[發明專利]一種Kevlar纖維布增強聚脲基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710404555.6
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107011648B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 姜龍濤;晁振龍;喬菁;張強;陳國欽;茍華松;楊文澍;武高輝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C08L75/02
• 分類號: C08L75/02;C08L77/10;C08J5/04;B29B15/12;B29C70/34
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 李紅媛

一種Kevlar纖維布增強聚脲基復合材料及其制備方法，它涉及一種Kevlar纖維布增強聚脲基復合材料及其制備方法。本發明是要解決單一聚脲彈性體材料強度較低以及Kevlar纖維布服役時纖維橫向拔出導致的材料失效的問題。Kevlar纖維布增強聚脲基復合材料以Kevlar纖維布作為增強體，以聚脲作為基體進行結合。一、制備聚脲彈性體；二、纖維布料裁剪并浸入聚脲；三、抽真空；四、纖維布鋪陳；五、壓鑄。本發明制備的纖維布增強聚脲基復合材料可用于軍用領域，如防彈裝甲背板、飛機、導彈結構材料、防護頭盔等；民用結構材料領域，如管道、墻板等建筑結構材料。

技術領域

本發明涉及一種Kevlar纖維布增強聚脲基復合材料及其制備方法。

背景技術

聚脲彈性體作為一種高分子材料具有較低的密度和價格，聚脲優異的理化性能包括極高的抗張抗沖擊強度、柔韌性、耐磨性、防濕滑、耐老化、防腐蝕等。

美空軍最先將聚脲涂層應用于建筑物防爆破方面，隨后美國海軍將聚脲應用于高機動多用途式車輛(HMMWV)裝甲板外層，以期減輕彈道碎片和子彈的危害。實驗研究表明聚脲層起到了很好的防護效果，能顯著增強裝甲板對炮火和爆炸碎片的抗穿透能力。聚脲彈性體在高速沖擊下會發生玻璃化轉變，材料的強度模量會有很大提高，同時耗散了大量能量從而達到防彈的目的，彈性材料往往作為背板形成鋼板/陶瓷/彈性材料(德國豹-2、俄羅斯T90坦克)的復合防彈結構。

聚脲除了在軍事防彈領域有很好的應用前景外，由于其防水、防腐和耐磨的性能在大型基礎建設領域也被廣泛應用。如管道防腐、隧道防水、橋梁防護等。

高強度纖維主要包括碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。這些纖維由于其超高強度和模量廣泛應用于民事、軍事領域。纖維增強的聚合物基復合材料也由于其優異的性能而被廣泛應用。

纖維增強復合材料有著優于純纖維和基體的性能。首先，在沖擊中基體能夠保持纖維對位置和方向不變，并且能夠分散纖維之間的應力；其次，基體的存在可以對纖維起到保護作用，避免由環境因素造成纖維性能的降低，如在高濕度條件下純纖維耐沖擊性能的降低和紫外線輻射光降解引起的力學性能的下降；基體破裂導致的分層也是一種能量吸收機制。浸漬的芳綸纖維織物有著更好的動態防侵入性能。在用作輕質防彈或軟裝甲時，纖維與基質較低的附著力可以使纖維獲得更大的變形，從而可以吸收更多的沖擊能量。

纖維布增強聚脲基復合材料層合板集合了纖維以及聚脲彈性體共同的優點，通過不同的鋪層以及纖維體積分數的設計，可以得到高強、高韌性、低密度、耐腐蝕、防水、以及尤其抗彈體侵切性能的纖維布增強聚脲基復合材料層合板。可以用于大型基礎建設領域，如管道防腐、隧道防水、橋梁防護、房屋防爆等；可以用于民用防護領域，如頭盔、護膝等護具；還可以用于軍事領域，如防彈衣、防彈板、飛機結構等領域。

發明內容

本發明是要解決單一聚脲彈性體材料強度較低以及Kevlar纖維布服役時纖維橫向拔出導致的材料失效的問題，而提供一種Kevlar纖維布增強聚脲基復合材料及其制備方法。

一種Kevlar纖維布增強聚脲基復合材料是以Kevlar纖維布作為增強體，以聚脲作為基體進行結合，其中纖維布的體積百分數為50％～90％；所述纖維布的材質為天然纖維或化學纖維；所述聚脲是由二異氰酸酯和二元胺制備而成。

一種Kevlar纖維布增強聚脲基復合材料的制備方法是按以下步驟完成的：

一、將二元胺置于反應瓶中，在真空度為100Pa以下磁力攪拌1h～6h至無氣泡，得到反應液A；將二異氰酸酯置于反應瓶中，在真空度為100Pa以下磁力攪拌1h～6h至無氣泡，得到反應液B；

二、將反應液A和反應液B混合，攪拌2～10min，得到聚脲彈性體；所述反應液A中二元胺與反應液B中二異氰酸酯的摩爾比為1:(0.8～1.2)；