本发明专利技术公开了一种抗冲击复合材料，包括连续相多层纤维布和填充相含有多脲基、多酰脲基高分子不出现聚胺酯弹性体，多层纤维布为平纹纤维布和斜纹纤维布间隔排列，总层数为3‑15层。本发明专利技术抗冲击复合材料连续相采用平纹纤维布和斜纹纤维布间隔排布，连续相采用含有纳米功能材料短纤的含有多脲基、多酰脲基高分子弹性体，连续相和填充相间同时存在物理融合和化学交联，复合材料的均一度高，具有高强度、高延伸率和高抗冲击性能。
【技术实现步骤摘要】
一种抗冲击复合材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及复合材料领域，尤其涉及一种抗冲击复合材料、其制备方法及应用。
技术介绍
复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料。它既保留原组成材料的重要特色，又通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能，与一般材料的简单混合有本质区别。纤维复合材料以纤维骨架作为连续相，以短切纤维和聚合物的混合物作为填充，短切纤维与骨架纤维互相缠结具有比强度高，比模量大，抗腐蚀性和耐久性能好，热膨胀系数低等优点，可应用于防腐、工程支撑、表面防护等领域。
技术实现思路
本专利技术提供一种抗冲击复合材料，采用多层纤维布作为连续相，纳米功能材料和聚合物的混合物作为填充相。多层纤维布为平纹纤维布和斜纹纤维布间隔排列，单层纤维布厚度介于0.05-0.35mm之间，总层数为3-15层。相邻两层整块纤维布之间的1-3层是小块纤维布拼接而成，为相同的四块小块纤维布均匀平铺，如此，既减少了废料的产生，小块纤维布间的缝隙还有利于填充相的浸润，减少复合材料中的空洞的产生。为了增加小块纤维布之间的结合力，可用另外两块同材质的小块纤维布将横向或纵向的两块小块纤维压覆。从成分看，本专利技术平纹纤维布具体为平纹玻璃纤维布、平纹玄武岩纤维布、平纹碳纤维布或平纹芳纶布，斜纹纤维布具体为斜纹玻璃纤维布、斜纹玄武岩纤维布、斜纹碳纤维布或斜纹芳纶布。每一层纤维布的成分和其他层相同类型的纤维布成分可以相同，也可以不同。本专利技术填充相聚合物为聚氨酯弹性体，现有聚氨酯弹性体均可，也可以在聚氨酯弹性体中添加一定含量的功能材料，与纤维布互相缠结，增加连续相和填充相的相互作用。基于上述机理，本专利技术采用如下重量分数配比的聚氨酯弹性体作为填充相：胺类混合物49％-67％、聚氨酯预聚体32％-50％和纳米功能材料1％-2％。胺类混合物包括以下重量份的物质：二元醇聚醚胺D400、D2000或D80020-50份，乙二胺、丙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺中一种或多种2-10份，间苯二胺PDA、间苯二甲胺MDA、二氨基二苯基甲烷HT972、二乙基甲苯二胺DETDA或二苯DBTDA中一种或多种3-15份，异佛尔酮二胺IPDA或异佛尔酮二胺与多元醇聚合物2-10份，固化剂590或5935-20份，固化剂T31或固化剂T53110-40份，多异氰酸酯固化剂T6001或固化剂62003-15份，紫外吸收剂UV531、UV944、UV326、UV327或uv-p中一种或多种1-2份，分散剂BYK5040、BYK1100或BYK116中一种或多种0.5-1份，抗氧剂1010、1076、1068、1135、1157一种或多种0.5-2份，消泡剂DF116或DF8310.1-0.2份，增韧剂TP136或TP15871-5份。聚氨酯预聚体括以下重量份的物质：MDI2-20份，MDI与多元醇PG1000-2000预聚体5-30份，MDI与多元醇PT1000-2000预聚体2-30份，氢化HMDI2-15份，HDI三聚体、HT100、HT600或N3390中的一种或多种2-20份，HDI与分子量1000-2000的多元醇预聚体2-15份，TDI或TDI与分子量1000-2000的多元醇预聚体1-12份，异佛尔酮二异氰酸酯IPDI与分子量800-3000多元醇聚合物份2-15份，增韧剂TP1842-5份，防老剂40101-3份，溶剂二甲苯醋酸丁酯、乙酸乙酯、PMA、DBE或DBG10-30份。纳米功能材料选自碳纳米管、石墨烯、多层石墨微片、石墨微球、纳米气相二氧化硅或碳纤维中的一种。将上述聚氨酯弹性体与多层纤维布结合，制备抗冲击复合材料的方法如下：1、纳米功能材料的预处理将纳米功能材料研磨，备用；2、制备喷涂液1)制备胺类混合物：在容器中按重量份加入在紫外线吸收剂和胺类组分，通入氮气保护，采用水浴锅升温到50℃，在此温度下低转速600-800rpm搅拌30-180min，直至液体澄清透明，加入增韧剂升温到80-120℃，在此温度下高速搅拌转速800-1400rpm搅拌60-120min，直至液体透明成粘稠液体，将采用冷却水将烧瓶降温到30-40℃，加入分散剂、抗氧剂、消泡剂和增韧剂，600-800rpm搅拌30-60min后得稳定液体；3)制备聚氨酯预聚体：按重量份称取聚氨酯预聚体各组分，将核心组分混合，氮气保护下，50-80℃搅拌2-5h，再加入增韧剂和防老剂，600-800rpm搅拌1-2h，加入溶剂稀释，备用；3、喷涂成型按顺序将平纹纤维布和斜纹纤维布间隔排列制成多层纤维布，将步骤2各步骤所得物质按比例混合均匀，加入胺类混合物中的固化剂，20000Hz、900W超声波震荡分散10-30min，然后再在600-800rpm下搅拌混合30-60min，完成调配，采用高压无气SPU喷涂，喷涂距离为2-50cm，喷涂压力为5-16MPa，喷涂完成后将多层纤维布至于压板上，控制压延温度为40-70℃，压延固话4-12h，即得。