【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及高性能防護復合材料的，具體涉及一種新型混雜纖維復合材料、其制備方法及應用。
技術介紹
1、高性能纖維復合材料，以其卓越的輕質、高強度、高韌性及優異的抗沖擊、抗切割性能，在防護領域發揮著舉足輕重的作用。這類材料主要由高性能纖維(如碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等)與樹脂等基體材料通過精密加工成型而成，不僅具備出色的物理力學性能，還具有良好的環境適應性和耐候性，已被廣泛應用于防彈衣、頭盔、護具等個人防護裝備以及軍用裝備的防護裝甲和外殼等。輕質高強的特點能夠減輕負重，提高作戰靈活性；高強高韌性能有效抵御槍彈、爆炸等高速沖擊載荷，保護人身安全和裝備安全；良好的耐磨性和抗切割性能防止銳利物體的劃傷，進一步提升防護效果。
2、傳統的高性能防護復合材料由芳綸纖維與環氧樹脂、乙烯基樹脂等熱固性材料復合而成。熱固性樹脂的韌性較差，固化后分子間交聯形成三維網絡結構，受到沖擊載荷時，基體材料難以通過變形等方式吸收和耗散沖擊能量，容易發生脆性斷裂，無法將載荷傳遞到纖維，極大地限制了纖維的剪切、拉伸吸能效果。研究表明，通過混雜改性纖維，能獲得高強高韌的復合材料，提高高性能纖維復合材料的防護性能。中國專利cn202410827236.6公開了一種輕量化高阻燃防高速破片復合層，需要將芳綸纖維和超高分子量聚乙烯纖維混雜編織，成型工藝復雜且條件苛刻。中國專利cn202410885404.7公開了一種直升機用輕量化抗彈防爆復合裝甲，將碳纖維和芳綸纖維混雜編織，采用環氧樹脂制備成復合層，但質量較重且防彈性能較差。中國專利cn2022
技術實現思路
1、本專利技術的目的之一在于提供一種新型混雜纖維復合材料，兼具輕質高強與良好的耐磨性和防護性能，在需要承受高應力、高沖擊及復雜載荷領域具有廣闊的應用前景和市場價值。
2、本專利技術的目的之二在于提供一種新型混雜纖維復合材料的制備方法，將纖維平紋織物進行等離子改性處理，增大了纖維的粗糙度與紗間摩擦力，且纖維改性后表面存在大量羥基，在一體化梯度熱壓成型時易與tpu中極性強的脲基(-nhconh-)、酰胺基(-nhco-)以及亞胺基(-nh-)形成氫鍵，促進物理交聯作用，使得纖維與樹脂緊密結合，提高了混雜纖維復合材料的層間結合力與摩擦能。
3、本專利技術的目的之三在于提供一種新型混雜纖維復合材料的應用。
4、本專利技術實現目的之一所采用的方案是：一種新型混雜纖維復合材料，所述新型混雜纖維復合材料包括依次層疊的能量緩沖層、剪切防護層、拉伸增強層與形變吸能層，所述能量緩沖層為韌性芳綸纖維-超高分子量聚乙烯纖維/tpu復合材料，所述剪切防護層為高性能碳纖維/tpu復合材料，所述拉伸增強層為韌性芳綸纖維/tpu復合材料，所述形變吸能層為柔韌性超高分子量聚乙烯纖維/tpu復合材料。
5、優選地，所述新型混雜纖維復合材料的總厚度8-10mm，其中，能量緩沖層厚度0.5-1.5mm，剪切防護層厚度1.5-2.5mm，拉伸增強層厚度3.5-4.5mm，形變吸能層厚度1-1.5mm。
6、本專利技術實現目的之二所采用的方案是：一種所述的新型混雜纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：
7、(1)將芳綸纖維平紋織物、超高分子量聚乙烯纖維平紋織物、碳纖維平紋織物、高彈性熱塑性聚氨酯樹脂薄膜干燥備用；
8、(2)將步驟(1)中的纖維平紋織物進行等離子體處理，得到改性平紋織物；
9、(3)將步驟(2)中的改性平紋織物按照能量緩沖層、剪切防護層、拉伸增強層、形變吸能層鋪層，
