[发明专利]一种含有超细陶瓷微粉的复合纤维制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合纤维制造方法，尤其是一种含有超细陶瓷微粉的复合纤维制造方法。

背景技术

防弹衣最重要的部分是由防弹材料制成的防弹层，它起着将弹头、弹片弹开和嵌住并消释子弹、弹片冲击动能，从而有效地保护人体的作用，防弹材料性能决定了防弹衣的性能，因此，进行强度更高、柔韧性更好的新型防弹衣材料的研发工作已成为各国新材料研究的重点。防弹材料的发展从普通的钢材到合金钢，从金属材料到玻璃钢，从普通化纤到芳纶(凯夫拉：其全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺纤维”)，从单一材料到复合材料。归纳起来，有金属(包括合金材料)、玻璃钢、陶瓷、尼龙、碳化硅和凯夫拉六大类。其中，后三种是软性防弹材料，具有许多优良性能，已逐渐代替前三种刚性材料。尼龙是软性防弹材料，采用多层高强尼龙布，可有效防御手枪子弹和冲锋枪子弹，重量较轻；碳化硅纤维是一种无机纤维，它具有特别高的弹性模量，受到冲击时产生撕裂而吸收弹片的能量，削弱碎弹片对人体的伤害；凯夫拉纤维具有耐高温、高强高模量，其强度是钢的5倍。采用这种材料制成的防弹衣，防弹效果较好，穿着较舒适。当子弹或碎弹片射到凯夫拉层时，它的高强度挡住子弹，纤维本身受力变形，消耗掉子弹或弹片的动能，从而保护了穿着者的安全。最近，超高分子量聚乙烯开始用于防弹层，由于它具有更高的强度和弹性模量，以及良好的柔韧性而日益受到防弹专家的青睐。但是，随着武器研究的进展和现代防恐斗争的需要，对防弹衣和防弹材料提出了更轻、更柔韧、更高强度的要求，而钢铁和陶资类材料太重，玻璃钢和碳化碳纤维强度不足，高强尼龙，凯夫拉纤维和高分子量聚乙烯虽然具有良好的韧性，但其吸收弹片弹头能量的能力尚需改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有超细陶瓷微粉的复合纤维制造方法，该方法能制出强度更高、柔韧性更好的复合纤维材料。。

本发明的技术方案为：一种含有超细陶瓷微粉的复合纤维制造方法，其特征在于：该方法所述原料组份以重量份，92-100份聚乙烯素A8、1-5份陶瓷粉末、0.2-3份短碳纤维、0.002-0.5氧化稀土粉，陶瓷粉末尺寸为5-100纳米的，短碳纤维长度不小于150纳米，长径比3-10的，氧化稀土粉的尺寸为1-50纳米。其步骤的为：将聚乙烯素A8、陶瓷粉末，短碳纤维和氧化稀土粉末混合进行搅拌后倒入温度500-800℃的高压共聚反应釜中，聚乙烯素A8将在反映釜中熔化，将与陶瓷粉体、碳纤维和氧化稀土粉末在聚乙烯素A8熔体中进一步搅拌使之均匀分布在聚乙烯熔体中，在1000-10000MPA的压力下聚乙烯将在氧化稀土的催化作用下发生共聚反应形成超高分子量聚乙稀并将均匀分布的陶瓷粉末和碳纤维包容，经喷丝头静电喷丝形成含有超细陶瓷粉体和短碳纤维的复合纤维后再经150-300℃的高张力紧张热定型处理从而形成以超高分子量聚乙烯为主体，以纳米陶瓷粉体和短纤维为骨料的高强高弹复合纤维。陶瓷粉末可以采用刚玉粉、氧化硅粉、氧化锆粉、碳化硅、石英粉。

本发明的优点在于：本发明在通过共聚反应生成超高分子量聚乙烯的过程中加入了纳米陶瓷粉末短纤维及作为共聚反应催化剂的氧化稀土粉末，使经静电喷丝生成的纤维单丝既保留了超高分子量聚乙烯的高强度高弹性模量和良好的韧性，又因具有极高硬度、高熔点和抗磨性的陶瓷粉体颗粒而使弹头弹片不断受到硬质陶瓷粉体颗粒的撞击而改变方向和消耗能量，并因陶瓷颗粒被包容在超高分子量聚乙烯中而将能量更大范围地传递给聚乙烯基体并被吸收，再加上短碳纤维在材料中所发挥的增强和吸振作用，使这种含有纳米陶瓷微粉和短碳纤维超高分子量聚乙烯具有极好的防弹性能。

附图说明

附图为本发明工艺流程图。

具体实施方式

将100千克的聚乙烯素A8与4千克的尺寸为5-100纳米的刚玉粉，2千克的长度不小于150纳米、长径比3-10的短碳纤维和0.2千克的尺寸为1-50纳米的氧化稀土粉末混合进行搅拌后倒入温度500-800℃的高压共聚反应釜中，聚乙烯素A8将在反映釜中熔化，将与陶瓷粉体、碳纤维和氧化稀土粉末在聚乙烯素A8熔体中进一步搅拌使之均匀分布在聚乙烯熔体中，在1000-10000MPA的压力下聚乙烯将在氧化稀土的催化作用下发生共聚反应形成超高分子量聚乙稀并将均匀分布的陶瓷粉末和碳纤维包容，经喷丝头静电喷丝形成含有超细陶瓷粉体和短碳纤维的复合纤维后再经150-300℃的高张力紧张热定型处理从而形成以超高分子量(400万以上)聚乙烯为主体，以纳米陶瓷粉体和短纤维为骨料的高强高弹复合纤维。