本發(fā)明屬于化工涂層材料的，具體涉及一種防爆防彈涂層材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、爆炸發(fā)生時(shí)通常會產(chǎn)生超強(qiáng)的沖擊波以及破片，后果非常嚴(yán)重，極大地危害人民生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，面對這種危害較大的突發(fā)事件，需要防護(hù)材料具有盡可能高的防爆防彈性能。針對破片侵徹和爆炸沖擊波載荷的作用時(shí)間和載荷壓力幅值，所需的防護(hù)材料/結(jié)構(gòu)就應(yīng)具有高的單位質(zhì)量瞬態(tài)比強(qiáng)度和比韌性，當(dāng)子彈擊中涂層時(shí)硬度迅速提高可以消耗掉大部分能量，網(wǎng)狀分子結(jié)構(gòu)可以在背彈面將彈頭兜住，阻止子彈穿透；防爆聚脲是一種超級堅(jiān)韌的皮膚式涂層，具有強(qiáng)大的吸能轉(zhuǎn)化功能。當(dāng)遇到爆炸沖擊波后，其玻璃化溫度迅速改變，硬度瞬間提高幾十倍，可以承受巨大的爆炸沖擊而不破壞，可用來加強(qiáng)各種軍用基板的防爆能力。

2、然而，目前大部分用在防爆防彈等防護(hù)領(lǐng)域的聚脲材料，涂層撕裂強(qiáng)度差，而那些非聚脲彈性涂料的聚氨酯涂料，若應(yīng)用在抗爆的材料上，僅僅采用聚脲彈性涂料形成涂層，而聚脲彈性涂料的包覆能力和粘接性能不足，使得其無法有效的覆蓋在材料表面，使得整體材料的抗爆性能較低，無法滿足高強(qiáng)的抗爆性能的需求。

3、公告號為cn119178362b的中國專利公告了一種防爆防彈涂層材料及其制備方法，以環(huán)氧樹脂和擴(kuò)鏈劑作為改性層，填料層為碳纖維網(wǎng)，通過改性層-填料層-彈性體層-填料層的交替方式涂覆于所述基板層的兩面，但是該方案中，各涂層之間結(jié)合度不高，粘接性能不足，導(dǎo)致抗爆性能較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種防爆防彈涂層材料及其制備方法，包括基板層與復(fù)合層，復(fù)合層涂覆于所述基板層的兩面，所述復(fù)合層包括彈性層、納米針復(fù)合碳纖維層和復(fù)合陶瓷微球?qū)?，且依次呈“?fù)合陶瓷微球?qū)?納米針復(fù)合碳纖維層-彈性層”的交替設(shè)置；通過納米氧化鋅微針結(jié)構(gòu)與碳纖維相互穿插作為第二層，從而有效承載橫向剪切應(yīng)力，能阻止復(fù)合材料層間橫向微裂紋的擴(kuò)展，并且表面粗糙結(jié)構(gòu)可以顯著增加各涂層之間的結(jié)合力。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種防爆防彈涂層材料的制備方法，通過如下步驟制備：

4、步驟一：將納米針復(fù)合碳纖維、丙烯酸、n,n-二甲基甲酰胺和去離子水加入反應(yīng)釜中，通入氮?dú)獗Ｗo(hù)，在95-100℃和500-600r/min的條件下攪拌反應(yīng)1-2h，冷卻至55-65℃，向反應(yīng)釜中加入作為引發(fā)劑的亞硫酸鈉和作為交聯(lián)劑的羥甲基丙烯酰胺，繼續(xù)攪拌3-4h，過濾，將濾餅用去離子水和無水乙醇分別洗滌2-3次，60-80℃真空干燥1-2h，得到納米針復(fù)合碳纖維層。

5、步驟二：將復(fù)合陶瓷微球?qū)幼鳛閲娡坎牧?，?0-60g/min的送粉量進(jìn)行超音速火焰噴涂，噴涂在基板層上，為第一層；將納米針復(fù)合碳纖維層在60-70℃和12-14mpa的條件下，噴涂在第一層上，得到第二層；將彈性層同樣的條件下，噴涂在第二層上，得到一種防爆防彈涂層材料。

6、進(jìn)一步地，步驟一中納米針復(fù)合碳纖維、丙烯酸、n,n-二甲基甲酰胺、去離子水、亞硫酸鈉和羥甲基丙烯酰胺的用量比為20-30g：30-40ml：70-80ml：100-200ml：1-2g：1-2g。

7、進(jìn)一步地，步驟二中復(fù)合陶瓷微球?qū)油ㄟ^如下步驟制備：

8、將水合硝酸氧鋯和去離子水加入反應(yīng)釜中，在90-100℃和500-600r/min的條件下攪拌30-40min，自然冷卻，再加入作為膠凝助劑的六次甲基四胺和作為螯合助劑的尿素，在90-100℃和500-600r/min的條件下攪拌30-40min，自然冷卻，再加入氨基化碳纖維，超聲分散40-60min，得到預(yù)處理膠液；將預(yù)處理膠液逐步滴入溫度為90-100℃的熱硅油中，在表面張力的作用下形成微球，滴加完畢后，陳化30-40min,過濾，將濾餅用去離子水和無水乙醇分別洗滌2-3次，真空干燥后轉(zhuǎn)移至石墨坩堝中，在氮?dú)夥諊?，?000-1100℃下保溫4-6h，自然冷卻，得到復(fù)合陶瓷微球?qū)印?/p>

