一种超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料的生产工艺
技术领域
本发明涉及纺织材料领域，尤其涉及一种超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料的生产工艺。
背景技术
超高分子量聚乙烯纤维亦称高强高模聚乙烯纤维，是由相对分子量为100万以上的聚乙烯纺丝而成，其分子结构规整性高，只有C-C主链，无侧基团且具有高结晶度和择优取向性能，使得C-C主链沿同一个方向排列，由于分子间的相互缠绕，分子之间作用力大，分子链能够更有效的传递载荷，又加上密度低，使其具有很高的比模量和比强度，其还具有质量轻、比强度高、瞬时粘度增大等优点，目前广泛应用于航空航天领域、武器装备领域、安全防护领域、海事装备领域等。但超高分子量聚乙烯分子量大赋予其纤维强度高外也导致其熔融粘度高，其纤维的生产工艺难度也较大、加工性能差、易蠕变、耐热性差、价格昂贵等。实际生产工艺中硬质纤维或纳米超细颗粒与有机纺丝溶剂存在不互溶性，且超高分子量聚乙烯的在实际生产中粘度大、纳米颗粒易团聚从而导致纤维的可纺性差，易产生断头、毛丝、缠辊现象。为解决以上技术问题，本发明公开了一种针对超高分子量聚乙烯纤维纺织成帆布的生产工艺，采用本发明的生产工艺，使得超高分子量聚乙烯作为橡胶骨架材料具有较高使用强度的同时还具有蠕变性能小；与橡胶材料粘合强度大的特点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料的生产工艺，以解决现有技术中的超高分子量聚乙烯可纺性差，容易产生断头、缠辊、易蠕变、耐热性能差等技术问题。
为解决以上技术问题，本发明公开了一种超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料的生产工艺，包括以下生产步骤：
步骤一、骨架材料的编制
选择超高分子量聚乙烯纤维工业丝作为骨架材料，并采用直经直纬编织工艺进行编织，骨架材料包括三层，经向纱线和纬向纱线均采用超高分子量聚乙烯纤维，经纱位于骨架材料的中间层，经纱的两侧各有一层纬纱，经线和纬线通过编织纱进行固定，得到超高分子量聚乙烯坯布；由于采用直经直纬的编织工艺，使得经线和纬线分别不在同一个水平面上，避免了传统的经线和纬线相互接触交织的现象，能够提升整体帆布材料的使用强度。
步骤二、浸胶液的制备
浸胶液采用二浴法浸渍，包括第一浴胶液和第二浴胶液，第一浴胶液包括环氧树脂、乳化剂、去离子水、功能填料和氢氧化钠；第二浴胶液包括酚醛树脂、氯丁胶乳、去离子水和氨水；将第一浴胶液和第二浴胶液分别搅拌均匀后，待超高分子量聚乙烯坯布浸渍；
步骤三、浸渍
将超高分子量聚乙烯坯布先通过第一浴胶液进行浸胶处理，沥干后，干燥处理；然后再将经过第一浴胶液浸渍后的坯布引入第二浴胶液中进行浸胶处理，经过压滤、浸胶挤压辊挤压、高温烘干、拉伸定型、冷却、卷取处理后，得到超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料；
步骤四、橡胶硫化
将称量好的橡胶材料以及硫化剂与制得的超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料一同放入硫化机中硫化粘合，制得超高分子量聚乙烯纤维橡胶带。
进一步的，编织纱包括编织经纱和编织纬纱，编织经纱为聚己二酰己二胺纤维，编织纬纱为人造丝纤维。聚己二酰己二胺纤维具有强度高、蠕变性能小特点，人造丝纤维能够增强与橡胶之间的粘合强度。
进一步的，超高分子量聚乙烯纤维工业丝的线密度为1760dtex，断裂强度不少于25cN/dtex，初始模量不小于1000cN/dtex。
