用于高強(qiáng)度聚乙烯無緯布生產(chǎn)的高分子膠粘劑及制備方法

1、用于高強(qiáng)度聚乙烯無緯布生產(chǎn)的高分子膠粘劑及制備方法技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明是關(guān)于一種專門用于生產(chǎn)高強(qiáng)度聚乙烯無緯布的液體膠粘劑及其制備方法。背景技術(shù)高強(qiáng)度聚乙烯纖維是一種分子鏈高度取向的尖端高分子材料，它比發(fā)絲還細(xì)，但是 其單位重量的強(qiáng)度要勝于鋼絲，學(xué)術(shù)界有人稱之為“一維金剛石”。制備這種高強(qiáng)度纖 維的原料是超高分子量的線型聚乙烯，從無規(guī)取向的聚乙烯原料加工成單一方向高度取 向的聚乙烯纖維需要經(jīng)過一系列復(fù)雜的工藝流程，這種技術(shù)在國際上高度保密，但是近 期在國內(nèi)獲得突破，形成自主知識產(chǎn)權(quán)，目前已經(jīng)能夠批量生產(chǎn)高強(qiáng)度聚乙烯纖維，實 現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。從高強(qiáng)度聚乙烯纖維到無緯布又是一個技術(shù)門檻。所謂無緯布就是指不經(jīng)

2、過一般的 經(jīng)線緯線交叉編織工藝，直接將纖維平鋪并用膠粘劑粘合在一起而形成的薄層布。如果 將各層按垂直方式交替疊加，經(jīng)過壓制、粘合成型就可以制成板狀材料。就無緯布制品 的抗沖擊能力而言，聚乙烯纖維的強(qiáng)度固然重要，但是粘合劑的粘結(jié)性能同樣起到了關(guān) 鍵的作用，在眾多的高分子復(fù)合材料中，纖維與樹脂的粘結(jié)性常常是復(fù)合材料最終性能 好壞的關(guān)鍵，其中的道理是顯而易見的。眾所周知，聚乙烯是一種沒有極性基團(tuán)的聚合 物，高度取向的聚乙烯纖維具有非常光滑的表面，這使得它的表面粘結(jié)性非常的差，一 般的市售粘合劑要么無法起到滿意的粘合作用，要么無法滿足無緯布制作工藝的需要， 因此開發(fā)專用膠粘劑成為一項非常重要的工作。根

3、據(jù)技術(shù)需要專用膠應(yīng)該有三個特點(diǎn)：首先是在常溫下與聚乙烯纖維表面有較好的 粘合性，這種粘合性與普通使用的粘合劑的表現(xiàn)行為是有區(qū)別的，常見的粘合性是使兩 種界面處于固定的“抱死”狀態(tài)，這種方式有利于抵御靜態(tài)的外力，但不利于抗動態(tài)的 沖擊力，作為防彈用品的無緯布其抗沖擊的原理是“以柔克剛”，即將子彈的動能在其 行進(jìn)過程中消耗殆盡，在防彈衣上留下彈坑，但不穿透傷及人體，這就要求內(nèi)部的粘合 材料在纖維相對滑動過程中仍然保持粘結(jié)性，換句話說，粘合層在遭受外力破壞后具有 一定的自愈合能力；其次是要有很好的彈性，抗沖擊材料一般都有一定的彈性，彈性介 質(zhì)能夠傳遞、分散應(yīng)力，使盡可能多的聚乙烯纖維能夠在瞬間吸收外

4、部能量，使之轉(zhuǎn)變 成熱能，熱能進(jìn)一步通過聚乙烯的熔化來吸收；三是要有適當(dāng)?shù)恼扯?，無緯布制作過程 中要求膠粘劑的用量不超過10%，膠粘劑一般用易揮發(fā)的汽油作溶劑，粘度過大會影響 纖維涂膠的均勻，甚至超過用膠限量，而粘度過小就意味著濃度過低或者分子量過小， 這樣會造成效率偏低或者膠粘劑彈性不足。按照本發(fā)明提供的配方與制作工藝，所制備的專用膠粘劑都能符合以上三個要求。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的首要技術(shù)問題是提供一種適合在高強(qiáng)度聚乙烯無緯布生產(chǎn)使用 的高分子膠粘劑，它配伍簡單合理，容易制造使用，成本低。本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供生產(chǎn)上述高分子膠粘劑的制備方法，它生 產(chǎn)設(shè)備簡單，成本相對較低，生

