影响芳纶无纬布质量的主要因素

因为单层无纬布的质量好坏直接决定其复合材料制品或者是层压正交材料的性能，所以如何提高无纬布的质量显得格外重要。影响无纬布质量的主要因素有：丝束上张力控制、树脂或是胶液的含量、工作实际环境以及产品外观质量等。

3.1        丝束所受张力控制

丝束张力控制主要是使得芳纶纤维在无纬布中排列得更加均匀以及调整纤维之间间隙的大小，可以通过纱架上的张力调节器来控制纤维所承受的张力大小，从而制得性能优异的芳纶无纬布。芳纶纤维所受张力均匀时，芳纶展开的宽度基本一致，纤维与纤维之间基本保持平行，这样就可以最大限度地发挥纤维强力作用；张力不够，芳纶展开的宽度不足，会使得芳纶纤维之间留下较大的缝隙，纤维之间不是平行排列，受到冲击载荷时，由于纤维的承受力不一致，从而使得材料更容易发生断裂等破坏形式，材料用在实际过程中，有薄弱点存在；若张力过大，使纤维在经过导轮以及导棍时所受的摩擦力增大，纤维的磨损就增多，纤维的强力就下降，纤维断头率就增加，从而影响了工艺性能，进而影响了无纬布的质量。张力控制对于不同纤维是不一样的，所以要经过研发人员很多次的试验才能得到一个比较贴近实际的经验值。

3.2        树脂胶液的影响

树脂胶液体积含量以及所选胶液的种类对无纬布的最终产品质量影响很大，若采用的树脂胶液粘度过大，树脂流动时需要较大的压力；而粘度太小，树脂可能在浸润纤维束之间就充满辊筒，导致制品中的疏松缺陷，其次树脂胶液应具有较长的适用期以及当树脂胶液充满后又能快速地固化，以缩短制品地成型周期。在树脂胶液的性能上，所选的树脂胶液应在强度、模量、韧性、耐温、耐环境老化和纤维粘结性能等方面满足制品的技术要求。含胶量对防弹性能的影响原因是: 较低的含胶量时树脂分散成膜不连续, 与一些纤维不能形成良好的结合, 纤维松散的状态在弹击过程中容易受压而滑移使参与防弹的有效纤维数量减少、缝隙增大, 从而导致防弹性能下降；树脂过多则对界面改善无更多贡献, 反而对纤维产生过度约束, 影响纤维的变形拉伸断裂耗能,此外含胶量的增加意味着纤维含量的减少, 同样对防弹不利；只有树脂含量适合时界面增强的作用强于纤维减少的不利， 使无纬布的防弹性能达到最好状态。实践得出：树脂胶液含量控制在20%左右较为适合，靶板防弹性能在此区间波动不大。树脂胶液含量影响有如下一些，如纤维运转速度、展开棍的压、纤维所受张力、胶液浓度等。

3.2.1        纤维运转速度对芳纶无纬布树脂含量大小的影响

制备芳纶无纬布过程中，纤维运转速度的快慢会对树脂胶液含量大小有很大影响。主要是通过多次试验摸索后来确定纤维运转速度。这个确定的原则是在保证纤维充分浸渍透，胶液不外溅。运转速度太慢就会降低生产效率；太快就会引起胶液飞溅到外部，从而造成污染环境，并且太快可能由于纤维尚未浸润透就直接经过导轮缠绕到辊筒上，直接影响最后产品的质量；同时给清洗机器以及环境带来很大麻烦。在胶液浓度一定的前提下，纤维运转速度为0.8m/s。

3.2.2        展开棍的压力以及刮刀的深浅厚度

展开棍的压力大小可以直接影响到无纬布胶液含量大小，展开棍压力越大，施加在单层无纬布上的施压载荷越大，板材就压得越薄，树脂胶液含量就相对来说少，再通过刮刀的配合，就可以控制无纬布的厚度，刮刀的上下移动就可以刮掉所要求的多余胶液，从而确保产品质量的均匀性，特别是面密度的一致性，离散性小。刮刀离无纬布层距离越近，胶液相对来说含量就少，从而面密度越小；距离越远，胶液的含量就大，面密度也随之增大。根据不同用户的要求，在确保纤维和胶液粘合在一起的前提下可以制得不同面密度的无纬布，因此每次每批产品都要先试验摸索后再确定展开棍的压力以及刮刀深度大小。

