CN111704795B - 一种防弹衣用海绵及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防弹衣用海绵及其制备方法，所述海绵按重量份数计包括：聚醚多元醇25～40份，聚合物多元醇15～25份，慢回弹聚醚40～50份，TDI15～25份，催化剂1.5～4份，助剂2～4份，硅油0.5～1份，水0.4～0.7份，所述助剂包括拉力剂和增韧剂；所述方法包括：将聚醚多元醇、聚合物多元醇、慢回弹聚醚、催化剂、助剂、硅油、水按比例混合，于50000转/min的转速下搅拌10～20s，将TDI进行高压雾化注入，再高速搅拌10s使其混合均匀，反应发泡得到防弹衣用海绵。本发明提供的防弹海绵具有非常大的密度、拉伸强度、撕裂强度，海绵的孔径致密且细腻，回弹慢，能抵抗强大的瞬时冲击力，具有优异的缓冲效果，当用做防弹衣缓冲层时，可大大降低防弹衣后钝性损伤。
Description
技术领域
本发明涉海绵技术领域，特别涉及一种防弹衣用海绵及其制备方法。
背景技术
防弹衣，主要由衣套和防弹层两部分组成。衣套常用化纤织品制作；防弹层是用金属(特种钢、铝合金、钛合金)、陶瓷片(刚玉、碳化硼、碳化硅、氧化铝)、玻璃钢、尼龙、凯夫拉、超高分子量聚乙烯纤维、液体防护材料等材料，构成单一或复合型防护结构。防弹层可吸收弹头或弹片的动能，对低速弹头或弹片有明显的防护效果，能有效阻止弹头穿透、使人员免于弹丸穿透性损伤。然而，防弹衣未击穿并不代表人员绝对安全。主要是由于防弹衣中弹瞬间弹击面背面产生凹陷变形，变形部分快速撞击和挤压胸壁，并通过应力波、剪切波等机械波形式在组织和器官中产生能量传递，可导致人员胸部皮肤、皮下组织和胸腔脏器发生不同程度挫伤，被称为防弹衣后钝性伤。尤其是当防弹衣柔软性越高时，防弹衣的凹陷形变越明显，使穿戴者防弹衣后钝性伤越严重，对士兵的生命安全及身体健康造成影响，因此，对防弹衣的防护性能提出了更高的性能要求。
现有技术中通过增加缓冲层以减少防弹衣后钝性伤，通常采用弹性材质，如橡胶、弹性纤维或天然棉材料等作为缓冲层，但是这些材料要么存在柔韧性不够使得穿戴者不够舒服，要么存在拉伸强度不够使得凹陷变形大，又或者柔韧性和拉伸强度够时，厚度又太厚了，使得穿戴者灵活性下降。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种防弹衣用海绵及其制备方法，旨在提高现有防弹衣缓冲层的拉伸强度和舒适度，提高缓冲层的缓冲作用。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种防弹衣用海绵，其中，所述海绵按重量份数计包括：
聚醚多元醇 25～40份；
聚合物多元醇 15～25份；
慢回弹聚醚 40～50份；
TDI 15～25份；
催化剂 1.5～4份；
助剂 2～4份；
硅油 0.5～1份；
水 0.4～0.7份；
所述助剂包括拉力剂和增韧剂。
所述防弹衣用海绵中，所述拉力剂和增韧剂均为具有多官能度的反应型助剂。
所述防弹衣用海绵中，所述拉力剂与增韧剂的重量比为1:1。
所述防弹衣用海绵中，所述聚醚多元醇的羟值为50～60mgKOH/g，分子量为2500～3200；所述聚合物多元醇的固含量为40%～50%；所述慢回弹聚醚的羟值为230～250mgKOH/g，分子量为1800～2400。
所述防弹衣用海绵中，所述催化剂包括胺催化剂和锡催化剂。
所述防弹衣用海绵中，所述胺催化剂与锡催化剂的重量比为40:1。
一种如上所述的防弹衣用海绵的制备方法，其中，所述方法包括：将聚醚多元醇、聚合物多元醇、慢回弹聚醚、催化剂、助剂、硅油、水按比例混合，于50000转/min的转速下搅拌10～20s，将TDI进行高压雾化注入，再高速搅拌10s使其混合均匀，反应发泡得到防弹衣用海绵。
所述防弹衣用海绵的制备方法中，所述TDI的雾化压力为25～35Mpa。
所述防弹衣用海绵的制备方法中，所述防弹衣用海绵在发泡10～12s时进行喷水，在喷水2～3s后进行辊压排气。
有益效果：