上述方法制备出的复合材料中纳米功能材料为片状或线状，可以和多层纤维布的纤维无规缠结，增强了聚氨酯和纤维布之间的结合力，使复合材料具有高强度和抗冲击性能。本专利技术抗冲击复合材料可以先制备成片材之后再根据使用场所进行加工，采用胶黏剂粘结固定，也可以将多层纤维布框架置于处理后的表面直接喷涂固化成型。进一步，本专利技术对纳米功能材料可进行如下改进：将研磨后的纳米功能材料浸入硝酸和硫酸的混合酸中，0℃下浸泡1-2h，降温至-15℃，加入摩尔比为1:(0.25-0.5):(0.25-1)的双氧水、高锰酸钾和次氯酸，-10℃-60℃反应0.5-24h后离心分离，将滤饼用去离子水洗涤至洗液pH为6-7，置于真空干燥箱中，60℃-70℃干燥4-6h，将干燥所得粉末在含有NaBH4和CaCl2的溶液中浸泡8-10h后过滤，将滤饼用去离子水洗涤后在干燥箱内60℃干燥6h，得含有羟基和羧基的纳米功能材料，将其溶解在溶剂中，制得纺丝原液，将所得纺丝原液进行静电纺丝，喷丝头的喷丝孔为楔形，在喷丝头正下方设置高压电离线圈，将接收装置上搜集到的纳米功能材料纤维裁剪成短纤。上述技术方案采用双氧水、高锰酸钾和次氯酸的混合氧化剂对纳米功能材料表面的活性基团进行氧化再部分还原，使纳米功能材料表面具有羟基和羧基，改性后的纳米功能材料能够较稳定地溶解在溶剂中，从而能够进行静电纺丝，制备成纳米纤维，将纳米纤维制备成短切纤维即可用于喷涂液中，喷涂后在成型过程中，短切纤维表面的羟基和异氰酸酯基反应，在化学层面上结合，短切纤维与纤维布缠结后，使连续相和填充相之间的结合更加紧密，进一步增加了复合材料的强度和抗冲击性能。该技术方案另一个改进之处在于，静电纺丝的喷丝孔为楔形，当形成稳定的纤维丝束后，纺丝原液持续经过楔形的喷丝孔时的不规则流动更加明显，发生应力不均匀，再本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种抗冲击复合材料，包括连续相多层纤维布和填充相聚氨酯弹性体，其特征在于，所述多层纤维布为平纹纤维布和斜纹纤维布间隔排列，总层数为3-15层。/n
【技术特征摘要】
1.一种抗冲击复合材料，包括连续相多层纤维布和填充相聚氨酯弹性体，其特征在于，所述多层纤维布为平纹纤维布和斜纹纤维布间隔排列，总层数为3-15层。
2.根据权利要求1所述的抗冲击复合材料，其特征在于，所述平纹纤维布和所述斜纹纤维布的厚度均为0.05-0.35mm；相邻两层整块纤维布之间的1-3层是由小块纤维布拼接而成。
3.根据权利要求2所述的抗冲击复合材料，其特征在于，小块纤维布为相同的四块均匀平铺。
4.根据权利要求3所述的抗冲击复合材料，其特征在于，四块小块纤维布中横向或竖向上的两块由相同的小块纤维布压覆。
5.根据权利要求1-4任一项所述的抗冲击复合材料，其特征在于，每层所述平纹纤维布独立地选自平纹玻璃纤维布、平纹玄武岩纤维布、平纹碳纤维布或平纹芳纶布之一；每层所述斜纹纤维布独立地选自斜纹玻璃纤维布、斜纹玄武岩纤维布、斜纹碳纤维布或斜纹芳纶布之一。
6.根据权利要求5所述的抗冲击复合材料，其特征在于，所述聚氨酯弹性体由以下重量分数的组分组成：胺类混合物49％-67％、聚氨酯预聚体32％-50％和纳米功能材料1％-6％；
所述胺类混合物包括以下重量份的物质：二元醇聚醚胺D400、D2000或D80020-50份，乙二胺、丙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺中一种或多种2-10份，间苯二胺PDA、间苯二甲胺MDA、二氨基二苯基甲烷HT972、二乙基甲苯二胺DETDA或二苯DBTDA中一种或多种份3-15份，异佛尔酮二胺IPDA或异佛尔酮二胺与多元醇聚合物2-10份，固化剂590或固化剂5935-20份，固化剂T31或固化剂T53110-40份，多异氰酸酯固化剂T6001或固化剂62003-15份，紫外吸收剂UV531、UV944、UV326、UV327或uv-p中一种或多种1-2份，分散剂BYK5040、BYK1100或BYK116中一种或多种0.5-1份，抗氧剂1010、1076、1068、1135、1157一种或多种0.5-2份，消泡剂DF116或DF8310.1-0.2份，增韧剂TP136或TP15871-5份；
所述聚氨酯预聚体括以下重量份的物质：MDI2-20份，MDI与多元醇PG1000-2000预聚体5-30份，MDI与多元醇PT1000-2000预聚体2-30份，氢化HMDI2-15份，HDI三聚体、HT100、HT600或N3390中的一种或多种2-20份，HDI与分子量1000-2000的多元醇预聚体2-15份，TDI或TDI与分子量1000-2000的多元醇预聚体1-12份，异佛尔酮二异氰酸酯IPDI与分子量8...
【专利技术属性】
技术研发人员：任朋成，
申请(专利权)人：烟台恒诺新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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