5、產(chǎn)過程中能夠避免產(chǎn)生污染物。本發(fā)明解決上述首要技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種用于高強(qiáng)度聚乙烯無緯布 生產(chǎn)的高分子膠粘劑，其特征在于為一種聚合物的汽油混合溶液，分別含有聚苯乙烯改 性的天然橡膠、增粘劑松香以及增塑劑，溶質(zhì)在膠粘劑的重量濃度在20%到28%范圍， 黏度在35Pa.s到38Pa.s范圍，所述的溶質(zhì)聚苯乙烯改性的天然橡膠、增粘劑松香以及 增塑劑三種成份的重量比例為：聚苯乙烯改性的天然橡膠重量在80%到90%的范圍；增 粘劑松香的重量在8%到15%的范圍；增塑劑的重量在2%到5%的范圍。有益的是，上述聚苯乙烯改性的天然橡膠，天然橡膠的主要成分是順式的聚異戊二 烯，用苯乙烯對它進(jìn)行改性可

6、以提高它的力學(xué)強(qiáng)度，將天然橡膠在雙螺桿擠出機(jī)中用力 化學(xué)法使之降解的同時與苯乙烯單體發(fā)生共聚，產(chǎn)生改性后的共聚物，共聚物經(jīng)過切粒 后水冷，干燥備用，上述擠出過程的溫度一般控制在130弋到150弋范圍，螺桿的轉(zhuǎn)速控 制在每分鐘14 0到180轉(zhuǎn)范圍，平均停留時間在25秒至35秒范圍。非常有益的是，在上述 力化學(xué)過程中，苯乙烯的重量控制在相當(dāng)于天然橡膠重量的10%到15%范圍之內(nèi)，所產(chǎn)生 的共聚物具有比較好的彈性與強(qiáng)度，同時殘留的苯乙烯單體含量非常少。有益的是，所述的增塑劑為鄰苯二甲酸二異辛酯、鄰苯二甲酸二異壬酯或者是鄰苯 二甲酸二異癸酯。本發(fā)明解決上述另一個技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種高強(qiáng)度

7、聚乙烯無緯布生 產(chǎn)使用的高分子膠粘劑制備方法，它首先按照所述的比例將改性后的天然橡膠顆粒在汽 油中浸泡50分鐘至70分鐘，浸泡前的顆粒尺寸在2-4毫米左右，溶脹后的顆粒變軟， 尺寸增加3-4倍，這時液體的粘度還是很小，然后用膠體磨將溶脹后的顆粒研磨成糊狀， 在這個過程中聚合物還會發(fā)生降解，最后得到的聚合物數(shù)均分子量一般在 60000到 30000之間，經(jīng)過研磨后聚合物的溶解速率大大加快，由此提高了生產(chǎn)效率。在第三個 階段中，聚合物完全溶解在汽油中，同時增粘劑松香和增塑劑也按照所述的的比例加入 到溶液中，最終得到的溶液的固含量在18%到20%之間，粘度在35Pa.s到38Pa.s范圍。有益的是，

8、所述的浸泡60分鐘，溫度采用室溫，所述的膠體磨采用分體式膠體磨， 一次性將溶脹后的顆粒研磨成糊狀。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：專用膠粘劑完全符合無緯布生產(chǎn)工藝要求， 生產(chǎn)設(shè)備簡單，成本相對較低，在整個操作過程中，可以采用封閉裝置，以避免汽油的 大量揮發(fā)而影響濃度，上述制備方法不產(chǎn)生廢氣、廢水與副產(chǎn)物，沒有明顯污染環(huán)境的 不利因素，所以生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生污染物，由于采用強(qiáng)疏水的膠粘劑，無緯布不但防彈 效果較好，而且還能長期防水，在水中浸泡一年，其防彈性能沒有變化，這比用其它極 性高分子材料制成防彈器材要優(yōu)越。具體實施方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實施例子1天然橡膠的改性天然

9、橡膠經(jīng)過切割制成小顆粒，然后加入相當(dāng)于橡膠重量12.5%的苯乙烯單體，充 分混合，苯乙烯單體完全被橡膠吸收。用一臺雙螺桿擠出機(jī)對橡膠顆粒進(jìn)行加工，控制 擠出溫度在140 C范圍，螺桿轉(zhuǎn)速在每分鐘160轉(zhuǎn)范圍，橡膠在擠出機(jī)中的停留時間應(yīng)該 在半分鐘左右，在這段時間內(nèi)橡膠的分子鏈被機(jī)械力所斷裂，同時引發(fā)苯乙烯聚合并形 成共聚物。擠出的熔體經(jīng)過切粒水冷，最后得到固體粒子，干燥備用。橡膠顆粒的溶脹經(jīng)過改性后的橡膠粒子與普通汽油在一個封閉容器中按照1： 3的重量比混合，約一 個小時后，橡膠粒子充分溶脹，尺寸增大了 3-4倍，但液體的粘度并不大。將溶脹的粒 子以及溶液倒入到丁 M-FB60型分體式膠體磨的