本发明提供了一种防弹衣用海绵及其制备方法，所述防弹衣用海绵通过调整配比和添加拉力剂和增韧剂，使制备得到海绵具有非常大的密度，并且，海绵内部形成的网格具有多维结构，网格的拉伸强度和撕裂强度大，海绵的孔径致密且细腻，回弹慢，能抵抗强大的瞬时冲击力，当用做防弹衣缓冲层时，能够将子弹的瞬时冲击能量吸收，将点冲击能量转化为面冲击能量，从而大大降低防弹衣后钝性损伤。
具体实施方式
本发明提供一种防弹海绵及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种防弹衣用海绵，所述海绵按重量份数计包括：
聚醚多元醇 25～40份；
聚合物多元醇 15～25份；
慢回弹聚醚 40～50份；
TDI 15～25份；
催化剂 1.5～4份；
助剂 2～4份；
硅油 0.5～1份；
水 0.4～0.7份；
所述助剂包括拉力剂和增韧剂。
上述配比的防弹衣用海绵，通过聚醚多元醇、聚合物多元醇、慢回弹聚醚与TDI异氰酸酯反应发泡，在催化剂、拉力剂、增韧剂、硅油及水的共同作用下，得到具有高密度、高拉伸强度和高撕裂强度的慢回弹聚氨酯海绵。将上述聚氨酯海绵用作防弹衣缓冲层时，由于海绵的拉伸强度大、韧性好、密度大，能够将单点瞬时冲击力转化为面冲击力，同时吸收冲击能量，使单点的冲击力扩散变小，起到优异的缓冲作用，能降低防弹衣后钝性损伤的发生。
上述配比的防弹衣用海绵中，所述拉力剂为具有多官能度的反应型助剂，在发泡过程中，能参与反应，与各成分交联，使海绵的网格形成多维结构，提高海绵的拉伸强度，降低TDI指数，使海绵的孔径细密且闭孔少，避免海绵开裂。优选的，当所述拉力剂为佛山市普加化工有限公司提供的型号为PM-21的拉力剂时，具有更优的拉伸强度。
上述配比的防弹衣用海绵中，所述增韧剂也为具有多官能度的反应型添加剂，所述增韧剂能减少TDI的用量，增大海绵各交联网格的韧性，提高海绵的撕裂强度，同时能提高海绵吸收冲击能量的能力，能使单点瞬时冲击能量迅速被吸收，降低海绵的凹陷形变。优选的，所述增韧剂为GE-东芝硅胶公司提供的牌号为DP-1022的增韧剂，具有更好的增韧效果，得到的海绵具有较优的撕裂强度，特别是与佛山市普加化工有限公司提供的型号为PM-21的拉力剂配合使用时，得到的海绵密度高，拉伸强度和撕裂强度好。
上述配比的防弹衣用海绵，采用将拉力剂与增韧剂配合使用，具有协同效应，所述拉力剂与增韧剂的添加量配比为1:0.5～1时，具有较好的协同效应，当两者添加的配比为1:1时，具有最优的协同效应，能大大的提高海绵的拉伸强度、韧性及撕裂强度。上述配比的海绵在发泡过程，拉力剂和增加能同步参与海绵的发泡反应，拉力剂和增韧剂中的官能团能与聚醚多元醇、聚合物多元醇、慢回弹聚醚交联反应，大大的提高网格交联的致密程度，改变海绵的网格结构和网格的韧性，在单点形成多维度的网格，因此当单点受力时，会引起多角度、多维度的拉伸，使阻力大大的增强，将单点能量瞬时吸收分散，减少单点的形变。另外，添加的增韧剂还能使海绵的柔韧性增加，提高海绵的表面舒适度，使海绵的触感更好，当海绵用做防弹衣缓冲层时，具有更好的舒适度。
上述配比的防弹衣用海绵中，所述聚醚多元醇的羟值为50～60mgKOH/g，分子量为2500～3200；所述聚合物多元醇的固含量为40%～50%；所述慢回弹聚醚的羟值为230～250mgKOH/g，分子量为1800～2400。本发明还通过优化各成分配比，同时采用将TDI通过高压喷雾添加，大大的提高TDI的分散性，降低水的添加量，得到高密度的海绵。本发明中，由于TDI的颗粒非常细小，分散非常均匀，因此水的添加量仅为0.4～0.7份，细颗粒的TDI与水反应产生的CO2同样分布均匀，得到的气孔细小并且均匀，从而使得海绵的密度非常大，且密度梯度均匀，并且由于海绵孔径细密，当收到冲击力时，瞬时排气的阻力增大，慢回弹性能提高，使得抗冲击力大大提高，而且高密度海绵同时又能加强拉伸强度和韧性。