进一步的，浸胶液的重量组分为：
第一浴胶液
第二浴胶液
进一步的，功能填料为石棉粉、纳米碳化硅粉末、二辛脂和滑石粉粉末，功能填料的重量比为3:5～8:2～3:1。石棉粉具有较好的耐热性，其可以提高帆布材料的耐高温性能，纳米碳化硅粉末其不仅能够提升帆布的耐热性能，其还可以渗入到纤维连接的缝隙之中，整体提升帆布的强度，二辛脂可用来改善帆布的柔韧性能，防止帆布在折叠、挤压过程中发生褶皱，滑石粉粉末作为无卤阻燃剂，其可以在高温环境中为帆布形成第一道防火层。
进一步的，步骤三中浸胶挤压辊的压力为1000～2000N，挤压速度为0.5～0.8m/min，高温烘干过程中烘箱的温度控制在150～180℃。
进一步的，步骤四中橡胶材料为三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、氯化聚乙烯橡胶或丁苯橡胶。
进一步的，超高分子量聚乙烯坯布的厚度为3～5mm，超高分子量聚乙烯纤维橡胶带的厚度为10～13mm。
本发明公开了一种超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料的生产工艺，通过采用直经直纬的编制工艺，使得经线和纬线分别不在同一个水平面上，避免了传统的经线和纬线相互接触交织的现象，能够提升整体帆布材料的使用强度。通过采用配置的浸胶液可以对超高分子量聚乙烯纤维表面进行改性，改善帆布材料的耐高温、耐蠕变以及防火性能，提升超高分子量聚乙烯纤维与橡胶材料的粘黏性。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
实施例1公开了一种超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料的生产工艺，包括以下生产步骤：
步骤一、骨架材料的编制
选择超高分子量聚乙烯纤维工业丝作为骨架材料，并采用直经直纬编织工艺进行编织，超高分子量聚乙烯纤维工业丝的线密度为1760dtex，断裂强度为25cN/dtex，初始模量为1000cN/dtex。骨架材料包括三层，经向纱线和纬向纱线均采用超高分子量聚乙烯纤维，经纱位于骨架材料的中间层，经纱的两侧各有一层纬纱，经线和纬线通过编织纱进行固定，得到超高分子量聚乙烯坯布；编织纱包括编织经纱和编织纬纱，编织经纱为聚己二酰己二胺纤维，编织纬纱为人造丝纤维。
步骤二、浸胶液的制备
浸胶液采用二浴法浸渍，包括第一浴胶液和第二浴胶液，第一浴胶液包括环氧树脂、乳化剂、去离子水、功能填料和氢氧化钠；第二浴胶液包括酚醛树脂、氯丁胶乳、去离子水和氨水；将第一浴胶液和第二浴胶液分别搅拌均匀后，待超高分子量聚乙烯坯布浸渍；其中，第一浴胶液组分为：环氧树脂15份、乳化剂1份、去离子水80份、功能填料1份、氢氧化钠3份；功能填料为石棉粉、纳米碳化硅粉末、二辛脂和滑石粉粉末，功能填料的重量比为3:5:2:1。第二浴胶液组分为：酚醛树脂6份、氯丁胶乳50份、去离子水55份、氨水2份，其中氨水为质量浓度为15％的氨水溶液。
步骤三、浸渍
将超高分子量聚乙烯坯布先通过第一浴胶液进行浸胶处理，沥干后，干燥处理；然后再将经过第一浴胶液浸渍后的坯布引入第二浴胶液中进行浸胶处理，经过压滤、浸胶挤压辊挤压、高温烘干、拉伸定型、冷却、卷取处理后，得到超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料；浸胶挤压辊的压力为1000N，挤压速度为0.5m/min，高温烘干过程中烘箱的温度控制在150℃。
步骤四、橡胶硫化
