本發(fā)明涉及防護(hù)復(fù)合材料，具體為一種機(jī)織牛津布與聚丙烯螺桿擠出熱熔復(fù)合材料及制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、隨著交通運(yùn)輸、特種裝備、建筑防護(hù)及室內(nèi)安全領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅艿囊蟪掷m(xù)升級(jí)，兼具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、防護(hù)性能、輕量化、阻燃性、抗靜電性及環(huán)境穩(wěn)定性的頂棚與鎧甲類防護(hù)材料，面臨著日益嚴(yán)苛的應(yīng)用訴求。
2、目前傳統(tǒng)防護(hù)材料存在多方面顯著不足，具體如下：
3、一方面，常規(guī)織物類材料（如普通pvc牛津布）雖具備一定阻燃性、柔韌性及耐撕裂性能，但表面易吸塵、耐磨性差、耐高低溫能力薄弱且抗靜電效果不佳，在機(jī)床柔性防護(hù)鎧甲（如壁式鎧甲、導(dǎo)軌防護(hù)罩）長(zhǎng)期面臨的切削液侵蝕、金屬粉塵污染、高溫切屑沖擊及高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)工況下，以及潔凈空間、易燃易爆等特種防護(hù)場(chǎng)景中，難以滿足長(zhǎng)期安全使用要求。單純織物材料剛性不足、無(wú)支撐易變形，無(wú)法直接作為頂棚結(jié)構(gòu)件或鎧甲防護(hù)件；傳統(tǒng)鎧甲式防護(hù)罩多由多片金屬鱗片疊加而成，層間硬接觸導(dǎo)致摩擦阻力大，伸縮過(guò)程中易產(chǎn)生振動(dòng)與噪音，進(jìn)而加劇磨損、縮短服役壽命；部分新型結(jié)構(gòu)采用?“l(fā)”?型鋼片、骨架、軟性連接件集成的風(fēng)琴式皮腔，雖有一定改善，但仍存在慣性負(fù)載偏大的問(wèn)題，難以適配高速、高加速度工況，限制了機(jī)床的加速度與最高運(yùn)行速度，最終影響高速機(jī)床的整體性能。同時(shí)，針對(duì)長(zhǎng)行程、超長(zhǎng)軸機(jī)床，傳統(tǒng)金屬（如不銹鋼、鋁合金）疊加式鎧甲防護(hù)罩層數(shù)多、重量大，運(yùn)行速度通常僅為20-80?m/min，遠(yuǎn)低于柔性風(fēng)琴式防護(hù)罩的200?m/min，對(duì)導(dǎo)軌及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)造成較大負(fù)擔(dān)，無(wú)法滿足當(dāng)前高速（200?m/min）機(jī)床防護(hù)及4米以上長(zhǎng)行程的應(yīng)用需求。
4、傳統(tǒng)骨架材料多采用普通pvc或橡膠涂層織物，普通pvc材料耐溫性欠佳，耐折性不足且低溫下易脆損，遭遇高溫金屬切屑時(shí)易被燒穿或粘連；普通橡膠材料長(zhǎng)期接觸油性切削液后則易發(fā)生溶脹、硬化乃至開(kāi)裂。而不銹鋼盔甲片與尼龍/三防布、芳綸或超高分子量聚乙烯（uhmwpe）的復(fù)合體系，雖具備優(yōu)異抗沖擊性能，但分別存在場(chǎng)景適應(yīng)性差、成本偏高等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
5、另一方面，傳統(tǒng)塑料板材、涂層復(fù)合材料及發(fā)泡復(fù)合頂棚材料，雖具有一定成型性與防護(hù)性，但普遍存在韌性不足、抗沖擊性能薄弱、易脆裂，且與織物界面結(jié)合強(qiáng)度低、易分層、服役壽命短等缺陷。部分材料通過(guò)添加抗靜電劑實(shí)現(xiàn)防靜電功能，但此類抗靜電效果依賴環(huán)境濕度，且存在易遷移、易失效、耐久性不足等問(wèn)題，難以滿足新能源潔凈車(chē)間、軌道交通、電子潔凈廠房及防爆場(chǎng)所對(duì)永久抗靜電的嚴(yán)苛要求。
