CN109735278A - 一种水性环氧胶粘剂及其在高性能纤维防弹板粘接中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水性环氧胶粘剂及其应用，该胶粘剂包括：环氧组分和固化组分；所述环氧组分包括水性环氧树脂乳液；所述固化组分包括胺类固化剂和水性聚氨酯乳液，所述水性聚氨酯乳液为固化组分总质量的10％～40％，所述水性聚氨酯乳液的固含量为25％～50％。本发明采用水性环氧树脂乳液形式的环氧体系，其粘接性能良好，硬度和刚性优异。并且，本发明主要通过引入一定量的水性聚氨酯乳液组分，对环氧树脂基体进行增韧。应用本发明所述的胶粘剂粘接高性能纤维防弹板，可在保证足够粘接强度、胶层硬度和刚性的前提下，使得防弹板获得优异的耐冲击性，减小弹击后凹陷深度，提高了防弹效果。

Description

一种水性环氧胶粘剂及其在高性能纤维防弹板粘接中的应用

技术领域

本发明属于胶粘剂技术领域，特别涉及一种水性环氧胶粘剂及其在高性能纤维防弹板粘接中的应用。

背景技术

陶瓷防弹板虽然发展较快，但是，其材料的脆性缺陷始终无法得到良好的解决。故而，高性能纤维防弹板的作用是无法替代的。高性能纤维的防弹机理属于大量吸收能量，并通过能量传递来阻止子弹穿透。目前，最常用且防弹效果最好的纤维复合板材是超高分子量聚乙烯纤维防弹板，其属于柔性材料。

现有的高性能纤维防弹板例如超高分子量聚乙烯纤维防弹板，其制备工艺通常包括：将高性能纤维丝单向喷涂胶黏剂或者浸入胶黏剂制得单向布，经过正交处理后，通过叠层，经压机在高温高压下加工成防弹制品。其中，现有的防弹板所用胶粘剂主要为聚氨酯和丙烯酸酯类胶粘剂。虽然该种防弹板抗穿透效果好，但是，其硬度和刚性不如金属或者陶瓷材料，因此存在弹击后凹陷深度大等问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种水性环氧胶粘剂及其在高性能纤维防弹板粘接中的应用，采用本申请提供的胶粘剂制备高性能纤维防弹板，其硬度及刚度好，并且能吸收大量能量，防弹效果极佳。

本发明提供一种水性环氧胶粘剂，包括：环氧组分和固化组分；

所述环氧组分包括水性环氧树脂乳液；所述固化组分包括胺类固化剂和水性聚氨酯乳液，所述水性聚氨酯乳液为固化组分总质量的10％～40％，所述水性聚氨酯乳液的固含量为25％～50％。

优选地，所述水性环氧树脂乳液中环氧树脂选自双酚A环氧树脂、双酚F型环氧树脂，双酚S型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、海因环氧树脂和酰亚胺环氧树脂中的一种或者几种。

