【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及纖維復合材料，尤其涉及一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料及其制備方法。
技術介紹
1、目前，防彈和防刺裝備不僅在軍事領域內得到廣泛應用，其重要性也擴展至民用領域，包括公共安全、特種警察行動、高風險行業、醫療實踐和運動保護等。傳統的防刺材料，如鋼板、陶瓷、鋁合金和鈦合金，雖然具有一定的防護效果，但其防護性能、重量和柔韌性之間存在明顯的權衡，限制了其在實際應用中的廣泛使用。
2、隨著高性能纖維技術的不斷進步，一些具有高模量、高強度和低密度特性的織物，例如超高分子量聚乙烯和芳綸織物，因其出色的柔韌性和抗穿刺性能，在柔性抗穿刺材料領域得到了廣泛應用。然而，這些高性能織物的單層結構難以提供足夠的防刺保護。盡管多層織物的堆疊可以增強防護性能，但往往會導致重量增加和柔韌性降低。因此，當前的主要挑戰在于如何在保持抗穿刺性能的同時減輕材料的重量。此外，對于在極端環境中作業的警察、消防員和工業工作人員，具備抗穿刺性和耐酸堿性的軟質防護裝備同樣至關重要。這些行業面臨的各種危險和高風險環境要求防護材料能夠有效抵御酸堿侵蝕。
3、氮化硅沸石咪唑核殼結構材料(si3n4@zif-8)是一種納米尺度有序組裝結構材料，其核殼結構之間可以通過化學鍵或物理作用力相互連接，形成層次分明的復合材料。該材料在抗穿刺防護領域展現出顯著優勢，主要表現在：si3n4@zif-8的引入能夠提升復合材料的強度和韌性，其獨特的框架結構能夠有效分散和緩沖外部施加的力量，增強材料的抗穿刺能力；si3n4@zif-8具有良好的熱穩定性和化學穩定性，能
技術實現思路
1、本專利技術的目的就在于為了解決上述問題而提供一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料及其制備方法，本專利技術制備出的材料不僅具備優異的耐腐蝕性能，還具有卓越的抗穿刺特性。這種復合材料的設計旨在滿足現代高性能防護裝備的需求，具有廣泛的應用潛力和市場前景。
2、本專利技術通過以下技術方案來實現上述目的：
3、一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：
4、s1、活性高性能纖維的制備：對高性能纖維進行表面清潔和干燥處理，隨后將其置于等離子體反應室內進行等離子體處理，從而獲得具有活性的高性能纖維；
5、s2、制備核殼si3n4@zif-8分散液：將納米si3n4、鋅鹽、2-甲基咪唑溶解于足量的醇類溶劑中，通過微波-超聲輔助法制備核殼si3n4@zif-8晶體分散液；
6、s3、制備si3n4@zif-8修飾纖維：將s2所得核殼si3n4@zif-8分散液通過表面沉積工藝將核殼si3n4@zif-8晶體錨定于s1所得活性高性能纖維表面，得到si3n4@zif-8修飾纖維；
7、s4、制備高性能纖維復合材料：運用聚合物/聚合物涂層溶液對s3所得si3n4@zif-8修飾纖維進行界面改性，制備出高性能纖維復合材料；
8、s5、制備高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料：將s4所得高性能纖維復合材料進行層疊復合，最終制備出高強度、耐腐蝕、抗穿刺的纖維復合材料。
9、根進一步方案為，所述步驟s1中所述高性能纖維為超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維、聚砜纖維、尼龍纖維、碳纖維、聚酰亞胺纖維、聚酯纖維中的至少一種；
10、根進一步方案為，所述步驟s1中等離子體處理技術中氣體選擇為氧氣、氮氣、氫氣、氬氣、氦氣中的至少一種，處理時間0.5-10min，處理壓力10-130pa，處理溫度20-60℃，處理功率20-300w；
11、根進一步方案為，所述步驟s2中鋅鹽為乙酸鋅、氯化鋅、硝酸鋅中、硫酸鋅、醋酸鋅、磷酸鋅、碳酸鋅中的至少一種，鋅鹽溶液的濃度為0.01～0.5mol/l，所述微波-超聲輔助法的處理時間1～48h，處理溫度為20～200℃，所述核殼si3n4@zif-8分散液中納米si3n4、2-甲基咪唑、鋅鹽三者的質量比為1：2-3：0.7-0.9；
12、進一步方案為，所述步驟s2中醇類溶劑為甲醇、乙醇、苯甲醇、乙二醇、丙三醇、正丁醇、環己六醇中的至少一種，所述核殼si3n4@zif-8晶體的平均粒徑3.0μm～4.0μm；
13、根進一步方案為，所述步驟s3中表面沉積的工藝為超聲波輔助法、熱處理法(溶劑蒸發、加熱結晶等)、共價鍵合法、化學沉積法、電化學沉積法中的至少一種；
14、根進一步方案為，所述步驟s4中聚合物為聚對苯二甲酸乙二酯(pet)、聚氨酯(pu)、聚氯乙烯(pvc)、聚丙烯(pp)、聚乙烯(pe)、聚碳酸酯(pc)、聚酰胺(pa)、聚酯彈性體(tpee)、聚醚醚酮(peek)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(eva)、聚偏氟乙烯(pvdf)、聚四氟乙烯(ptfe)中的至少一種；
15、根進一步方案為，所述步驟s4中聚合物涂層溶液為聚合物與有機/無機溶劑的混合物或樹脂與無機粉末形成的混合涂層溶液中的一種；
16、根進一步方案為，所述步驟s4中界面改性的工藝為熱壓、浸漬、涂敷、噴涂、輥涂、輥壓、流延、超聲波振動處理中的一種或多種；
17、根進一步方案為，所述步驟s5中層疊復合數為2～40層，其中兩層極限氧指數為20-45％，最大穿刺力為350-550n，拉伸強度為450-820mpa。
18、本專利技術另一方面還提供了通過上述的制備方法得到的高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料及其用途。