6、在車(chē)輛頂棚、軌道交通內(nèi)飾、特種車(chē)輛鎧甲防護(hù)、建筑吊頂?shù)葘?shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，材料往往需同時(shí)滿足抗沖擊、耐磨損、防水防潮、阻燃低煙、隔音隔熱、尺寸穩(wěn)定、永久抗靜電等多項(xiàng)性能指標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)中，關(guān)于高強(qiáng)度聚酯或聚酰胺機(jī)織布與聚丙烯膜材的結(jié)構(gòu)復(fù)合，關(guān)鍵在于通過(guò)注塑、流延及淋膜等工藝實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)熱貼合成型，進(jìn)而制備兼具柔性增強(qiáng)與剛性防護(hù)功能的復(fù)合防護(hù)材料，相關(guān)研究與產(chǎn)品仍較為匱乏。常規(guī)復(fù)合工藝多采用膠水粘接，而聚丙烯材料表面能較低，難以實(shí)現(xiàn)有效膠接；同時(shí)，膠水粘接方式存在環(huán)保性欠佳、耐熱性不足、高溫下易脫層、生產(chǎn)效率低等缺陷，無(wú)法滿足工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)需求。
7、因此，開(kāi)發(fā)一種機(jī)織布增強(qiáng)與聚丙烯膜材復(fù)合、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、抗沖擊性能優(yōu)異、阻燃抗靜電、界面結(jié)合牢固、可模壓成型，且適用于鎧甲及頂棚的防護(hù)材料，并配套高效、穩(wěn)定、環(huán)保的制備方法，已成為本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供一種機(jī)織牛津布與聚丙烯螺桿擠出熱熔復(fù)合材料及制備方法和應(yīng)用，以解決背景技術(shù)中涉及的問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種機(jī)織牛津布與聚丙烯螺桿擠出熱熔復(fù)合材料，復(fù)合材料由聚丙烯膜層與機(jī)織牛津布面料層通過(guò)螺桿擠出熱熔復(fù)合成型，在聚丙烯膜層與機(jī)織牛津布面料層的連接界面處，聚丙烯膜層進(jìn)入機(jī)織牛津布面料層的纖維間隙，形成滲透嵌入?yún)^(qū)，和/或聚丙烯膜層在機(jī)織牛津布面料層的纖維表面形成包覆結(jié)構(gòu)，使聚丙烯膜層與機(jī)織牛津布面料層的連接界面處形成沿機(jī)織牛津布面料層的厚度方向延伸的非平面機(jī)械鎖合結(jié)構(gòu)，限制層間相對(duì)滑移，在彎折與沖擊下維持復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
3、進(jìn)一步的，所述聚丙烯膜層的基體樹(shù)脂選自均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和無(wú)規(guī)共聚聚丙烯中的至少一種；所述聚丙烯膜層在復(fù)合材料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%-90%，聚丙烯膜層的厚度為0.2-1.0?mm；
4、或，所述聚丙烯膜層和機(jī)織牛津布面料層之間還設(shè)有聚乙烯膜層；
5、所述聚乙烯膜層為茂金屬低分子量聚乙烯。
6、進(jìn)一步的，
7、所述聚丙烯膜層還包括改性劑：聚丙烯膜層質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5-15%的增強(qiáng)填料、聚丙烯膜層質(zhì)量分?jǐn)?shù)1-20%的功能助劑；
8、所述功能助劑包括抗靜電劑、阻燃劑、相容劑、抗氧化劑；所述增強(qiáng)填料選用玻纖、晶須、碳纖維、碳納米管和石墨烯中的至少一種，且增強(qiáng)填料的長(zhǎng)度為3?mm-10?mm、直徑為10?μm-20?μm；
9、所述抗靜電劑選用炭黑、石墨烯和碳納米管中的至少一種，阻燃劑選用磷酸酯類阻燃劑，阻燃劑添加量為基體樹(shù)脂質(zhì)量的25%-35%，抗氧化劑選用受阻酚類抗氧化劑，相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚烯烴。
10、進(jìn)一步的，?所述機(jī)織牛津布面料層選用滌綸、錦綸和芳綸中的至少一種，面料紗線密度為8.4-66.7?tex，纖維為160?d-1680?d，克重為100-500?g/m2；
11、所述機(jī)織牛津布面料層使用功能助劑處理，功能助劑包括染料、硬挺劑、抗靜電劑、阻燃劑、抗菌劑、防水防油防污三防助劑中的至少一種；
12、硬挺劑選用陰離子硫化滌綸樹(shù)脂或不含自由異氰酸基團(tuán)的聚氨酯分散液中的至少一種，抗靜電劑選用弱陰離子改性聚合物，阻燃劑選用環(huán)狀膦酸酯類或含氮有機(jī)磷酸酯類，抗菌劑選用異噻唑啉酮或苯并異噻唑啉酮，防水防油防污三防助劑選用含碳六氟類或無(wú)氟有機(jī)聚合物。