优选地，所述胺类固化剂选自间苯二胺、二氨基二苯基甲烷、异氟尔酮二胺、二亚乙基三胺、乙二胺、己二胺、二乙胺基丙胺和间二甲苯二胺中的一种或者几种。

优选地，所述环氧组分包括：95～100质量份的水性环氧树脂乳液；0.1～2质量份的润湿剂；0.1～2质量份的消泡剂。

优选地，所述润湿剂为聚醚硅氧烷类润湿剂；所述消泡剂为有机硅类消泡剂。

优选地，所述固化组分包括以下质量百分比的组分：20～90％的胺类固化剂；0.1～4％的固化促进剂；10～40％的水性聚氨酯乳液；余量为水。

优选地，所述固化促进剂为叔胺类固化促进剂。

优选地，所述水性聚氨酯乳液的粘度为200～1000mPa·s。

优选地，所述固化组分中的活泼氢当量与水性环氧树脂乳液中的环氧当量之比为0.8～1.4:1。

本发明提供如上文所述的水性环氧胶粘剂在高性能纤维防弹板粘接中的应用。

与现有技术相比，本发明提供了一种水性环氧树脂胶粘剂，用于高性能纤维防弹板粘接，其主要由含有水性环氧树脂乳液的环氧组分和含有胺类固化剂的固化组分组成，该固化组分中还包括水性聚氨酯乳液，所述水性聚氨酯乳液为固化组分总质量的10％～40％，所述水性聚氨酯乳液的固含量为25％～50％。本发明采用水性环氧树脂乳液形式的环氧体系，其粘接性能良好，硬度和刚性优异。并且，本发明主要通过引入一定量的水性聚氨酯乳液组分，对环氧树脂基体进行增韧，效果佳，且更加环保。应用本发明所述的胶粘剂粘接高性能纤维防弹板，可在保证足够粘接强度、胶层硬度和刚性的前提下，使得防弹板获得优异的耐冲击性，减小弹击后凹陷深度，提高了防弹效果。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种水性环氧胶粘剂，包括：环氧组分和固化组分；

所述环氧组分包括水性环氧树脂乳液；所述固化组分包括胺类固化剂和水性聚氨酯乳液，所述水性聚氨酯乳液为固化组分总质量的10％～40％，所述水性聚氨酯乳液的固含量为25％～50％。

采用本发明提供的胶粘剂制备高性能纤维防弹板，其粘接强度高，防弹板刚度好，不易变形，并能充分发挥高性能纤维的防弹效果。

本发明实施例提供的水性环氧胶粘剂主要由含有水性环氧树脂乳液的A组分(环氧组分)，以及含有胺类固化剂的B组分(固化组分)组成。在本发明中，所述环氧组分包括水性环氧树脂乳液，所述水性环氧树脂乳液即环氧树脂的水性乳液形式，其中的环氧树脂为胶粘剂的树脂基体成分。本发明采用粘接性能良好，硬度和刚度优异的环氧体系，并且其成本较低。

本发明所述水性环氧树脂乳液中，环氧树脂可选自双酚A环氧树脂、双酚F型环氧树脂，双酚S型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、海因环氧树脂和酰亚胺环氧树脂中的一种或者几种。双酚A(即二酚基丙烷)型环氧树脂一般是由双酚A和环氧氯丙烷在碱性催化剂作用下缩聚而成，其原材料易得，成本低，应用广。双酚F型环氧树脂简称DGEBF树脂，双酚S型环氧树脂简称DGEBS树脂，均属于缩水甘油醚类环氧树脂。酚醛环氧树脂又称F型环氧树脂，属于双官能团环氧树脂；其制备可为：在酸性介质中苯酚与甲醛进行缩聚反应得到线型酚醛树脂，再与过量环氧丙烷在氢氧化钠存在下缩聚反应制得。海因环氧树脂是由海因或其衍生物经缩水甘油化而得到的含有乙内酰脲杂环的新型特种环氧树脂；酰亚胺环氧树脂是聚酰亚胺改性的环氧树脂。

本申请对所述环氧树脂的来源没有特殊限制，例如可采用E44～53的市售环氧树脂。环氧当量或环氧值是环氧树脂重要的特性指标之一，环氧当量是指含有1mol环氧基的环氧树脂的质量克数，环氧基当量可根据环氧值盐酸-丙酮法或者溴化季铵盐滴定法测试得到；环氧值是指100g环氧树脂中环氧基的摩尔数。

本发明实施例中所述A组分是采用机械乳化方式进行制备，即可将环氧树脂用球磨机磨碎，然后加入乳化剂水溶液，再通过高速搅拌，将环氧树脂粒子分散到水中。本发明实施例可在分散机中投入一定量的环氧树脂，加入乳化剂和水，在高速搅拌作用下分散，得到水性环氧树脂乳液。本发明对所述乳化剂的种类等没有特殊限制，可以选用市售乳化剂，优选采用乳化剂OP-10；所述水性环氧树脂乳液的固含量可为40～55％。

