防爆炸冲击波的聚脲复合材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种防爆炸冲击波的聚脲复合材料及制备方法和应用，其该材料由甲、乙组分组成，甲：乙的重量比为3~8:1，其中，甲组分由异氰酸酯和聚碳酸酯二元醇组成；乙组分由胺类扩链剂组成。本发明专利技术所述材料具有超高强度、良好柔韧性，可有效抵御爆炸产生的冲击波，减轻爆炸冲击波对动物的损伤程度。可用于人体防护装备、防爆器材等爆炸冲击波防护领域。防爆器材等爆炸冲击波防护领域。防爆器材等爆炸冲击波防护领域。

【技术实现步骤摘要】
防爆炸冲击波的聚脲复合材料及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于防爆复合材料
，特别涉及一种防爆炸冲击波的聚脲复合材料及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，国内外恐怖活动、局部战争、安全生产事故爆炸时有发生，爆炸产生的冲击波已成为爆炸现场人员致伤、致死和救援人员安全威胁的主要因素，防爆抗冲击研究越来越引起人们的重视。典型的爆炸冲击波波形包含具有较高压力幅值的正压区与作用时间较长的负压区，同时伴随着较大的压力冲量，这是引起人员损伤的关键。如何减少爆炸冲击波对人员损伤，研发具有高效衰减冲击波的防护材料和防护装备对于人们的生命安全意义重大。
[0003]传统的冲击波防护材料先后研究了石膏、泡沫、凯夫拉、多孔介质发泡镍、钢棉、玻璃纤维等对爆炸冲击波的衰减作用，但这些材料有面密度大、对强冲击波防护效果不佳、甚至加重冲击波致伤作用等缺点，因此轻质、高效衰减冲击波材料成为研究热点。
[0004]聚脲是一种防爆抗冲击性能较好的新型轻质高分子材料，是由异氰酸酯组分（R
‑
N=C=O）与氨基化合物（R
‑
NH2）组分反应生成的一种微相分离的嵌段共聚物，由硬段和软段构成，化学性质稳定，理化性能优异，不仅可以通过调节异氰酸酯和氨基化合物的含量和种类，获得不同力学性能的聚脲弹性体，还可以在成型过程中加入纳米颗粒、玻璃微珠、石墨烯等材料，获得力学性能更优异、阻燃性能更好的聚脲复合材料。聚脲复杂的内部微结构、软硬段含量配比、加载速度、温度等是影响其力学性能和冲击波防护性能的主要因素。因此聚脲复合材料的组分调配、制备条件调整及与功能性填料复合是获取高效衰减爆炸冲击波材料的方法。有研究通过挤压、喷涂和刷涂不同成型工艺评估筛选出具有高效抗爆性能的砌体墙加固修复聚脲材料，却发现在背爆面涂覆3
‑
9mm厚度聚脲时，抗爆性能随厚度增加而增强，进一步采用聚脲作为夹层，复合钢板/纤维树脂结构具有更好的抗爆性能；因此，合理应用聚脲材料能够增加结构的防爆抗冲击性能，但如果应用不合理，反而会减弱防护结构的抗爆性能。聚脲材料衰减冲击波机理研究认为冲击波促使聚脲软硬段的重排、结晶与硬化，氢键的断裂与重组，材料内部的粘性耗散，以及卸载波和加载波的相互作用是聚脲吸收、消散冲击能量的主要方式。因此，基于聚脲材料的软硬段分子结构设计及其配比、聚脲层厚度等开发新型复合材料对于制备抗爆炸冲击波聚脲材料具有重要的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种防爆炸冲击波的聚脲复合材料及制备方法和应用，该材料具有超高强度、良好柔韧性，可有效抵御爆炸产生的冲击波，减轻爆炸冲击波对动物的损伤程度。可用于人体防护装备、防爆器材等爆炸冲击波防护领域。
[0006]本专利技术的技术方案是：防爆炸冲击波的聚脲复合材料，由甲、乙组分组成，甲：乙的重量比为3~8:1，其中，
甲组分由二异氰酸酯和聚碳酸酯二元醇组成；乙组分由胺类扩链剂组成。
[0007]所述甲组分由30~60重量份二异氰酸酯和40~70重量份聚碳酸酯二醇组成；乙组分由100重量份的胺类扩链剂组成。
[0008]所述的二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或两种以上的组分；优选地，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。
[0009]所述的聚碳酸酯二元醇选自聚碳酸亚丙酯二醇、聚碳酸丁二酯二醇、聚碳酸新戊二酯二醇、聚碳酸己二酯二醇、聚碳酸戊二酯二醇中的一种或两种以上的组分，分子量为600
‑
2000。
[0010]所述的聚碳酸酯二元醇为聚碳酸亚丙酯二醇。
[0011]所述的胺类扩链剂选自二乙基甲苯二胺、3,5
‑
二氨
‑4‑
氯苯甲酸异丁醇酯、异佛尔酮二胺、二甲硫基甲苯二胺中的一种或两种以上的组分；优选地，所述胺类扩链剂为二甲硫基甲苯二胺和3,5
‑
二氨
‑4‑
氯苯甲酸异丁醇酯。
[0012]上述防爆炸冲击波的聚脲复合材料的制备方法，有以下步骤：1）制备甲组分：按上述的重量份取聚碳酸酯二元醇和二异氰酸酯，聚碳酸酯二元醇加入容器中，升温至100