19、本專利技術的有益效果在于：
20、本專利技術的一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料及其制備方法，首先對高性能纖維進行等離子體處理，該過程能夠改變纖維表面的化學組成和結構，增加表面官能團(如羥基和羧基)，從而增強纖維與其他材料(包括涂層、粘合劑和染料)的結合能力。接著，采用表面沉積工藝將核殼si3n4@zif-8晶體錨定于經過等離子體處理的高性能纖維表面，si3n4@zif-8的存在能夠優化穿刺過程中能量的吸收與分散，顯著提升材料的防刺性能和力學性能。此外，通過使用聚合物/聚合物涂層溶液對織物進行界面改性，不僅增強了織物的耐久性和耐磨性，還賦予了織物耐腐、抗菌及抗靜電等特殊功能，使其能夠更好地抵御外部環境的影響。最終，通過層疊復合所得纖維材料，進一步提升了材料的防刺保護水平，從而開發出一種具有耐腐蝕、抗穿刺等多重優勢的高性能防護材料，為現代高性能防護裝備提供了新的解決方案。
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1.一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中等離子體處理中氣體選擇為氧氣、氮氣、氫氣、氬氣、氦氣中的至少一種，處理時間0.5-10min，處理壓力10-130Pa，處理溫度20-60℃，處理功率20-300W。
3.如權利要求1所述的一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中所述高性能纖維為超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維、聚砜纖維、尼龍纖維、碳纖維、聚酰亞胺纖維、聚酯纖維中的至少一種。
4.如權利要求1所述的一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中鋅鹽為乙酸鋅、氯化鋅、硝酸鋅中、硫酸鋅、醋酸鋅、磷酸鋅、碳酸鋅中的至少一種，鋅鹽溶液的濃度為0.01～0.5mol/L，所述微波-超聲輔助法的處理時間1～48h，處理溫度為20～200℃，所述核殼Si3N4@ZIF-8分散液中納米Si3N4、2-甲基咪唑、鋅鹽三者的質量比為1：2-3：0.7-0.9。
6.如權利要求1所述的一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中表面沉積的工藝為超聲波輔助法、熱處理法(溶劑蒸發、加熱結晶等)、共價鍵合法、化學沉積法、電化學沉積法中的至少一種。
7.如權利要求1所述的一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中聚合物為聚對苯二甲酸乙二酯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酯彈性體、聚醚醚酮、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中的至少一種。
8.如權利要求1所述的一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中聚合物涂層溶液為聚合物與有機/無機溶劑的混合物或樹脂與無機粉末形成的混合涂層溶液中的一種；
9.如權利要求1所述的一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S5中層疊復合數為2～40層，其中兩層極限氧指數為20-45％，最大穿刺力為350-550N，拉伸強度為450-820MPa。
10.如權利要求1-9任一項所述的制備方法得到的高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料及其用途。
...【技術特征摘要】
1.一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中等離子體處理中氣體選擇為氧氣、氮氣、氫氣、氬氣、氦氣中的至少一種，處理時間0.5-10min，處理壓力10-130pa，處理溫度20-60℃，處理功率20-300w。
3.如權利要求1所述的一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中所述高性能纖維為超高分子量聚乙烯纖維、芳綸纖維、聚砜纖維、尼龍纖維、碳纖維、聚酰亞胺纖維、聚酯纖維中的至少一種。
4.如權利要求1所述的一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中鋅鹽為乙酸鋅、氯化鋅、硝酸鋅中、硫酸鋅、醋酸鋅、磷酸鋅、碳酸鋅中的至少一種，鋅鹽溶液的濃度為0.01～0.5mol/l，所述微波-超聲輔助法的處理時間1～48h，處理溫度為20～200℃，所述核殼si3n4@zif-8分散液中納米si3n4、2-甲基咪唑、鋅鹽三者的質量比為1：2-3：0.7-0.9。
5.如權利要求1所述的一種高強度耐腐蝕抗穿刺纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中醇類溶劑為甲醇、乙醇、苯甲醇、乙二醇、...
【專利技術屬性】
技術研發人員：毛超英，尹華模，劉忠平，郝曉飛，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院化工材料研究所，
類型：發明
國別省市：
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