将称量好的橡胶材料以及硫化剂与制得的超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料一同放入硫化机中硫化粘合，制得超高分子量聚乙烯纤维橡胶带。橡胶材料为三元乙丙橡胶。本实施例中的超高分子量聚乙烯坯布的厚度为3mm，超高分子量聚乙烯纤维橡胶带的厚度为10mm。
实施例2
实施例2公开了一种超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料的生产工艺，包括以下生产步骤：
步骤一、骨架材料的编制
选择超高分子量聚乙烯纤维工业丝作为骨架材料，并采用直经直纬编织工艺进行编织，超高分子量聚乙烯纤维工业丝的线密度为1760dtex，断裂强度为28cN/dtex，初始模量为1100cN/dtex。骨架材料包括三层，经向纱线和纬向纱线均采用超高分子量聚乙烯纤维，经纱位于骨架材料的中间层，经纱的两侧各有一层纬纱，经线和纬线通过编织纱进行固定，得到超高分子量聚乙烯坯布；编织纱包括编织经纱和编织纬纱，编织经纱为聚己二酰己二胺纤维，编织纬纱为人造丝纤维。
步骤二、浸胶液的制备
浸胶液采用二浴法浸渍，包括第一浴胶液和第二浴胶液，第一浴胶液包括环氧树脂、乳化剂、去离子水、功能填料和氢氧化钠；第二浴胶液包括酚醛树脂、氯丁胶乳、去离子水和氨水；将第一浴胶液和第二浴胶液分别搅拌均匀后，待超高分子量聚乙烯坯布浸渍；其中，第一浴胶液组分为：环氧树脂15份、乳化剂1份、去离子水80份、功能填料1份、氢氧化钠3份；功能填料为石棉粉、纳米碳化硅粉末、二辛脂和滑石粉粉末，功能填料的重量比为3:5:2:1。第二浴胶液组分为：酚醛树脂6份、氯丁胶乳50份、去离子水55份、氨水3份，其中氨水为质量浓度为20％的氨水溶液。
步骤三、浸渍
将超高分子量聚乙烯坯布先通过第一浴胶液进行浸胶处理，沥干后，干燥处理；然后再将经过第一浴胶液浸渍后的坯布引入第二浴胶液中进行浸胶处理，经过压滤、浸胶挤压辊挤压、高温烘干、拉伸定型、冷却、卷取处理后，得到超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料；浸胶挤压辊的压力为1300N，挤压速度为0.5m/min，高温烘干过程中烘箱的温度控制在180℃。
步骤四、橡胶硫化
将称量好的橡胶材料以及硫化剂与制得的超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料一同放入硫化机中硫化粘合，制得超高分子量聚乙烯纤维橡胶带。橡胶材料为氯丁橡胶。本实施例中的超高分子量聚乙烯坯布的厚度为3mm，超高分子量聚乙烯纤维橡胶带的厚度为13mm。
实施例3
实施例3公开了一种超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料的生产工艺，包括以下生产步骤：
步骤一、骨架材料的编制
选择超高分子量聚乙烯纤维工业丝作为骨架材料，并采用直经直纬编织工艺进行编织，超高分子量聚乙烯纤维工业丝的线密度为1760dtex，断裂强度为30cN/dtex，初始模量为1100cN/dtex。骨架材料包括三层，经向纱线和纬向纱线均采用超高分子量聚乙烯纤维，经纱位于骨架材料的中间层，经纱的两侧各有一层纬纱，经线和纬线通过编织纱进行固定，得到超高分子量聚乙烯坯布；编织纱包括编织经纱和编织纬纱，编织经纱为聚己二酰己二胺纤维，编织纬纱为人造丝纤维。
步骤二、浸胶液的制备
浸胶液采用二浴法浸渍，包括第一浴胶液和第二浴胶液，第一浴胶液包括环氧树脂、乳化剂、去离子水、功能填料和氢氧化钠；第二浴胶液包括酚醛树脂、氯丁胶乳、去离子水和氨水；将第一浴胶液和第二浴胶液分别搅拌均匀后，待超高分子量聚乙烯坯布浸渍；其中，第一浴胶液组分为：环氧树脂18份、乳化剂2份、去离子水90份、功能填料2份、氢氧化钠5份；功能填料为石棉粉、纳米碳化硅粉末、二辛脂和滑石粉粉末，功能填料的重量比为3:8:3:1。第二浴胶液组分为：酚醛树脂8份、氯丁胶乳55份、去离子水60份、氨水3份，其中氨水为质量浓度为20％的氨水溶液。