具体的，上述配比的防弹衣用海绵中，所述催化剂包括锡催化剂和胺催化剂。所述锡催化剂为辛酸亚锡，主要起到促进TDI与聚醚多元醇、聚合物多元醇、慢回弹聚醚交联反应的作用；所述胺催化剂为奥斯佳材料科技(上海)有限公司提供的牌号为A-720的胺催化剂，主要起到促进TDI与水反应，促进发泡的作用。通过胺催化剂和锡催化剂的共同作用，能加快反应速度，加速聚氨酯树脂链增长，提高海绵内部气孔致密均匀，得到密度梯度好的海绵。优选的，当胺催化剂与锡催化剂的重量比为40:1，海绵的链增长速度和发泡速度最佳，得到海绵密度高，拉伸强度强。
具体的，上述配比的防弹衣用海绵中，所述硅油为硅油B4900，主要起到稳定泡沫，使发泡均匀的作用。
一种如上所述的防弹衣用海绵的制备方法，所述方法包括：将聚醚多元醇、聚合物多元醇、慢回弹聚醚、催化剂、助剂、硅油、水按比例混合，于50000转/min的转速下搅拌10～20s，然后将TDI进行高压雾化注入，所述高压雾化的压力为25～35Mpa，然后高速搅拌10s使其混合均匀，反应发泡得到防弹衣用海绵。在反应发泡过程中，当海绵发泡10～12s时，对海绵表面进行喷水降温，促进其熟化，在喷水后2～3s，对海绵表面进水辊压排气破孔，提高海绵破孔率，增加海绵弹性，待海绵完全熟化，得到防弹衣用海绵。
上述制备方法中，所述TDI是采用高压喷雾的方式进行注入添加，通过高压雾化，使TDI形成细小雾状颗粒，高压注入后，能非常均匀的分散在混合料中，并且由于颗粒细小，TDI与水反应产生的CO2气泡也非常细小，海绵的密度大大的增大，密度均匀性也得到提高，并且由于气孔致密细腻，受压时排气阻力增大，抗冲击性能提高。
由上述方法制备得到的防弹衣用海绵，其发泡指数为78～82，密度为136～142kg/m3，具有优异的拉伸强度、韧性及撕裂强度，慢回弹性能好，并且表面柔软，舒适度高，非常适合用作防弹衣的缓冲层材料，能吸收强大的瞬时冲击力，起到缓冲作用。
实施例1
一种防弹衣用海绵，按重量份数计包括：
聚醚多元醇 25份；
聚合物多元醇 25份；
慢回弹聚醚 40份；
TDI 17份；
胺催化剂 1.5份；
锡催化剂 0.04份；
拉力剂 1.4份；
增韧剂 0.7份；
硅油 0.6份；
水 0.5份。
所述聚醚多元醇羟值为60mgKOH/g，分子量为2500；所述聚合物多元醇的固含量为43%；所述慢回弹聚醚的羟值为230mgKOH/g，分子量为2300。
所述防弹衣用海绵的制备方法为：将聚醚多元醇、聚合物多元醇、慢回弹聚醚、胺催化剂、锡催化剂、拉力剂、增韧剂、硅油、水按比例混合，于50000转/min的转速下搅拌10～20s，将TDI于25～35MPa的高压下雾化并注入，再高速搅拌10s使其混合均匀，反应发泡，待反应发泡10～12s后，对海绵表面进行喷水，喷水后1～3s进行辊压排气破孔，完全熟化后得到防弹衣用海绵。
实施例2
一种防弹衣用海绵，按重量份数计包括：
聚醚多元醇 40份；
聚合物多元醇 15份；
慢回弹聚醚 50份；
TDI 23份；
胺催化剂 3份；
锡催化剂 0.07
拉力剂 1.8份；
增韧剂 1.6份；
硅油 0.8份；
水 0.6份。
所述聚醚多元醇羟值为55mgKOH/g，分子量为2800；所述聚合物多元醇的固含量为48%；所述慢回弹聚醚的羟值为230mgKOH/g，分子量为1900。
实施例2的制备方法与实施例1相同，具体步骤见实施例1，在此不作重复说明。
实施例3
一种防弹衣用海绵，按重量份数计包括：
聚醚多元醇 25份；
聚合物多元醇 15份；
慢回弹聚醚 40份；
TDI 15份；
胺催化剂 1.2份；
锡催化剂 0.03份
拉力剂 1份；
增韧剂 1份；
硅油 0.份；
水 0.4份。
所述聚醚多元醇羟值为50mgKOH/g，分子量为3200；所述聚合物多元醇的固含量为40%；所述慢回弹聚醚的羟值为240mgKOH/g，分子量为2400。
实施例3的制备方法与实施例1相同，具体步骤见实施例1，在此不作重复说明。
实施例4
一种防弹衣用海绵，按重量份数计包括：
聚醚多元醇 40份；
聚合物多元醇 25份；
慢回弹聚醚 50份；
TDI 25份；
胺催化剂 2.4份；
锡催化剂 0.06份；
拉力剂 2份；
增韧剂 2份；
硅油 1份；
水 0.7份。