13、機(jī)織牛津布與聚丙烯螺桿擠出熱熔復(fù)合材料的制備方法，
14、（1）原料預(yù)處理
15、機(jī)織尼龍牛津布層和聚丙烯膜層的原料進(jìn)行預(yù)處理；
16、（2）螺桿擠出流延復(fù)合成型；
17、采用單螺桿擠出流延復(fù)合機(jī)，將預(yù)處理后的機(jī)織尼龍牛津布作為下層基底，通過(guò)放卷裝置平鋪、張緊，勻速送入流延復(fù)合機(jī)的復(fù)合工位，確保尼龍牛津布無(wú)偏移、無(wú)褶皺、張力均勻；
18、將預(yù)處理后的聚丙烯膜層的原料或加入單螺桿擠出機(jī)的料斗，螺桿擠出工藝參數(shù)設(shè)定為：
19、料筒分段控溫：一區(qū)175-185?℃，二區(qū)190-200?℃，三區(qū)205-215?℃，四區(qū)210-215℃，機(jī)頭溫度210-220?℃；
20、螺桿轉(zhuǎn)速：100-140?r/min；
21、熔體壓力：8-12?mpa
22、流延速度：2.5-6m/min
23、流延膜冷卻輥溫度：40-50?℃
24、聚丙烯原料經(jīng)螺桿擠出機(jī)加熱熔融后，通過(guò)機(jī)頭流延模頭均勻擠出，形成連續(xù)的聚丙烯熔體膜，直接流延覆蓋在勻速行進(jìn)的機(jī)織尼龍牛津布上表面，熔體膜與尼龍牛津布表面充分接觸、熔融浸潤(rùn)，滲入尼龍牛津布的織物孔隙中，經(jīng)冷卻輥冷卻定型后，實(shí)現(xiàn)兩層材料的熱熔一體復(fù)合，形成兩層柔性復(fù)合結(jié)構(gòu)；
25、（3）冷卻定型與收卷
26、復(fù)合后的材料經(jīng)冷卻輥組進(jìn)一步冷卻，冷卻溫度40-50?℃，徹底固化定型，消除復(fù)合過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，確保材料平整、無(wú)翹曲、層間結(jié)合緊密；隨后通過(guò)收卷裝置均勻收卷，收卷張力控制為6-9?n/m，避免收卷過(guò)程中出現(xiàn)材料拉伸變形或?qū)娱g松動(dòng)。
27、進(jìn)一步的，所述（2）螺桿擠出流延復(fù)合成型的工藝為：
28、?采用單螺桿擠出流延復(fù)合機(jī)，將預(yù)處理后的機(jī)織尼龍牛津布作為下層基底，通過(guò)放卷裝置平鋪、張緊，勻速送入流延復(fù)合機(jī)的復(fù)合工位，確保尼龍牛津布無(wú)偏移、無(wú)褶皺、張力均勻，張力控制為5-8?n/m；
29、將預(yù)處理后的聚丙烯膜層的原料加入單螺桿擠出機(jī)的料斗，螺桿擠出工藝參數(shù)設(shè)定為：
30、料筒分段控溫：一區(qū)175-185?℃，二區(qū)190-200?℃，三區(qū)205-215?℃，四區(qū)210-215℃，機(jī)頭溫度210-220?℃；
31、螺桿轉(zhuǎn)速：80-120?r/min；
32、熔體壓力：8-12?mpa
33、流延速度：2-6?m/min
34、流延膜冷卻輥溫度：35-45?℃
35、將預(yù)處理后的聚乙烯膜層原料送入單螺桿擠出機(jī)的料斗，螺桿擠出工藝參數(shù)設(shè)定為：
36、料筒分段控溫：一區(qū)155-165?℃，二區(qū)170-180?℃，三區(qū)185-195?℃，三區(qū)195-205℃，機(jī)頭溫度200-215?℃；
37、螺桿轉(zhuǎn)速：80-120?r/min；
38、熔體壓力：6-10?mpa
39、流延速度：2-6?m/min
40、流延膜冷卻輥溫度：30-40?℃
41、聚乙烯、聚丙烯原料分別經(jīng)單螺桿擠出機(jī)加熱熔融后，通過(guò)機(jī)頭流延模頭均勻擠出，形成連續(xù)的熔體膜；經(jīng)定向風(fēng)冷降溫至適配復(fù)合的合適溫度后，熔體膜依次直接流延疊覆在勻速行進(jìn)的機(jī)織尼龍牛津布上表面，聚乙烯熔體膜與尼龍牛津布表面充分接觸、熔融浸潤(rùn)，并滲入尼龍牛津布的織物孔隙中，聚丙烯熔體膜緊隨其后覆蓋于最上層；隨后經(jīng)三輥軋光機(jī)冷卻軋制定型，實(shí)現(xiàn)三層材料的熱熔一體復(fù)合，最終形成三層柔性復(fù)合結(jié)構(gòu)。
42、進(jìn)一步的，
43、所述復(fù)合材料的整體厚度為0.35mm-1.5?mm，其中聚丙烯膜層厚度為0.2?mm-1.0mm，復(fù)合材料幅面各處厚度偏差不大于0.05?mm；
