～1.2∶8.8。丙交酯单 体存在手性结构，因此它有两种结构：D-丙交酯和L-丙交酯，因此在聚丙交 酯中，两种单体不同的占比，将影响该聚丙交酯的物理性能，从而对胶黏剂 的性能也带来较大的影响，由于两种单体不是嵌段排列，仅是无规均聚，因 此，无需对聚丙交酯中D-丙交酯和L-丙交酯的排列方式作出具体限定，而只 需对两者的占比进行限定即可，两种单体均匀混合，聚合后所得聚合物中两 种手性结构也是按比例均匀分布的。实验发现，D-丙交酯与L-丙交酯的占比 为1∶9～1.2∶8.8时，所得胶黏剂的综合抗冲击性能最佳，因此D-丙交酯 与L-丙交酯的占比应受到限制。

本案两种共聚物的合成方法属于现有技术，采用通用的烯烃的共聚条件 即可实施，且本技术方案中无需对共聚物的嵌段分布、嵌段类型以及是否属 于均聚等关于共聚物的具体结构作出限定。

表一列出含不同组分的胶黏剂的具体实施例(实施例1～10)及采用各 实施例制成的层压板的抗冲击性能测试：

表一

表二列出含不同组分的胶黏剂的具体对比例(对比例1～10)及采用各 对比例制成的层压板的抗冲击性能测试：

表二

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方 式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领 域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范 围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。