[发明专利]抗高速冲击的聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及聚氨酯材料领域，公开了一种抗高速冲击的聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法。材料的原料组分含有：能够氧化为醌的邻苯二酚类有机化合物、胺类化合物、碳纳米纤维和聚氨酯弹性体原料，聚氨酯弹性体原料含有A组分和B组分，A组分为聚氨酯预聚体，B组分包括聚醇和辅料；相对于100质量份的聚氨酯弹性体原料，能够氧化为醌的邻苯二酚类有机化合物为0.1‑0.5质量份，胺类化合物为0.05‑0.25质量份，碳纳米纤维的质量份为0.2‑2.5质量份。该复合材料具有优异的压缩强度、韧性和抗冲击性能，压缩回弹率高达91.9％，在抵抗高应变率(约9000s^‑1)冲击作用下，拥有极高的吸收能，高达92.77J/cm³，比纯聚氨酯弹性体(43.71J/cm³)提高了112.24％，而且冲击后的样品没有明显的宏观损伤。

技术领域

本发明涉及军事防护领域或者涂层领域，具体涉及一种抗高速冲击的聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法。

背景技术

当今在高风险竞技体育、特种作业等行业领域，安全且轻质的高性能抗高速冲击防护材料显得格外重要，例如头盔、防弹衣、装甲涂层等。高性能的防护材料需要具备优异的强度和刚度来抵抗冲击破坏，避免防护材料严重变形或是穿透，也需要超高的韧性来吸收冲击能量，从而保护人体安全。聚氨酯弹性体作为一种具有高强度、抗撕裂、耐磨、高阻尼能力、高耐化学性等特性的黏弹性材料，可以制备软硬可调节的各种制备品，在人体防护领域和抗高速冲击防护装置有着广泛的应用市场。商用聚氨酯弹性体大多属于热固型树脂，机械性能虽好，但是在抵抗高速冲击方面效果不佳。在高速冲击过程中，往往伴随着高温、高压、高应变率等恶劣条件，容易造成弹性体不可恢复的变形、热软化、裂纹甚至冲击穿孔等失效损伤，这也限制了的聚氨酯弹性体的应用领域。因此，防护材料应具备更好的抗高速冲击性能、更高的韧性和强度以及良好的热稳定性。目前，改善聚氨酯弹性体机械性能的常用手段为微/纳米填料、聚合物共混和化学组分调节等，其中纳米填料大多没有缺陷，而且制备方便、实际效果好，应用更广泛。但纳米填料由于量子隧道效应、电荷转移和界面原子的相互耦合等原因，导致纳米填料团聚现象严重，因此与聚氨酯弹性体混合一般具有极差的分散性和界面相容性，很难充分显示出纳米填料作为增强相的优势，降低了聚氨酯弹性体的防护效果。

因此，迫切需要提高纳米填料和聚氨酯弹性体的界面相容效果，解决聚氨酯复合材料在高速冲击下造成的不可恢复的变形、热软化、裂纹甚至穿孔等失效损伤，从而提高其抗高速冲击性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的聚氨酯弹性体抵抗高速冲击出现不可逆的变形，热软化、裂纹甚至冲击穿孔等失效损伤问题，提供一种抗高速冲击的聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法。该复合材料具有较强的抗高速冲击性能，且该方法制备成本较低、制备方法简单，制备得到的复合材料抗高速冲击效果明显，可以广泛应用于工业生产之中。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种高速冲击的聚氨酯弹性体复合材料，所述材料的原料组分含有：能够氧化为醌的邻苯二酚类有机化合物、胺类化合物、碳纳米纤维和聚氨酯弹性体原料，所述聚氨酯弹性体原料含有A组分和B组分，所述A组分为聚氨酯预聚体，所述B组分含有聚醇和辅料；

相对于100质量份的所述聚氨酯弹性体原料，所述能够氧化为醌的邻苯二酚类有机化合物为0.1-0.5质量份，所述胺类化合物为0.05-0.25质量份，所述碳纳米纤维的质量份为0.2-2.5质量份。

优选地，所述能够氧化为醌的邻苯二酚类有机化合物选自邻苯二酚、邻苯三酚、多巴胺、3,4-二羟基肉桂酸、单宁酸、没食子酸和去甲肾上腺素中的至少一种。

优选地，所述胺类化合物选自聚乙烯亚胺、聚酰胺胺、聚酰胺亚胺、聚胺、聚烯丙基胺、聚乙烯胺、二乙醇胺、明胶、氨丙基三氧硅烷和聚醚胺中的至少一种。

优选地，所述能够氧化为醌的邻苯二酚类有机化合物为邻苯二酚，所述胺类化合物为聚乙烯亚胺。