9、進(jìn)一步地，水合硝酸氧鋯、去離子水、六次甲基四胺、尿素和氨基化碳纖維的用量比為20-30g：200-300ml：3-4g：1-2g：20-30g。

10、進(jìn)一步地，預(yù)處理膠液和熱硅油的用量比為40-50ml：100-200ml。

11、進(jìn)一步地，步驟一中納米針復(fù)合碳纖維通過如下步驟制備：

12、將二水合乙酸鋅粉末和無水乙醇加入反應(yīng)釜中，在20-25℃和500-600r/min的條件下攪拌1-2h，再加入氨基化碳纖維、六次甲基四氨和去離子水，加熱至90-95℃，500-600r/min的條件下攪拌15-17h，過濾，將濾餅用去離子水洗滌2-3次，60-80℃真空干燥1-2h，得到納米針復(fù)合碳纖維。

13、進(jìn)一步地，二水合乙酸鋅粉末、無水乙醇、氨基化碳纖維、六次甲基四氨和去離子水的用量比為10-15g：100-200ml：20-30g：2-3g：200-300ml。

14、進(jìn)一步地，氨基化碳纖維通過如下步驟制備：

15、將長度為1-2mm的碳纖維、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50-60％的乙醇溶液加入反應(yīng)釜中，在70-80℃和500-600r/min的條件下攪拌20-30min，加入γ-氨丙基三乙氧基硅烷，繼續(xù)攪拌1-2h，反應(yīng)結(jié)束后，在20-25℃下靜置24-26h，過濾，將濾餅用去離子水洗滌至最后一次洗滌液中性，60-80℃真空干燥1-2h，得到氨基化碳纖維。

16、進(jìn)一步地，碳纖維、乙醇溶液和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的用量比為30-40g：100-120ml：1-2g。

17、進(jìn)一步地，步驟二中彈性層通過如下步驟制備：

18、將聚四氫呋喃醚多元醇加入反應(yīng)釜中，在100-110℃下減壓脫水，抽真空，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，然后加入二異氰酸酯，在20-25℃和500-600r/min的條件下攪拌20-30min，再加入3,5-二乙基甲苯二胺，加熱至70-80℃繼續(xù)反應(yīng)2-3h，自然冷卻，得到彈性層。

19、進(jìn)一步地，聚四氫呋喃醚多元醇、二異氰酸酯和3,5-二乙基甲苯二胺的用量比為40-50ml：30-40ml：1-2ml。

20、本發(fā)明的有益效果：

21、1.本發(fā)明制備的防爆防彈涂層材料，具備優(yōu)異的防爆，防彈和防裂的能力，通過微針結(jié)構(gòu)相互穿插作為第二層，從而有效承載橫向剪切應(yīng)力，能阻止復(fù)合材料層間橫向微裂紋的擴(kuò)展，并且可以增加各涂層之間的結(jié)合力。

22、2.本發(fā)明的納米針復(fù)合碳纖維層，通過氧化鋅納米針與碳纖維之間的結(jié)構(gòu)互鎖，并將樹脂沁入穿插結(jié)構(gòu)中的孔隙中，使碳纖維之間的聯(lián)結(jié)更加緊密，從而提高整體的防彈性能；納米氧化鋅的生長增加了纖維之間的表面粗糙度和摩擦系數(shù)，這有助于在受到?jīng)_擊時(shí)更好地分散和吸收能量，從而提高防彈效果；在纖維表面構(gòu)筑氧化鋅納米涂層能夠改善纖維與樹脂的粘結(jié)作用，納米針復(fù)合碳纖維表面的氨基與丙烯酸的羧基發(fā)生鍵合，從而提高纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的界面性能，這種界面性能的增強(qiáng)有助于在受到?jīng)_擊時(shí)保持復(fù)合材料的完整性，進(jìn)而提高其防彈性能。

23、3.本發(fā)明的復(fù)合陶瓷微球?qū)?，通過碳纖維填充進(jìn)陶瓷微球中，碳纖維具有優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性和耐腐蝕性，加入陶瓷微球中可以進(jìn)一步提升復(fù)合材料的耐高溫性和耐腐蝕性，這使得復(fù)合材料在高溫和酸堿環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定的性能；并且通過超音速火焰噴涂技術(shù)能夠形成高致密度的涂層，孔隙率低，超音速火焰噴涂的涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度高，確保涂層不易脫落，提高了涂層的穩(wěn)定性和耐久性；第二層為納米針復(fù)合碳纖維層層，納米微針結(jié)構(gòu)，使得當(dāng)?shù)诙幼鳛橹虚g層時(shí)能夠通過相互穿插從而是涂層時(shí)間結(jié)合緊密；并且微針結(jié)構(gòu)相互穿插，從而有效承載橫向剪切應(yīng)力，能阻止復(fù)合材料層間橫向微裂紋的擴(kuò)展。