步骤三、浸渍
将超高分子量聚乙烯坯布先通过第一浴胶液进行浸胶处理，沥干后，干燥处理；然后再将经过第一浴胶液浸渍后的坯布引入第二浴胶液中进行浸胶处理，经过压滤、浸胶挤压辊挤压、高温烘干、拉伸定型、冷却、卷取处理后，得到超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料；浸胶挤压辊的压力为1500N，挤压速度为0.8m/min，高温烘干过程中烘箱的温度控制在160℃。
步骤四、橡胶硫化
将称量好的橡胶材料以及硫化剂与制得的超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料一同放入硫化机中硫化粘合，制得超高分子量聚乙烯纤维橡胶带。橡胶材料为氯化聚乙烯橡胶。本实施例中的超高分子量聚乙烯坯布的厚度为5mm，超高分子量聚乙烯纤维橡胶带的厚度为10mm。
实施例4
实施例4公开了一种超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料的生产工艺，包括以下生产步骤：
步骤一、骨架材料的编制
选择超高分子量聚乙烯纤维工业丝作为骨架材料，并采用直经直纬编织工艺进行编织，超高分子量聚乙烯纤维工业丝的线密度为1760dtex，断裂强度为31.5cN/dtex，初始模量为1300cN/dtex。骨架材料包括三层，经向纱线和纬向纱线均采用超高分子量聚乙烯纤维，经纱位于骨架材料的中间层，经纱的两侧各有一层纬纱，经线和纬线通过编织纱进行固定，得到超高分子量聚乙烯坯布；编织纱包括编织经纱和编织纬纱，编织经纱为聚己二酰己二胺纤维，编织纬纱为人造丝纤维。
步骤二、浸胶液的制备
浸胶液采用二浴法浸渍，包括第一浴胶液和第二浴胶液，第一浴胶液包括环氧树脂、乳化剂、去离子水、功能填料和氢氧化钠；第二浴胶液包括酚醛树脂、氯丁胶乳、去离子水和氨水；将第一浴胶液和第二浴胶液分别搅拌均匀后，待超高分子量聚乙烯坯布浸渍；其中，第一浴胶液组分为：环氧树脂18份、乳化剂2份、去离子水90份、功能填料2份、氢氧化钠5份；功能填料为石棉粉、纳米碳化硅粉末、二辛脂和滑石粉粉末，功能填料的重量比为3:8:3:1。第二浴胶液组分为：酚醛树脂9份、氯丁胶乳60份、去离子水60份、氨水3份，其中氨水为质量浓度为15％的氨水溶液。
步骤三、浸渍
将超高分子量聚乙烯坯布先通过第一浴胶液进行浸胶处理，沥干后，干燥处理；然后再将经过第一浴胶液浸渍后的坯布引入第二浴胶液中进行浸胶处理，经过压滤、浸胶挤压辊挤压、高温烘干、拉伸定型、冷却、卷取处理后，得到超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料；浸胶挤压辊的压力为2000N，挤压速度为0.8m/min，高温烘干过程中烘箱的温度控制在180℃。
步骤四、橡胶硫化
将称量好的橡胶材料以及硫化剂与制得的超高分子量聚乙烯纤维橡胶骨架材料一同放入硫化机中硫化粘合，制得超高分子量聚乙烯纤维橡胶带，橡胶材料为丁苯橡胶。本实施例中的超高分子量聚乙烯坯布的厚度为5mm，超高分子量聚乙烯纤维橡胶带的厚度为13mm。
通过以上实施例制得的超高分子量聚乙烯纤维帆布骨架材料，在具有较高使用强度的同时还具有蠕变性能小；与橡胶材料粘合强度大的特点，通过配置特定的浸胶液以及采用直经直纬的编制工艺，使得超高分子量聚乙烯帆布有了较大的适用环境和使用用途。