10、漏斗中，用中等細(xì)度進(jìn)行研磨，最后得到 糊狀物。粘合劑溶液的配置溶脹后的糊狀物轉(zhuǎn)移到另一個帶有攪拌器的容器中，事先將搗碎后的松香以及增塑 劑放入容器中，補(bǔ)加一定量的汽油，以保證最終溶液的重量濃度在20%到28%之間，橡 膠粒子、松香以及增塑劑的重量分別占總?cè)苜|(zhì)的85%、11.5%以及3.5%，增塑劑采用鄰 苯二甲酸二異辛酯，它的用量隨松香的增加而增加，基本上保持在1： 3與1： 4之間。 攪拌速率一般在每分鐘1-2轉(zhuǎn)，隨著橡膠的不斷溶解，體系的粘度也會相應(yīng)增加，攪拌 器必須施加更大的力度以保證轉(zhuǎn)速恒定，整個溶解過程需要3到4個小時，最終得到非 常粘稠的溶液，其粘度應(yīng)在38Pa.s到35Pa.s范

11、圍，溶液中聚合物的數(shù)均分子量在60000 到30000之間，分子量的分布一般不是正態(tài)分布，有時可能出現(xiàn)雙峰，這對粘合性能并 無大的影響。實施例子2天然橡膠的改性天然橡膠經(jīng)過切割制成小顆粒，然后加入相當(dāng)于橡膠重量10%的苯乙烯單體，充分 混合，苯乙烯單體完全被橡膠吸收。用一臺雙螺桿擠出機(jī)對橡膠顆粒進(jìn)行加工，控制擠 出溫度在130 C范圍，螺桿轉(zhuǎn)速在每分鐘180轉(zhuǎn)范圍，橡膠在擠出機(jī)中的停留時間應(yīng)該在 半分鐘左右，在這段時間內(nèi)橡膠的分子鏈被機(jī)械力所斷裂，同時引發(fā)苯乙烯聚合并形成 共聚物。擠出的熔體經(jīng)過切粒水冷，最后得到固體粒子，干燥備用。橡膠顆粒的溶脹經(jīng)過改性后的橡膠粒子與普通汽油在一個封閉容器中按

12、照1： 3的重量比混合，約一 個小時后，橡膠粒子充分溶脹，尺寸增大了 3-4倍，但液體的粘度并不大。將溶脹的粒 子以及溶液倒入到丁 M-FB60型分體式膠體磨的漏斗中，用中等細(xì)度進(jìn)行研磨，最后得到 糊狀物。粘合劑溶液的配置溶脹后的糊狀物轉(zhuǎn)移到另一個帶有攪拌器的容器中，事先將搗碎后的松香以及增塑 劑放入容器中，補(bǔ)加一定量的汽油，以保證最終溶液的重量濃度在20%到28%之間，橡 膠粒子、松香以及增塑劑的重量分別占總?cè)苜|(zhì)的80%、8%以及2%，增塑劑采用鄰苯二甲 酸二異壬酯，它的用量隨松香的增加而增加，基本上保持在1： 3與1： 4之間。攪拌速 率一般在每分鐘1-2轉(zhuǎn)，隨著橡膠的不斷溶解，體系的粘度

13、也會相應(yīng)增加，攪拌器必須 施加更大的力度以保證轉(zhuǎn)速恒定，整個溶解過程需要3到4個小時，最終得到非常粘稠 的溶液，其粘度應(yīng)在38Pa.s到35Pa.s范圍，溶液中聚合物的數(shù)均分子量在60000到3 0000之間，分子量的分布一般不是正態(tài)分布，有時可能出現(xiàn)雙峰，這對粘合性能并無大 的影響。實施例子3天然橡膠的改性天然橡膠經(jīng)過切割制成小顆粒，然后加入相當(dāng)于橡膠重量15%的苯乙烯單體，充分 混合，苯乙烯單體完全被橡膠吸收。用一臺雙螺桿擠出機(jī)對橡膠顆粒進(jìn)行加工，控制擠 出溫度在150 C范圍，螺桿轉(zhuǎn)速在每分鐘140轉(zhuǎn)范圍，橡膠在擠出機(jī)中的停留時間應(yīng)該在 半分鐘左右，在這段時間內(nèi)橡膠的分子鏈被機(jī)械力所斷裂