10、其中，能量緩沖層為1-4層芳綸纖維平紋織物或1-4層超高分子量聚乙烯纖維平紋織物或1-4層任意鋪層的芳綸纖維平紋織物與超高分子量聚乙烯纖維平紋織物，剪切防護層為4-6層碳纖維平紋織物，拉伸增強層為11-15層芳綸纖維平紋織物，形變吸能層為2-6層超高分子量聚乙烯纖維平紋織物，并將高彈性熱塑性聚氨酯樹脂薄膜插入每層改性平紋織物層間；
11、(4)將步驟(3)中混雜鋪層的原料采用一體化梯度熱壓成型工藝制備所述新型混雜纖維復合材料。
12、優選地，步驟(1)中，單層碳纖維平紋織物的厚度為0.3-0.5mm，單層芳綸纖維平紋織物厚度為0.2-0.4mm，單層超高分子量聚乙烯纖維平紋織物厚度為0.1-0.3mm，單層高彈性熱塑性聚氨酯樹脂薄膜厚度為0.05-0.15mm。
13、優選地，步驟(1)中，干燥條件為：干燥溫度40-60℃，烘干時間2-5h。
14、優選地，步驟(2)中，采用介質阻擋放電等離子體處理設備，引入冷卻水抑制放電時的熱量累積，等離子體處理條件為：極板間距15mm，射頻電場頻率13.56mhz，等離子體功率4kw，放電時間20-50s。
15、優選地，步驟(4)中，一體化梯度熱壓成型工藝條件為：一次升溫加壓條件為：熱壓溫度90-100℃，壓強2-4mpa，保溫保壓1h，促進高彈性熱塑性聚氨酯樹脂薄膜與平紋織物層間的初步浸潤；二次升溫加壓條件為：熱壓溫度105-115℃，壓強5-7mpa，保溫保壓1h，進一步促進高彈性熱塑性聚氨酯樹脂薄膜與平紋織物層間的浸潤與粘結；三次升溫加壓條件為：熱壓溫度120-130℃，壓強9-11mpa，保溫保壓1h，使高彈性熱塑性聚氨酯樹脂薄膜完全熔融并浸潤各層平紋織物；停止加熱，通入循環冷卻水保壓1h，卸壓得到混雜纖維復合材料。
16、本專利技術實現目的之三所采用的方案是：一種所述的新型混雜纖維復合材料的應用，將所述新型混雜纖維復合材料航天航空結構件、高端裝備、防護器件領域。
17、本專利技術具有以下優點和有益效果：
18、本專利技術所述新型混雜纖維復合材料由能量緩沖層、剪切防護層、拉伸增強層與形變吸能層組成，能量緩沖層為韌性芳綸纖維-超高分子量聚乙烯纖維/tpu復合材料，通過緩沖吸能分散沖擊載荷能量，減緩應力集中；剪切防護層為高性能碳纖維/tpu復合材料，抵抗沖擊載荷產生的剪切力，減緩剪切變形；拉伸增強層為韌性芳綸纖維/tpu復合材料，通過韌性纖維的拉伸作用減緩沖擊載荷，提高防護性能；形變吸能層為柔韌性超高分子量聚乙烯纖維/tpu復合材料，使復合材料產生形變，促進沖擊載荷能量轉化為應變能、摩擦能以及耗散能，提高能量吸收與防護性能。
19、本本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種新型混雜纖維復合材料，其特征在于：所述新型混雜纖維復合材料包括依次層疊的能量緩沖層、剪切防護層、拉伸增強層與形變吸能層，所述能量緩沖層為韌性芳綸纖維-超高分子量聚乙烯纖維/TPU復合材料，所述剪切防護層為高性能碳纖維/TPU復合材料，所述拉伸增強層為韌性芳綸纖維/TPU復合材料，所述形變吸能層為柔韌性超高分子量聚乙烯纖維/TPU復合材料。
2.根據權利要求1所述的新型混雜纖維復合材料，其特征在于：所述新型混雜纖維復合材料的總厚度8-10mm，其中，能量緩沖層厚度0.5-1.5mm，剪切防護層厚度1.5-2.5mm，拉伸增強層厚度3.5-4.5mm，形變吸能層厚度1-1.5mm。
3.一種根據權利要求1或2所述的新型混雜纖維復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的新型混雜纖維復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，單層碳纖維平紋織物的厚度為0.3-0.5mm，單層芳綸纖維平紋織物厚度為0.2-0.4mm，單層超高分子量聚乙烯纖維平紋織物厚度為0.1-0.3mm，單層高彈性熱塑性聚氨酯樹脂薄膜厚度為0.