所述聚醚多元醇羟值为58mgKOH/g，分子量为3100；所述聚合物多元醇的固含量为50%；所述慢回弹聚醚的羟值为250mgKOH/g，分子量为1800。
实施例4的制备方法与实施例1相同，具体步骤见实施例1，在此不作重复说明。
实施例5
一种防弹衣用海绵，按重量份数计包括：
聚醚多元醇 35份；
聚合物多元醇 20份；
慢回弹聚醚 45份；
TDI 20份；
胺催化剂 2份；
锡催化剂 0.05份；
拉力剂 1.5份；
增韧剂 1.5份；
硅油 0.7份；
水 0.5份。
所述聚醚多元醇羟值为56mgKOH/g，分子量为3000；所述聚合物多元醇的固含量为45%；所述慢回弹聚醚的羟值为240mgKOH/g，分子量为2000；所述拉力剂为由佛山市普加化工有限公司提供的型号为PM-21的拉力剂，所述增塑剂为由GE-东芝硅胶公司提供的牌号为DP-1022的增韧剂。
实施例5的制备方法与实施例1相同，具体步骤见实施例1，在此不作重复说明。
将实施例1-5制备得到的防弹衣用海绵进行拉伸强度、撕裂强度及密度检测，海绵的拉伸强度依据《GB/T6344-2008软质泡沫聚合材料 拉伸强度和断裂伸长率的测定》进行检测，撕裂强度依据《GB/T 10808-2006 高聚物多孔弹性材料撕裂强度的测定》进行检测，海绵的密度依据《GB/T6343-2009泡沫塑料及橡胶表观密度的测定方法 体积法》进行检测，检测结果如表1.
表1.防弹衣用海绵性能检测结果
备注：*所述密度为上部、中部、下部密度的平均值。
由表1可知，实施例1-5制备得到的防弹衣用海绵的密度高达136-142kg/m3，拉伸强度也在340Kpa以上，撕裂强度也高于5.00N/cm，具有非常优异的缓冲作用，特别是实施例5所述海绵，密度高达142kg/m3，拉伸强度和撕裂强度均优于其他实施例，具有非常好的缓冲性能。将上述海绵用做防弹衣缓冲层时，能够有效消除瞬时冲击力，吸收冲击能量，将点冲击力转化为面冲击力，使单点的凹陷形变小，大大的降低防弹衣后钝性损伤。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种防弹衣用海绵，其特征在于，所述海绵按重量份数计包括：
聚醚多元醇 25～40份；
聚合物多元醇 15～25份；
慢回弹聚醚 40～50份；
TDI 15～25份；
催化剂 1.5～4份；
助剂 2～4份；
硅油 0.5～1份；
水 0.4～0.7份；
所述助剂包括拉力剂和增韧剂，所述拉力剂与增韧剂的重量比为1:0.5～1，所述拉力剂为由佛山市普加化工有限公司提供的型号为PM-21的拉力剂，所述增韧剂为由GE-东芝硅胶公司提供的牌号为DP-1022的增韧剂，所述聚醚多元醇的羟值为50～60mgKOH/g，分子量为2500～3200；所述聚合物多元醇的固含量为40%～50%；所述慢回弹聚醚的羟值为230～250mgKOH/g，分子量为1800～2400，所述TDI是采用高压喷雾的方式进行注入添加。
2.根据权利要求1所述的防弹衣用海绵，其特征在于，所述拉力剂与增韧剂的重量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的防弹衣用海绵，其特征在于，所述催化剂包括胺催化剂和锡催化剂。
4.根据权利要求3所述的防弹衣用海绵，其特征在于，所述胺催化剂与锡催化剂的重量比为40:1。
5.一种防弹衣用海绵的制备方法，其特征在于，所述防弹衣用海绵为权利要求1-4任一项所述的防弹衣用海绵，所述方法包括：将聚醚多元醇、聚合物多元醇、慢回弹聚醚、催化剂、助剂、硅油、水按比例混合，于50000转/min的转速下搅拌10～20s，将TDI进行高压雾化注入，再高速搅拌10s使其混合均匀，反应发泡得到防弹衣用海绵。
6.根据权利要求5所述的防弹衣用海绵的制备方法，其特征在于，所述TDI的雾化压力为25～35MPa。
7.根据权利要求5所述的防弹衣用海绵的制备方法，其特征在于，所述防弹衣用海绵在发泡10～12s时进行表面喷水，在喷水2～3s后进行辊压排气。
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