3.2.3        纤维施加张力对芳纶无纬布树脂含量影响

在预浸无纬布制备过程中,理想的工艺是纤维进胶槽前希望纤维施加张力不宜太大,使纤维呈松弛状态,易浸透胶液,但纤维从胶槽引出后又要求施加足够的张力,以使纤维呈张紧状态均匀地排布在辊筒上,但此时纤维张力过大会引起切开的预浸无纬布因纤维收缩而产生局部弯曲,所以制备预浸无纬布过程中最佳的张力应是纤维呈直线运行,无松弛现象,此时给纱筒应施加最小的拉力。应考虑的另一个问题是施加张力的大小,还与纱筒的自重有关,纱筒质量愈大,惯性越大,此时张力会相应增大。

3.2.4  树脂胶液浓度对无纬布树脂含量的影响

采用浸渍法制备芳纶无纬布工艺，在纤维引出胶槽后，经过导轮直接绕在辊筒上,胶液浓度大小对预浸无纬布的树脂含量影响是显而易见的,沃西源得出结论，随胶液密度增大,预浸无纬布的树脂含量直线增加,据此说明胶液密度是控制预浸无纬布树脂含量的关键指标。要制备不同树脂含量的预浸无纬布,可以首先考虑变化胶液的密度。为了保持胶液密度尽可能稳定,必须设法减少溶剂的蒸发量,加大胶槽相对可减少蒸发面积,采用恒液压面装置,不断补充新的胶液等工艺措施,使胶液密度变化范围降至最低限度,从而保证预浸无纬布的树脂含量。

3.2.5  纤维种类及胶液搭配问题

不同的纤维种类对同一胶液的吸收能力或是黏附力是不一样的，同一种纤维对不同的树脂胶液的吸附能力也是不同的，实践表明,芳纶纤维表面上胶量、毛丝多少都会直接影响无纬布的树脂含量。因为纤维表面上胶量高,不利于胶液浸润,预浸无纬布的树脂含量难以保证。上胶量太少,芳纶纤维毛丝多、部分纤维之间都没有很好的粘合在一起，强力都会有所下降。通过多年的经验积累表明,芳纶无纬布的树脂含量在20%左右的时候，防弹等各方面的能力最强，从外观上看其上胶量是颇为均匀的,所以我们在制备芳纶无纬布的树脂含量基本都是控制在这个区间左右。

3.3  实际生产环境条件

制备无纬布应在清洁明亮的厂房进行，厂房一般都有空调设施，保持恒温、恒湿，对清洁度有一定要求，以保证预浸无纬布的制备质量。

3.3.1  温度

环境温度对预浸无纬布的树脂含量有影响。环境温度过高,溶液蒸发速度加快,胶液密度增大,使预浸无纬布树脂含量增高,且过高的环境温度会使溶剂大量蒸发,严重污染环境,对操作者身体健康带来一定危害，所以一般在生产车间都有空调措施以保证温度的相对稳定，同时还会加速树脂基体材料的反应,缩短预浸无纬布制品的贮存期。而温度太低对操作带来不便,制备工艺难以控制制品质量。实践表明制备无纬布的环境温度控制在(20±5)℃范围内是可行的。

另外不可忽视的是无纬布的烘干温度以及烘时时间，首先必须保证烘时均匀性，否则造成部分无纬布已经干燥，而另外部分尚未干，烘时时间和烘干温度一定要保证，温度没有达到，时间一定要确保，所以这两者要很好的协调。如果没有处理好这两者，无纬布就可能没被烘干，从而在拿放过程中损伤产品的质量甚至可能外面的一层薄膜撕裂掉，造成外观以及性能上的缺陷。实际过程中，采用的是单层无纬布在60℃下烘40min。

3.3.2  湿度

湿度不仅影响到制备工艺，给预浸无纬布性能带来诸多不良后果,湿度过大，会增大烘干时间，产品周期增长，生产效率降低，同时无纬布的表面会凝结水分,形成一层白色糊状物。由此可见,湿度对预浸无纬布的质量影响是甚为严重的。实践证明制备预浸无纬布的厂房相对湿度应控制在不大于70%。

3.3.3  洁净度

制备无纬布厂房环境不洁净,产品的表面会附有灰尘和外来杂质,影响铺层质量和复合材料制品的力学性能。大的颗粒和外来杂质会影响复合材料制品表面性能和外观质量，所以制备无纬布的厂房必须经常除尘,工作人员应严格遵守各项规章制度,保持厂房环境洁净度和设备运转正常,以此来保证无纬布的质量。通过合理控制这些影响因素,可确保制品质量。

由前述内容可见,影响无纬布质量的因素很多，如树脂含量、工作环境、外观质量等，因此在制备过程中,首先要按照用户的要求以及材料技术条件或标准来确保质量,且要严格控制各工艺参数如张力大小等,才能制备出工艺状态稳定、质量符合要求的芳纶无纬布。