在本发明的一些实施例中，所述环氧组分包括：95～100质量份的水性环氧树脂乳液；0.1～2质量份的润湿剂；0.1～2质量的消泡剂。本发明实施例可在水性环氧树脂乳液中分别加入一定量的润湿剂和消泡剂，搅拌得到A组分。本发明对各助剂的来源没有特殊限制，采用相应的市售产品即可。所述润湿剂优选为聚醚硅氧烷类润湿剂，例如润湿剂BYK-340，用量优选为0.5～1.5质量份。所述消泡剂优选为有机硅类消泡剂，例如消泡剂BYK-306，用量优选为0.5～1.5质量份。

本发明提供的水性环氧胶粘剂包括固化组分，所述固化组分包括胺类固化剂和水性聚氨酯乳液。其中，所述胺类固化剂为二元或多元胺类，包括脂肪胺、芳香胺等，可选自间苯二胺、二氨基二苯基甲烷、异氟尔酮二胺、二亚乙基三胺、乙二胺、己二胺、二乙胺基丙胺和间二甲苯二胺中的一种或者几种，优选为二亚乙基三胺、乙二胺或异氟尔酮二胺。

本发明所述固化组分中还包括水性聚氨酯乳液，所述水性聚氨酯乳液即聚氨酯组分的水性乳液形式，其为增韧树脂乳液、增韧部分。本发明引入聚氨酯组分，对环氧树脂基体进行增韧，解决了常规环氧树脂只具备刚性和硬度，但是韧性不足的问题。

聚氨酯由于具有软硬嵌段结构，性能可设计，通过对结构调整，可以得到耐磨性和粘接强度高，耐高低温性能优异的产品。本发明在体系中加入水性聚氨酯乳液主要是提高胶层韧性，保证制品有足够的抗冲击性能，同时提高耐溶剂和耐高低温性能。但是常规溶剂型体系下，环氧体系和聚氨酯体系存在树脂不相容的问题，而本发明采用的低VOCS更加环保的水性体系，通过水性树脂共混的形式很好地解决了此类问题。此外，在本发明体系中，无法通过添加溶剂型液体橡胶等体系进行增韧改性。

并且，本发明所述水性聚氨酯乳液的固含量为25～50％，优选为35～40％，其占固化组分总质量的10～40％。本发明实施例采用市售的水性聚氨酯乳液产品，例如市售聚氨酯乳液DispercollU53、X1034、AH-0201、AH-0203的一种或者几种混合，该增韧组分使拉伸强度和断裂伸长率良好。所述水性聚氨酯乳液中树脂体系类型为聚酯型、聚醚型或者聚酯聚醚混合型，粘度范围可以通过增稠剂调整，优选200～1000mPa·s(20℃)；该粘度测得是在本领域技术人员熟知的室温温度，例如20℃。

在本发明的具体实施例中，所述固化组分包括以下质量百分比的组分：20～90％的胺类固化剂；0.1～4％的固化促进剂；10～40％的水性聚氨酯乳液；其余部分为水。本发明实施例可在分散机中投入一定量的胺类固化剂、固化促进剂，搅拌均匀后加入适量的水性聚氨酯乳液，继续搅拌一定时间，补加水至100％，得到所述的B组分(即固化组分)。

其中，所述胺类固化剂的含量优选为30～70％。所述固化促进剂能促进发生固化交联反应，优选为叔胺类固化促进剂；代表性的叔胺有DMP-30(即2,4,6-三[(二甲氨基)甲基]苯酚)。所述固化促进剂的用量优选为1～3％；所述水性聚氨酯乳液的用量优选为15～35％。所述固化组分的固含量可为30～70％；固含量是固体质量含量百分比。

