[发明专利]一种抗爆材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种抗爆材料及其制备方法，属于抑制爆炸的安全工程技术领域，抗爆材料的制备方法包括以下步骤：首先制备芳纶纳米纤维‑二氧化硅复合气凝胶，然后将异氰酸酯组分和氨基化合物分别装入喷涂机的原料桶中，先分别加热，再混合经过高压雾化，喷涂至基材的两个表面，形成聚脲涂层；再向其中一个聚脲涂层表面喷涂粘合剂，将芳纶纳米纤维‑二氧化硅复合气凝胶粘接固定至聚脲涂层表面，作为迎爆面；未粘接固定有芳纶纳米纤维‑二氧化硅复合气凝胶的聚脲涂层作为背面，从而在基材表面形成抗爆材料。本发明技术方案中，制备的抗爆材料具有优异抗冲击性能和阻燃性能，可以抗多次爆燃冲击，且可以防止基材爆炸产生的碎片对周围环境和人员产生危害。

技术领域

本发明属于抑制爆炸的安全工程技术领域，具体地，涉及一种抗爆材料及其制备方法。

背景技术

氢能，被公认为21世纪最具发展前景的清洁能源，但在生产、储运和使用的过程中，当氢气浓度达到可燃极限浓度时，在一定条件下，混合气体会发生燃烧、爆燃甚至爆轰，并对桥梁、建筑物等工程结构造成严重损伤和破坏，导致重大人员伤亡和财产损失。

聚脲涂层具有优异的抗爆性能，但是不耐高温易燃，在氢气爆燃过程中聚脲涂层会被火焰灼烧，大大降低其抗爆性能。二氧化硅气凝胶具有高孔隙率(＞90％)、低密度(0.003-0.1g/cm³)和低导热性(0.013-0.14W/m·K)等特征，可以吸收和缓冲氢气爆燃产生的冲击能量，但是二氧化硅气凝胶具有脆性、机械强度低和柔韧性差等特点，单独作为抗爆材料时效果较差。所以，亟需一种既有优异的抗爆性能也有良好的阻燃性能的抗爆材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗爆材料及其制备方法，通过在基材的两个表面喷涂聚脲涂层，然后在其中一个聚脲涂层表面粘接固定芳纶纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶，作为迎爆面，未粘接固定有芳纶纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶的聚脲涂层作为背面，本发明通过在基材表面固定有具有优异抗冲击性能和阻燃性能的抗爆材料，使得基板具有抗氢气爆炸的能力，从而可以很好地抑制氢气泄漏和建筑物爆炸飞溅对周围环境产生的危害。

本发明要解决的技术问题：聚脲涂层具有优异的抗爆性能，但是不耐高温易燃，在氢气爆燃过程中聚脲涂层会被火焰灼烧，大大降低其抗爆性能。二氧化硅气凝胶具有高孔隙率(＞90％)、低密度(0.003-0.1g/cm³)和低导热性(0.013-0.14W/m·K)等特征，可以吸收和缓冲氢气爆燃产生的冲击能量，但是二氧化硅气凝胶具有脆性、机械强度低和柔韧性差等特点，单独作为抗爆材料时效果较差。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种抗爆聚脲涂层及其制备方法，包括以下步骤：

A1、利用硅烷偶联剂对芳纶纳米纤维进行羟基化改性，制备羟基化芳纶纳米纤维水凝胶：将硅烷偶联剂溶于二甲基亚砜溶剂中，得到混合溶液，将芳纶纳米纤维和氢氧化钾加入上述混合溶液中，室温下磁力搅拌5-7d，得到芳纶纳米纤维分散液；将芳纶纳米纤维分散液加入二甲基亚砜中，再加入去离子水，溶剂交换3次，每次1-2d，得到羟基化芳纶纳米纤维水凝胶；

A2、将羟基化芳纶纳米纤维水凝胶置于超临界干燥装置中，进行超临界干燥，得到羟基化芳纶纳米纤维气凝胶；

A3、利用化学气相沉积技术在羟基化芳纶纳米纤维气凝胶上沉积二氧化硅，得到芳纶纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶：将羟基化芳纶纳米纤维气凝胶置于干燥器中，并分别通入原硅酸四乙酯和氨水，在25-30℃、18-23kPa条件下利用化学气相沉积技术在羟基化芳纶纳米纤维气凝胶上反应沉积二氧化硅，得到芳纶纳米纤维-二氧化硅复合气凝胶；