44、或，所述聚丙烯膜層的抗靜電劑通過(guò)添加入聚丙烯膜層原料共混改性，或復(fù)合材料制備后噴涂抗靜電劑；
45、后噴涂抗靜電劑時(shí)，以乙醇水溶液為溶劑配制質(zhì)量百分濃度2%-10%的噴涂液，乙醇水溶液中乙醇質(zhì)量占比50%-90%，選用氣流霧化、超聲霧化或靜電噴霧中的一種完成噴涂。
46、進(jìn)一步的，
47、所述機(jī)織牛津布面料層預(yù)先進(jìn)行硬挺前處理，前處理選用浸軋、發(fā)泡、噴灑或涂層工藝中的一種，處理過(guò)程中控制帶液量為20%-100%，干增重為20?g/m2-100?g/m2，預(yù)處理后依次經(jīng)烘干、焙烘連續(xù)化處理。
48、進(jìn)一步的，
49、所述機(jī)織牛津布面料層預(yù)先進(jìn)行抗靜電前處理，選用浸軋、噴涂工藝中的一種，抗靜電劑干增重為面料自身質(zhì)量的0.5%-5%，處理完成后采用100?℃低溫烘干；
50、或，所述機(jī)織牛津布面料層預(yù)先進(jìn)行抗靜電前處理，選用靜電絲編織工藝，編織時(shí)控制靜電緯紗間隔距離≤1?cm，靜電緯紗選用單紗或股紗，材質(zhì)為不銹鋼、鍍錫銅絲或鍍銀銅絲，直徑0.05-0.20mm；
51、或，所述機(jī)織牛津布面料層預(yù)先進(jìn)行阻燃劑浸軋預(yù)處理，阻燃劑干增重添加量為10?g/m2-60?g/m2，浸軋后依次經(jīng)烘干、焙烘定型處理；
52、或，所述機(jī)織牛津布面料層進(jìn)行抗菌后處理，選用氣流噴霧或靜電噴涂中的任意一種，抗菌劑干增重為面料質(zhì)量的0.05%-2%，施加完成后采用自然晾干或低溫烘干工藝處理；
53、或，所述機(jī)織牛津布面料層進(jìn)行三防后處理，三防助劑通過(guò)噴灑、發(fā)泡、浸軋工藝中的一種均勻施加于面料表面，經(jīng)熱風(fēng)烘干、焙烘固化成膜，處理后控制三防助劑干增重為20?g/m2-100?g/m2。
54、機(jī)織牛津布與聚丙烯螺桿擠出熱熔復(fù)合材料的應(yīng)用，
55、所述復(fù)合材料用于制備防護(hù)鎧甲或靜電防護(hù)頂棚，將復(fù)合材料采用熱風(fēng)、紅外、輥筒中的至少一種方式進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)處理溫度為40-120?℃，牽引速度為0.5-1?m/min，預(yù)處理后的復(fù)合材料經(jīng)由可加熱折頁(yè)機(jī)定向折疊成型得到靜電防護(hù)頂棚，冷卻定型后與不銹鋼鎧甲片或鋁合金鎧甲片集成，制得防護(hù)鎧甲。
56、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
57、本技術(shù)以牛津布為增強(qiáng)骨架，聚丙烯膜為結(jié)構(gòu)面層，復(fù)合后材料抗拉強(qiáng)度高、抗撕裂、抗沖擊、耐磨損，可同時(shí)滿足鎧甲防護(hù)與頂棚結(jié)構(gòu)支撐雙重要求；采用熱熔融無(wú)膠復(fù)合，pp膜受熱熔融后充分滲透牛津布孔隙，冷卻后形成機(jī)械互鎖與化學(xué)鍵合雙重結(jié)合，高溫不脫層、耐老化、壽命長(zhǎng)；通過(guò)金屬絲連續(xù)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)抗靜電，不依賴環(huán)境濕度、不遷移、不失效，表面電阻可穩(wěn)定控制在?106-109?ω，適用于防爆、電子潔凈、車(chē)輛內(nèi)飾等嚴(yán)苛場(chǎng)景。
58、本技術(shù)具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、抗沖擊性能優(yōu)異、界面結(jié)合牢固、防水防潮、阻燃性好、永久抗靜電、尺寸穩(wěn)定、可模壓成型等特點(diǎn)，既能滿足鎧甲防護(hù)場(chǎng)景的抗沖擊、耐磨、耐撕裂要求，又能適配潔凈廠房、新能源車(chē)間等頂棚防護(hù)使用。工藝簡(jiǎn)潔、可控性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高、環(huán)保無(wú)溶劑，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化工業(yè)化生產(chǎn)，制得的復(fù)合材料層間結(jié)合緊密，無(wú)氣泡、無(wú)分層翹曲，力學(xué)性能與防護(hù)功能穩(wěn)定。