在本发明的实施例中，所述的A组分和B组分的配比需要根据A组分中的环氧当量和B组分中的活泼氢当量推算，B组分中的活泼氢当量/A组分中的环氧当量为0.8～1.4：1，比例优选为0.9～1.3：1。其中，活泼氢根据固化组分中添加的胺类固化剂的添加量计算得到。根据环氧基和活泼氢当量的比例，本发明实施例将A组分和B组分混合，得到用于高性能纤维防弹板粘接的水性环氧胶粘剂。

本发明提供了如上文所述的水性环氧胶粘剂在高性能纤维防弹板粘接中的应用；即，本发明实施例提供一种高性能纤维防弹板，其中涂覆有上文所述的水性环氧胶粘剂。

本发明对所述高性能纤维防弹板的种类、制备等没有特殊限制；本发明实施例所述的高性能纤维防弹板中，高性能纤维织物可以为芳纶纤维织物、超高分子量聚乙烯纤维织物、PBO纤维(聚对苯撑苯并噁唑纤维)织物等。所述水性环氧胶黏剂用量范围为单向布面密度的5％-15％重量，面密度范围为35g/m²-85g/m²；单向布经过正交处理后，叠层，总面密度为5g/m²-8g/m²，经过高温硫化机在120-135℃高温和30MPa压力下，固化时间2.5小时-3小时的条件下，热压成型。

本发明实施例制备的高性能纤维防弹板粘接强度高，刚度好，不易变形，具有优异的耐冲击性，弹击后凹陷深度小，防弹效果极佳。

为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的水性环氧胶粘剂及其在高性能纤维防弹板粘接中的应用进行具体地描述。

实施例1

在分散机中投入30质量份的双酚A型环氧树脂E51、3质量份的乳化剂OP-10和65质量份的水，在高速搅拌作用下分散为水性环氧树脂乳液；再分别加入1质量份的润湿剂BYK-340和1质量份的消泡剂BYK-306，继续搅拌10分钟，得到A组分。

在分散机中投入60质量份的胺类固化剂二亚乙基三胺、2质量份的固化促进剂DMP-30，搅拌均匀后加入30质量份的拜耳公司市售产品水性聚氨酯DispercollU53，继续搅拌10分钟，补加水至100质量份，得到B组分。

根据环氧基和活泼氢当量为1：1.2，将上述A组分和B组分混合，得到用于高性能纤维防弹板粘接的胶粘剂。

实施例2

在分散机中投入35质量份的双酚A型环氧树脂E44、3质量份的乳化剂OP-10和60质量份的水，在高速搅拌作用下分散为水性环氧树脂乳液；再分别加入1质量份的润湿剂BYK-340和1质量份的消泡剂BYK-306，继续搅拌10分钟，得到A组分。

在分散机中投入55质量份的胺类固化剂异氟尔酮二胺、2质量份的固化促进剂DMP-30，搅拌均匀后加入25质量份的安大华泰公司市售产品水性聚氨酯AH-0201，继续搅拌10分钟，补加水至100质量份，得到B组分。

根据环氧基和活泼氢当量为1：1.1，将上述A组分和B组分混合，得到用于高性能纤维防弹板粘接的胶粘剂。

实施例3

在分散机中投入32质量份的双酚A型环氧树脂E53、3质量份的乳化剂OP-10和65质量份的水，在高速搅拌作用下分散为水性环氧树脂乳液；再分别加入1质量份的润湿剂BYK-340和1质量份的消泡剂BYK306，继续搅拌10分钟，得到A组分。

在分散机中投入55质量份的胺类固化剂乙二胺、2质量份的固化促进剂DMP-30，搅拌均匀后加入32质量份的安大华泰公司市售产品水性聚氨酯AH-0203，继续搅拌10分钟，补加水至100质量份，得到B组分。

根据环氧基和活泼氢当量为1：1.1，将上述A组分和B组分混合，得到用于高性能纤维防弹板粘接的胶粘剂。

实施例4

将实施例1～3得到的胶粘剂用于高性能纤维防弹板粘接；样品制备根据实验设备版型，按照预定版型进行裁切，做成面密度为5kg/m²的防弹板用于V50测试；另做成面密度为17kg/m²的防弹板用于M80测试。并且，以现有的纤维防弹板作为对比1，不加入水性聚氨酯乳液作为对比2；防弹性能测试依据GA950—201l《防弹材料及产品V50试验方法》标准和NIJ01.01.06中III级M80测试要求。

