一种UHMWPE纤维UD布及其制备方法与流程

本发明属于防弹基材，涉及一种uhmwpe纤维ud布及其制备方法。背景技术：1、传统金属材料质量较重，不便于穿戴，灵活性不足，防弹材料正朝着轻量化、非金属化、复合化发展。随着高分子材料的发展与应用，高性能纤维制备的软质个体防护产品已经基本取代硬质防护产品在军警中的应用。防弹基材的形式可以为机织物、针织物、无纬布（ud布）、针刺毡等，防弹基材的组成纤维可以为碳纤维、芳纶、芳香族杂环类纤维、超高分子量聚乙烯（uhmwpe）纤维、玻璃纤维及近年来出现的人造蜘蛛丝（一种氨基酸类的高度取向纤维）等。2、研究表明，与机织物、针织物、针刺毡等相比，ud布具有更高的能量分散性能和较少的弹丸穿透层数，能够快速吸收、扩散子弹高速冲击波，抗弹性能明显优于其他织物形式，且ud布柔软性较好，有益于提高个体防护装备的舒适度；与碳纤维、芳香族杂环类纤维、玻璃纤维及近年来出现的人造蜘蛛丝等相比，芳纶、uhmwpe纤维具有超高强度、高模量、密度低、耐酸碱等优异性能；与芳纶相比，uhmwpe纤维的密度更低，轻量化潜力更高，比强度和比模量更高，具有更好的能量吸收特性，在同等面密度情况下，由uhmwpe纤维制成的防弹基材的防弹能力优于由芳纶制成的防弹基材（高约25%）。因此，有必要利用uhmwpe纤维制备ud布。3、ud布中所有纤维都平行排列且不交织，层与层之间的纤维以垂直角度交错排列，这种排列方法使ud布比普通织物能够更快、更有效的分散由子弹冲击所产生的能量，在相同情况下，拥有更好的防弹效果。然而，这也要求了ud布用纤维的一致性（纤维的一致性指的是不同纤维丝卷或者同一卷纤维性能指标的差异程度，通常以指标的变异系数来表示）需要较高，否则可能导致制备的ud布存在空隙缺陷，降低ud布均匀性的同时，降低其防弹性能。4、受uhmwpe树脂原料的粒度均匀性和结构稳定性等性能的影响，现有uhmwpe纤维生产技术获得的uhmwpe纤维产品线密度变异系数普遍较高，纤维一致性低。如专利申请cn111118615a公布了一种超高分子量聚乙烯纤维纺丝原液处理方法，该专利是通过高压乳化、单螺杆匀质作用，减少因pe表层部分溶解而产生的粘连、抱团现象，使更多的溶剂溶解到pe粉末中，降低双螺杆溶解温度，减少pe粉末高温降解，从而提高纤维强度和条干一致性。但是该专利未明确该方法制得的超高分子量聚乙烯纤维的一致性数据，且在pe粉末溶解过程加入了包括钛白粉、聚乙二醇脂类等纺丝助剂，纺丝助剂作为杂质，不利于纤维力学性能及一致性的进一步提升。5、由上述可知，现有技术利用uhmwpe纤维制备的ud布的防弹性能有待于进一步提高。技术实现思路1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种uhmwpe纤维ud布及其制备方法。2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：3、一种uhmwpe纤维ud布，包括两个以上纤维层，所有纤维层中的纤维均为uhmwpe纤维，uhmwpe纤维的线密度变异系数cv值（用于表征不同纤维丝卷性能指标的差异程度）<3%。4、作为优选的技术方案：5、如上所述的一种uhmwpe纤维ud布，uhmwpe纤维的线密度为800~1200d，断裂强度为36.9~39.5cn/dtex，初始模量为1395~1752cn/dtex。6、如上所述的一种uhmwpe纤维ud布，uhmwpe纤维ud布的树脂含量为12~25wt%。7、如上所述的一种uhmwpe纤维ud布，uhmwpe纤维ud布打靶测试v50值为638~713m/s。8、本发明还提供制备如前任一项所述的一种uhmwpe纤维ud布的方法，制备uhmwpe纤维后，将uhmwpe纤维依次进行铺展、上胶、叠层，即得uhmwpe纤维ud布；9、uhmwpe纤维的制备过程为：将uhmwpe树脂在溶剂中依次溶胀、溶解制成纺丝原液后，进行纺丝，即得uhmwpe纤维，其中，uhmwpe树脂的平均粒径d单位为μm且纺丝原液的浓度c的单位为wt%时，cd2<20000，如此可保证uhmwpe树脂能够均匀地溶胀、溶解，有利于提高纺丝原液的一致性，所得uhmwpe纤维的线密度变异系数cv值<3%，具体原理如下：10、纺丝原液的浓度与uhmwpe树脂的粒径大小大致呈现反向关系，也就是说，颗粒直径越小，溶胀的浓度就可以相对高一些，这是因为颗粒直径越小，溶剂扩散到颗粒内部越容易，溶胀所需要的时间就越短，这样在较短时间内，不同颗粒可以达到相同的溶胀、溶解的效果，纺丝原液的一致性好，可以得到高一致性的纤维产品；相反，如果颗粒直径较大，那么溶剂扩散到颗粒内部需要的时间长，那么就可能存在有些较大颗粒未能达到充分溶胀、溶解的效果，就进入下一个工段，造成纺丝溶液一致性不好；而当实现溶胀、溶解一致性较好时，原料颗粒直径存在一定范围，生产情况也对纺丝溶液浓度有一定的要求，在同时满足纤维一致性好，兼顾生产现实情况的前提下，本发明经过多方探索，得到上述纺丝原液的浓度与uhmwpe树脂的粒径大小关系。