5.根據權利要求3所述的新型混雜纖維復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，干燥條件為：干燥溫度40-60℃，烘干時間2-5h。
6.根據權利要求3所述的新型混雜纖維復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中，采用介質阻擋放電等離子體處理設備，引入冷卻水抑制放電時的熱量累積，等離子體處理條件為：極板間距15mm，射頻電場頻率13.56MHz，等離子體功率4kW，放電時間20-50s。
7.根據權利要求3所述的新型混雜纖維復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(4)中，一體化梯度熱壓成型工藝條件為：一次升溫加壓條件為：熱壓溫度90-100℃，壓強2-4MPa，保溫保壓1-2h；二次升溫加壓條件為：熱壓溫度105-115℃，壓強5-7MPa，保溫保壓1-2h；三次升溫加壓條件為：熱壓溫度120-130℃，壓強9-11MPa，保溫保壓1-2h，停止加熱，通入循環冷卻水保壓1-2h，卸壓得到混雜纖維復合材料。
8.一種根據權利要求1-3任一項中所述的新型混雜纖維復合材料或權利要求4-7中任一項所述的制備方法制備的新型混雜纖維復合材料的應用，其特征在于：將所述新型混雜纖維復合材料航天航空結構件、高端裝備、防護器件領域。
...【技術特征摘要】
1.一種新型混雜纖維復合材料，其特征在于：所述新型混雜纖維復合材料包括依次層疊的能量緩沖層、剪切防護層、拉伸增強層與形變吸能層，所述能量緩沖層為韌性芳綸纖維-超高分子量聚乙烯纖維/tpu復合材料，所述剪切防護層為高性能碳纖維/tpu復合材料，所述拉伸增強層為韌性芳綸纖維/tpu復合材料，所述形變吸能層為柔韌性超高分子量聚乙烯纖維/tpu復合材料。
2.根據權利要求1所述的新型混雜纖維復合材料，其特征在于：所述新型混雜纖維復合材料的總厚度8-10mm，其中，能量緩沖層厚度0.5-1.5mm，剪切防護層厚度1.5-2.5mm，拉伸增強層厚度3.5-4.5mm，形變吸能層厚度1-1.5mm。
3.一種根據權利要求1或2所述的新型混雜纖維復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述的新型混雜纖維復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中，單層碳纖維平紋織物的厚度為0.3-0.5mm，單層芳綸纖維平紋織物厚度為0.2-0.4mm，單層超高分子量聚乙烯纖維平紋織物厚度為0.1-0.3mm，單層高彈性熱塑性聚氨酯樹脂薄膜厚度為0.05-0.15mm。
5.根據權利要求3所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：朱雨璇，孫九霄，劉志成，譚海英，彭家順，劉偉，余彧，張科，印卓，
申請(專利權)人：武漢紡織大學，
類型：發明
國別省市：
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