测试结果如下：

表1本发明实施例制备的高性能纤维防弹板检测结果

项目	单位	实施例1	实施例2	实施例3	对比1	对比2
							胶膜硬度	Shore D	81	83	82	76	84
V50值	m/s	615	618	612	580	630
							BFS凹陷	mm	36.1	34.5	35.6	42	34.1

其中，纤维为PE纤维；对比1是纯水性聚氨酯胶粘剂制备的纤维防弹板；

对比2是以实施例1为对比不加入水性聚氨酯乳液制备的纤维防弹板。

根据制备的高性能纤维防弹板检测结果，本申请胶膜成型硬度相对对比1增加了7％-10％，在与超高分子量纤维复合后，形成了多层叠加的纤维防弹板，由于使用了增韧的水性环氧树脂作为胶黏剂，防弹板本身的硬度以及层和层的结合力更强。V50值是反应防弹性能的一个重要指标，从表中可以看出，实施例1～3的V50值要高于对比1中V50值6％以上；BFS凹陷方面下降了14％～17％，效果明显。对比2由于没有加增韧乳液，虽然硬度高于实施例1～3和对比1，不过层和层之间的结合力差，并且脆性变强，在防子弹冲击时，协同作用差，造成V50值下降以及凹陷急剧增加。由此可见，采用本发明所述水性环氧胶粘剂制备高性能纤维防弹板，在保证足够粘接强度，胶层硬度和刚性的前提下，使得防弹板获得了优异的耐冲击性，提高了防弹效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。

Claims (10)

1.一种水性环氧胶粘剂，包括：环氧组分和固化组分；

所述环氧组分包括水性环氧树脂乳液；所述固化组分包括胺类固化剂和水性聚氨酯乳液，所述水性聚氨酯乳液为固化组分总质量的10％～40％，所述水性聚氨酯乳液的固含量为25％～50％。

2.根据权利要求1所述的水性环氧胶粘剂，其特征在于，所述水性环氧树脂乳液中环氧树脂选自双酚A环氧树脂、双酚F型环氧树脂，双酚S型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、海因环氧树脂和酰亚胺环氧树脂中的一种或者几种。

3.根据权利要求1所述的水性环氧胶粘剂，其特征在于，所述胺类固化剂选自间苯二胺、二氨基二苯基甲烷、异氟尔酮二胺、二亚乙基三胺、乙二胺、己二胺、二乙胺基丙胺和间二甲苯二胺中的一种或者几种。

4.根据权利要求1所述的水性环氧胶粘剂，其特征在于，所述环氧组分包括：95～100质量份的水性环氧树脂乳液；0.1～2质量份的润湿剂；0.1～2质量份的消泡剂。

5.根据权利要求4所述的水性环氧胶粘剂，其特征在于，所述润湿剂为聚醚硅氧烷类润湿剂；所述消泡剂为有机硅类消泡剂。

6.根据权利要求1所述的水性环氧胶粘剂，其特征在于，所述固化组分包括以下质量百分比的组分：20～90％的胺类固化剂；0.1～4％的固化促进剂；10～40％的水性聚氨酯乳液；余量为水。

7.根据权利要求6所述的水性环氧胶粘剂，其特征在于，所述固化促进剂为叔胺类固化促进剂。

8.根据权利要求6所述的水性环氧胶粘剂，其特征在于，所述水性聚氨酯乳液的粘度为200～1000mPa·s。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的水性环氧胶粘剂，其特征在于，所述固化组分中的活泼氢当量与水性环氧树脂乳液中的环氧当量之比为0.8～1.4:1。

10.如权利要求1～9中任一项所述的水性环氧胶粘剂在高性能纤维防弹板粘接中的应用。