14、，同時引發(fā)苯乙烯聚合并形成 共聚物。擠出的熔體經(jīng)過切粒水冷，最后得到固體粒子，干燥備用。橡膠顆粒的溶脹經(jīng)過改性后的橡膠粒子與普通汽油在一個封閉容器中按照1： 3的重量比混合，約一 個小時后，橡膠粒子充分溶脹，尺寸增大了 3-4倍，但液體的粘度并不大。將溶脹的粒 子以及溶液倒入到丁 M-FB60型分體式膠體磨的漏斗中，用中等細(xì)度進(jìn)行研磨，最后得到 糊狀物。粘合劑溶液的配置溶脹后的糊狀物轉(zhuǎn)移到另一個帶有攪拌器的容器中，事先將搗碎后的松香以及增塑 劑放入容器中，補(bǔ)加一定量的汽油，以保證最終溶液的重量濃度在20%到28%之間，橡 膠粒子、松香以及增塑劑的重量分別占總?cè)苜|(zhì)的90%、15%以及5%，增塑劑

15、采用鄰苯二 甲酸二異癸酯，它的用量隨松香的增加而增加，基本上保持在1： 3與1： 4之間。攪拌 速率一般在每分鐘1-2轉(zhuǎn)，隨著橡膠的不斷溶解，體系的粘度也會相應(yīng)增加，攪拌器必 須施加更大的力度以保證轉(zhuǎn)速恒定，整個溶解過程需要3到4個小時，最終得到非常粘 稠的溶液，其粘度應(yīng)在38Pa.s到35Pa.s范圍，溶液中聚合物的數(shù)均分子量在60000到 30000之間，分子量的分布一般不是正態(tài)分布，有時可能出現(xiàn)雙峰，這對粘合性能并無 大的影響。權(quán)利要求書1、一種用于高強(qiáng)度聚乙烯無緯布生產(chǎn)的高分子膠粘劑，其特征在于：它是一種聚合物的汽油混合溶液，分別含有聚苯乙烯改性的天然橡膠、增粘劑 松香以及增塑劑，溶質(zhì)

16、在膠粘劑中的重量濃度在20%到28%范圍，黏度在35Pa.s 到38Pa.s范圍，所述的溶質(zhì)聚苯乙烯改性的天然橡膠、增粘劑松香以及增塑 劑三種成份的重量比例為：聚苯乙烯改性的天然橡膠重量在80%到90%的范圍；增粘劑松香的重量在8%到15%的范圍；增塑劑的重量在2%到5%的范圍。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分子膠粘劑，其特征在于所述的聚苯乙烯改性的天然 橡膠，其改性是在雙螺桿擠出機(jī)中通過力化學(xué)手段實施，其中苯乙烯的重量控 制在相當(dāng)于天然橡膠重量的10%到15%范圍之內(nèi)，擠出溫度控制在130OC到150弋 范圍，螺桿轉(zhuǎn)速控制在每分鐘140到180轉(zhuǎn)范圍，平均停留時間在25秒至35 秒范圍。3、根據(jù)

17、權(quán)利要求1所述的高分子膠粘劑，其特征在于所述的增塑劑為鄰苯二甲酸 二異辛酯、鄰苯二甲酸二異壬酯或者是鄰苯二甲酸二異癸酯。4、一種權(quán)利要求1所述的高分子膠粘劑的制備方法，其特征在于步驟依次為：a）按照所述的比例將聚苯乙烯改性的天然橡膠顆粒于15度至25度溫度下在 汽油中浸泡50分鐘至70分鐘，溶脹后顆粒變軟，尺寸增加3-4倍；b）用膠體磨將溶脹后的顆粒研磨成糊狀；c）在攪拌下聚合物完全溶解在汽油中，同時增粘劑松香和增塑劑也按照所述 的比例加入到溶液中，溶解所需的時間為3到4個小時。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的高分子膠粘劑，其特征在于所述的聚苯乙烯改性的天然 橡膠，其改性是在雙螺桿擠出機(jī)中通過力化學(xué)手段實施，其中苯乙烯的重量控 制在相當(dāng)于天然橡膠重量的10%到15%范圍之內(nèi)，擠出溫度控制在130OC到150弋 范圍，螺桿轉(zhuǎn)速控制在每分鐘140到180轉(zhuǎn)范圍，平均停留時間在25秒至35 秒范圍。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的高分子膠粘劑，其特征在于所述的