[发明专利]复合材料及其用途

说明书

本发明涉及复合材料作为抵抗能量材料例如抗爆炸材料的用途。本发明的优选方面涉及包含固体泡沫材料的分层复合板，该分层复合板能够将来自爆炸冲击波(例如，来自引爆的炸弹)的能量波的影响降低到可对爆炸附近的人或建筑物、交通工具及其它结构造成灾难性损害的水平以下。在优选的方面中，本发明涉及分层复合板减轻由爆炸产生的能量波和高速碎片的影响的用途。在另外优选的方面中，本发明涉及分层复合板还提供针对抛射物(例如，子弹)的防护的用途。因此，根据本发明所使用的复合材料优选地具有爆炸衰减功能和抗冲击功能。在另外的方面中，本发明提供了新颖的复合板，其适合于用作抗爆炸材料和/或抗冲击材料。

在许多环境中，例如，在交战地带，在存在恐怖分子攻击的危险的地点，或者在存在意外爆炸的危险的环境中，诸如工业场地，针对爆炸冲击波的影响的建筑物、交通工具及其它结构的防护是重要的考虑事项。不仅在爆炸附近对人的物理伤害的可能性，常规的建筑材料对来自爆炸的能量波提供了极低水平的抵抗力。例如，常规结构的砖块和灰浆壁具有极低的弹性(resilience)并且可容易地被军队和恐怖分子所使用类型的炸弹毁坏。另外，即使常规的砖块和灰浆构造的壁和建筑物没有被爆炸毁坏，能量波还可以以这样的方式通过结构传递使得对面壁的砖块和/或灰浆和/或灰泥的部分可以以高速度与结构分离，对壁/建筑物后面的人和/或基础设施造成危险。

因为这一原因，在军队、政府、商业及工业应用中广泛地使用针对爆炸冲击波的防护措施以避免人员伤亡以及减少对基础设施的损坏。

传统上，防爆结构被设计为将来自爆炸冲击波的能量波反射远离目标。通常，这样的结构包括钢、混凝土或增强混凝土屏障，并且必须是非常庞大的以提供充分的保护。例如，混凝土防爆结构具有至少30cm的厚度以提供充分的保护，并且常常是更加厚的，例如大约1.0m或更厚的厚度。这样的结构的安装是耗时的，并且由于其重量和体积可能难以运输至所需的地点。具体地，这样的结构完全不适合于快速调配(例如，通过飞机)，如许多军事行动所需的。另外，由于其体积和不美的外观，这些结构不适合于敏感的市中心地点，在那里空间是珍贵的，并且需要建筑吸引力。

由于与爆炸反射结构相关联的缺点，在该领域中对能够在一定程度上吸收来自与爆炸冲击波相关联的能量波的能量的防爆材料和结构存在需求。

已开发的用于解决这个问题的一类材料是含有结合有多孔树脂的聚集体的材料。在这些材料中，利用粘合剂或树脂(例如，聚氨基甲酸酯树脂)将聚集体粒子(诸如石头、陶瓷或玻璃碎片)结合到基质中(参见WO97/16697)。所得到的基质是高度多孔的，使得爆炸冲击波可通过粒子之间的结合的破坏和基质的致密化，以及通过能量波穿过基质中的空隙的衍射而被吸收。在一项开发中，在爆炸能量波的冲击下颗粒材料是可粉碎的，其中中空玻璃球和浮石是这种材料的实例(参见WO2007/141488)。由于基质的多孔性，这些复合材料比传统的增强混凝土轻，并且由于其能量吸收性能而需要较小的体积。然而，这些结构的粉碎常常使其不适合再使用，且因此不适合用于可使目标遭受多次攻击的环境中。此外，仍然对更加轻的材料存在需求。

另一个方法涉及含有例如玻璃纤维或钢纤维增强物的纤维增强的粘结板。与非增强的粘结材料相比，这样的材料具有高的压缩强度和拉伸强度，并且具有良好的抗冲击性能和抗爆炸性能。然而，这些材料的重量仍然使其不适合于许多应用。

本发明还延及可用于提供针对能量波(诸如爆炸冲击波的能量波)和空运抛射物的防护的材料的范围。

在第一方面中，本发明提供了分层复合板作为抗爆炸和/或抗冲击防护物的用途，其中分层复合板包括：(i)片状形式聚合材料的第一表面层；及(ii)包括第一固体开孔泡沫板或由第一固体开孔泡沫板组成的芯，其中片状形式聚合材料包括固化的聚合材料，该固化的聚合材料渗透开孔泡沫板的表面，在第一表面层和芯之间形成结合。

根据本发明的这一方面，第一固体开孔泡沫板优选地包括聚合泡沫或由聚合泡沫组成。根据本发明的这个方面可使用的固体开孔聚合泡沫的实例包括酚醛树脂泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚氨基甲酸酯泡沫、聚乙烯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚醋酸乙烯酯泡沫、聚酯泡沫、聚醚泡沫及泡沫橡胶。优选地，聚合泡沫选自酚醛树脂泡沫。

已发现，酚醛树脂泡沫的机械性能使其特别适合用于抗爆炸和/或抗冲击防护物。而且，片状形式聚合材料与酚醛树脂泡沫的结合使用提供了极高强度的板，以及在爆炸能量波的冲击下对分层和破碎的高抵抗力。因此，分层复合板提供了针对爆炸冲击波和冲击材料的优越的防护。