11、作为优选的技术方案：12、如上所述的方法，d的取值范围为108~175μm，在一定范围内，粒径小有利于溶剂向uhmwpe树脂内部扩散，提高纺丝原液的一致性；c的取值范围为0.1~1.0wt%，低浓度更有利于uhmwpe树脂颗粒的分散，提高纺丝原液的一致性；uhmwpe树脂的mw为400~1000万，mw/mn为1.5~5，uhmwpe树脂的分子量集中有利于溶解过程的一致性，制备的初生纤维一致性更好。13、如上所述的方法，uhmwpe纤维的制备步骤如下：14、（a）将uhmwpe树脂和溶剂（50-80号矿物油）充分混合、溶胀，得到均匀的溶胀料；15、（b）将溶胀料送入双螺杆挤出机中剪切溶解，得到纺丝原液；16、（c）将纺丝原液经过计量后进入水浴冷却牵伸，得到初生纤维；17、（d）初生纤维相平衡后，经过后纺拉伸，得到uhmwpe纤维。18、如上所述的方法，溶胀温度为60~120℃，剪切溶解温度为100~300℃，剪切溶解速度为100~400rpm，后纺拉伸倍数为50~100倍。19、有益效果：20、本发明通过纺丝原液的浓度与uhmwpe树脂的粒径大小关系，确保制得的uhmwpe纤维的线密度变异系数cv值<3%，进而制得了防弹性能优良的ud布，弥补了现有技术的不足。技术特征：1.一种uhmwpe纤维ud布，包括两个以上纤维层，所有纤维层中的纤维均为uhmwpe纤维，其特征在于，uhmwpe纤维的线密度变异系数cv值<3%。2.根据权利要求1所述的一种uhmwpe纤维ud布，其特征在于，uhmwpe纤维的线密度为800~1200d，断裂强度为36.9~39.5cn/dtex，初始模量为1395~1752cn/dtex。3.根据权利要求1所述的一种uhmwpe纤维ud布，其特征在于，uhmwpe纤维ud布的树脂含量为12~25wt%。4.根据权利要求1~3任一项所述的一种uhmwpe纤维ud布，其特征在于，uhmwpe纤维ud布打靶测试v50值为638~713m/s。5.制备如权利要求1~4任一项所述的一种uhmwpe纤维ud布的方法，其特征在于，制备uhmwpe纤维后，将uhmwpe纤维依次进行铺展、上胶、叠层，即得uhmwpe纤维ud布；6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，d的取值范围为108~175μm；c的取值范围为0.1~1.0wt%；uhmwpe树脂的mw为400~1000万，mw/mn为1.5~5。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，uhmwpe纤维的制备步骤如下：8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，溶胀温度为60~120℃，剪切溶解温度为100~300℃，剪切溶解速度为100~400rpm，后纺拉伸倍数为50~100倍。技术总结本发明属于防弹基材技术领域，公开了一种UHMWPE纤维UD布及其制备方法，UHMWPE纤维UD布包括两个以上纤维层，所有纤维层中的纤维均为UHMWPE纤维，UHMWPE纤维的线密度变异系数CV值<3%；其制备方法为：将UHMWPE树脂在溶剂中依次溶胀、溶解制成纺丝原液后，进行纺丝，制得UHMWPE纤维，再将UHMWPE纤维依次进行铺展、上胶、叠层，即得UHMWPE纤维UD布。本发明制得了线密度变异系数CV值<3%的UHMWPE纤维，进而由此制得了防弹性能优良的UD布。技术研发人员：严成,何勇,颜甜甜,王爽芳,蒋干兵,王卉受保护的技术使用者：连云港神特新材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25