‑
120℃，高真空下脱水1
‑
2h，直至水含量低于50ppm，冷却至40
‑
60℃；解除真空，加入二异氰酸酯，待体系自然升温停止后，缓慢加热升温， 80
‑
85℃下反应2
‑
3h，测残余NCO含量，降至室温（24
‑
26℃），停止反应，抽真空脱泡，得到甲组分；2）制备聚脲复合材料：取甲组份，70℃下真空干燥预热1h， 抽真空脱泡10min；按上述的配比取乙组分；将乙组分倒入甲组份中，搅拌混合，搅拌速度800~1000转/min，搅拌时间3
‑
5min；浇筑成型，自然干燥24h后脱模，得到聚脲复合材料。
[0013]步骤1）所述催化剂为月桂酸丁锡。
[0014]步骤2）所述的搅拌时避免产生气泡。
[0015]有益效果本专利技术依据聚脲分子结构中的软硬段结构的差异，在分子成型过程中会形成具有微相分离的结构，而微相分离程度会直接影响聚脲材料的物理性能。软段种类和链长会对软硬段混合的热力学相容性、软硬段之间的相互作用和相微区的有序排列产生影响。
[0016]本专利技术中合成预聚体选用聚碳酸酯多元醇作为聚脲复合材料的软段成分，聚碳酸酯主链分子结构内聚能高，抗冲击、抗撕裂等力学性能优异；同时长链段聚碳酸酯多元醇极性强，表现出更大程度的微相分离，使得聚脲弹性体具有更优异的静态力学性能和抗冲击性能。
[0017]本专利技术通过优选聚脲软硬段组分、组分配比、复合材料厚度进行结构设计，制备出具有超高强度、良好柔韧性，可高效抵御爆炸产生的冲击波，减轻爆炸冲击波对动物致伤的新型聚脲复合材料。
附图说明
[0018]图1为生物激波管内大鼠防护效应评估试验示意图；
图2为防护组与无防护组大鼠肺损伤大体解剖图；图3为防护组与无防护组大鼠死亡率与肺损伤伤情等级；图4为现场实爆山羊防护效应评估试验示意图；图5为防护组与无防护组山羊肺损伤大体解剖图；图6为防护组与无防护组山羊肺损伤程度和肺功能差异图。
具体实施方式
[0019]除特指试剂外，本实施例所述试剂均采用商售的分析纯试剂。
[0020]实施例l制备防爆炸冲击波的聚脲复合材料防爆炸冲击波的聚脲复合材料由甲组分和乙组分组成，所述甲组分是由37.5重量份异佛尔酮二异氰酸酯IPDI（巴斯夫）和62.5重量份聚碳酸酯二元醇Nippollan963（日本东曹TOSOH）组成；所述乙组分选用二甲硫基甲苯二胺；甲、乙组分的重量比为8:1。
[0021]制备防爆炸冲击波聚脲复合材料，包括以下步骤：将62.5重量份聚碳酸酯二元醇Nippollan963加入配有搅拌器、温度计、真空系统和电加热套的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种防爆炸冲击波的聚脲复合材料，其特征在于，该材料由甲、乙组分组成，甲：乙的重量比为3~8:1，其中，甲组分由二异氰酸酯和聚碳酸酯二元醇组成；乙组分由胺类扩链剂组成。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述甲组分由30~60重量份二异氰酸酯和40~70重量份聚碳酸酯二元醇组成；乙组分由100重量份的胺类扩链剂组成。3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、环己烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或两种以上的组分；优选地，所述异氰酸酯为异佛尔酮二异氰酸酯。4.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的聚碳酸酯二元醇选自聚碳酸亚丙酯二醇、聚碳酸丁二酯二醇、聚碳酸新戊二酯二醇、聚碳酸己二酯二醇、聚碳酸戊二酯二醇中的一种或两种以上的组分，分子量为600
‑
2000。5.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于：所述的聚碳酸酯二元醇为聚碳酸亚丙酯二醇。6.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于：所述的胺类扩链剂选自二乙基甲苯二胺、3,5
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二氨
‑4‑
氯苯甲酸异丁醇酯、异佛尔酮二胺、二甲硫基甲苯二胺中的一种或两种以上的组分；优选地，所述胺类扩链剂为二甲硫基甲苯二胺和3,5
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：张安强，蒋建新，李朝龙，文大林，刘迪，杜娟，廖志康，曾灵，张华才，米俊伟，陈国昇，赵晓东，高楚，蔡青利，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军特色医学中心，
类型：发明
国别省市：