[发明专利]碳纳米管防弹复合纤维膜及其制备方法与应用

说明书

本申请公开了一种碳纳米管防弹复合纤维膜及其制备方法及应用。所述复合纤维膜包括复数根第一纤维与复数根第二纤维交织形成的二维面状结构，其中至少部分的第一纤维于所述二维面状结构所在平面或曲面上沿第一方向取向，至少部分的第二纤维于所述二维面状结构所在平面或曲面上沿第二方向取向，所述第一纤维为碳纳米管纤维，所述第二纤维包括高性能聚合物纤维。优选的，所述第一、第二纤维上还包覆有树脂材料。本申请的碳纳米管防护复合纤维膜具有优异的静态、动态力学强度和抗冲击性能，同时还具有柔性、轻质、耐磨、透气等特点，尤其适于制备可穿戴式的防弹装备，同时其制备工艺简单可控，适于规模化批量生产。

技术领域

本申请涉及一种防护材料，特别是一种碳纳米管防弹复合纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术

从古至今，个体防护材料一直是安全的保证。随着社会发展，国内外冲突矛盾存在，枪械威力的提高，军用防护材料的需求日趋重要，而且更需要在保证防护的前提下考虑轻质、柔性、舒适性。传统的防护材料无法满足这些新的要求。例如，传统硬质防护材料多采用钢板等金属防护于人们身体前后方，其重量、体积较大，且为刚性结构，不便穿戴，且穿戴后严重限制人体的活动，穿着舒适性、透气性差。而近年来常用的软质防护材料主要是利用芳纶、UHMWPEPE纤维等高性能纤维材料制备其虽然较之钢板等在重量方面有一定的减轻，但仍然需要将高性能纤维材料紧密化制备为插板以实现防护目的，使得此类软质防护材料仍结构硬实、重量也仍高达6kg/m²，不便于穿着，穿戴舒适性仍然较差。

碳纳米管具有质量轻、力学性能优越、结构柔韧性好、以及耐腐蚀和阻燃特性等优良性能，有望用于改善防弹材料的性能。相应的，研究人员也已经开展了一些相关研究。例如CN1515406A通过将碳纳米管纯化与分散处理，并与氧化硼反应合成碳化硼原料，再进行后续处理制造出一种防弹涂层。根据该方法制成的防弹涂层硬度高，但是所制得的硬质防护材料不符合柔软轻质的要求。又如，张翠等将碳纳米管纯化后混合偶联剂、胶粘剂涂敷到UHMWPE上，制备出复合防护材料，该防护材料中系是将碳纳米管作为增强组分，一方面对于防护材料的可穿戴性和穿戴舒适性并无改善，另一方面也仅能小幅提升防护材料的防弹性能，防护材料的防弹功能主要还是由UHMWPE材料提供的。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种碳纳米管防弹复合纤维膜及其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本申请采用的技术方案包括：

本申请实施例提供了一种碳纳米管防弹复合纤维膜，其包括复数根第一纤维与复数根第二纤维交织形成的二维面状结构，其中至少部分的第一纤维于所述二维面状结构所在平面或曲面上沿第一方向取向，至少部分的第二纤维于所述二维面状结构所在平面或曲面上沿第二方向取向，所述第一纤维为碳纳米管纤维，所述第二纤维包括高性能聚合物纤维。

在一些较佳实施方案中，至少于所述第一纤维表面和/或所述第二纤维表面还包覆有树脂材料。

在一些较佳实施方案中，复数根第一纤维及复数根第二纤维于所述二维面状结构所在的平面或曲面上密集排布，并且至少两根第一纤维之间和/或至少两根第二纤维之间和/或至少一根第一纤维与至少一根第二纤维之间还经树脂材料连接。

在一些较佳实施方案中，所述碳纳米管纤维是经致密化处理过的。

在一些较佳实施方案中，所述碳纳米管防弹复合纤维膜包括两个以上所述的二维面状结构，并且该两个以上二维面状结构沿垂直于所述碳纳米管防弹复合纤维膜表面的方向层叠设置。

进一步的，所述碳纳米管纤维包括采用立式浮动CVD生长法连续生长形成的碳纳米管纤维。

进一步的，所述碳纳米管防弹复合纤维膜是柔性膜，其具有良好透气性、低密度、低膜厚、高力学强度、良好柔韧性和优异的动态、静态吸能性能。