CN112940593B - 针对工程爆破的防破片复合涂层及施工工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种工程爆破用的防破片复合涂层及其施工工艺。所述防破片复合涂层是位于被爆破结构外表面的复合涂层，包括聚氨酯底漆和作为面漆的防破片聚脲材料。所述聚氨酯底漆由环氧树脂与异氰酸酯预聚物反应得到。所述防破片聚脲材料由A、R两个组分反应得到；所述A组份是NCO含量为12‑18wt%的异氰酸酯预聚物；所述R组分是由44‑59重量份的聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯，28‑40重量份的端氨基聚氧化丙烯醚和11‑26重量份的胺类扩链剂组成。所述防破片复合涂层利用材料应变率敏感性、高断裂伸长率以及良好的附着性能，将聚氨酯与聚脲弹性体复合而得到复合涂层，大大降低了爆炸过程产生的破片和粉尘。

Description

针对工程爆破的防破片复合涂层及施工工艺
技术领域
本发明属于爆破防护领域，涉及一种防破片涂层，具体地说，涉及一种减少工程爆破产生破片的防护涂层及施工工艺。
背景技术
近年来，随着经济的高速发展，城市化进程加速，老城区建筑的拆除逐渐增多。与此同时，高层建筑以及超高层建筑也逐渐增多，因此，未来建筑结构的拆除将成为城市建设的一大难题。目前，建筑拆除方法主要有爆破拆除、人工拆除和机械拆除三种方法；其中爆破拆除具备拆除成本低、施工速度快、拆除施工安全的优势，故多数高层构筑物的拆除均选择爆破拆除的方法。
由于被拆除结构位置、人口密度等因素限制，建筑结构的爆破拆除中，允许倒塌的范围十分严格，对拆除产生的破片、粉尘、地面振动的要求极高，因此，必须采取有效的技术措施进行控制。当前爆破拆除的防护主要集中在三个方面：(1)运用爆炸力学、结构力学等多种力学理论，依托大量的实际工程经验，进行爆破设计，从荷载作用的源头控制破片的影响，从而对周围建筑、人群等进行防护；(2)通过计算机仿真对爆炸拆除过程进行数值模拟，从而控制爆破使用的药量，优化爆破拆除过程，以实现对破片、粉尘等的控制；(3)基于爆破拆除的药量以及结构特点，预估可能造成的结果，然后通过对周围建筑结构设置防护措施和倒塌防护区域。这种方法是目前最有效的防护措施，但往往存在结构复杂、成本高的问题。
发明专利申请201910156354.8公开了“一种市政改造旧楼爆破防护设备及使用方法”。所述防护设备有效拦截飞石，合理导流烟尘和有害气体，但结构整体复杂、安装困难，会极大的增加爆破拆除的工作量；而且防护设备的成本较高，增加了拆除成本。发明专利申请201911249249.5公开了“一种建筑施工用爆破降尘装置”，该装置能够防止由爆破导致灰尘的快速上升，能够防止倒落对灰尘的降尘造成影响，通过转动杆、移动轮以及支撑座移动和固定装置。但由于结构限制，装置无法对大当量爆破进行有效防护和降尘，且受雾化喷头和导水管限制，很难实现便捷移动。实用新型专利201920260736.0公开了“一种剪力墙爆破防护装置”，所述防护装置的安装需要对剪力墙进行打孔，如果考虑到破片防护，则需要对整个墙体全部加装防护装置，工作量大，会增加大量的人力费用。
喷涂聚脲材料具有不含任何溶剂、成膜强度好、涂层耐老化、施工快捷等优点，是一种具有极大发展潜力的防护涂层。作为新兴的高分子材料，由于其耐磨、耐介质性能好、材料致密等特点，聚脲材料目前多被应用于建筑结构防水、结构耐磨、结构防腐等领域。近年来，也逐渐有报道将聚脲材料应用于防爆炸领域，但防爆炸与防爆破对材料的要求完全不同。这是因为，防爆炸的目的是防止结构受爆炸荷载作用导致结构失效，降低爆炸荷载对结构、使用人员和周围人员的伤害。而爆破防护的目的则是在保证结构爆破拆除的效果前提下，通过材料的大变形，将被爆破建筑结构由于爆破产生的破片、粉尘等完全包覆在材料内部，使爆破拆除过程对周围结构、人的影响大幅度减小，从而实现对周围环境的保护。正因如此，防爆炸领域采用的聚脲涂层具备相对较高的强度，在高速荷载作用时多表现为刚性，但存在断裂伸长率低、附着力小，易发生脆性破坏的问题，不能满足工程爆破中防破片的需求。
发明内容
针对现有技术中爆炸拆除防护领域所存在的问题，本发明提供了一种工程爆破用的防破片复合涂层及其施工工艺。所述防破片涂层利用材料应变率敏感性、高断裂伸长率以及良好的附着性能，将聚氨酯与聚脲弹性体复合而得到复合涂层，大大降低了爆炸过程产生的破片和粉尘。
本发明的技术方案：
用于工程爆破的防破片聚脲材料，所述防破片聚脲材料由A、R两个组分按照重量比1:1反应得到。所述A组份是NCO含量为12-18wt％的异氰酸酯预聚物；所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到。所述混合物中4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯与2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的重量比为4:1-4:3，所述混合物和端羟基聚醚的重量比为10:7-5:7。所述R组分是由44-59重量份的聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯，28-40重量份的端氨基聚氧化丙烯醚和11-26重量份的胺类扩链剂组成。所述的胺类扩链剂为二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、N,N’-二烷基甲基二胺和3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷中的一种或多种。当A、R两个组分混合时，异氰酸酯预聚物与端氨基聚醚(聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯和端氨基聚氧化丙烯醚)、胺类扩链剂首先形成分子量较大的分子链段，这些较大的分子链段缠结在一起，使活性基团难以接触反应；此时，小分子的扩链剂运动以继续反应，形成大体型分子结构，从而使体系的交联密度增大，拉伸强度也相应提高。
其中，聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯的取代基在主链上呈对称排列，使主链间距增大，有利于内旋，具有良好的柔韧性。而端氨基聚氧化丙烯醚含有伯氨基，与异氰酸酯反应生成对称脲羰基，有完善的氢键，分子间的氢键可以提高材料的强度；氢键化程度越高，微相分离程度越高，强度越高。此外，端氨基聚氧化丙烯醚的伯氨基位于聚醚末端的仲碳上，粘度低且反应活性高，合成材料具有较高柔软度，可提高韧性。R组份的胺类扩链剂中，N,N’-二烷基甲基二胺是位阻型胺类扩链剂，有助于形成大体型结构，增大交联密度，从而有利于撕裂强度的提高；同时，N,N’-二烷基甲基二胺结构中含有一个不稳定的-H基和一个烷基，烷基在分子中相当于内增塑剂，由于内增塑剂是化学键结合在弹性体中，所以不会迁移和挥发，降低硬度并提高抗爆性能。二乙基甲苯二胺反应速度快，合成的材料初始强度高，可提高聚脲的拉伸强度和应变率敏感性。二甲硫基甲苯二胺与二乙基甲苯二胺相比反应速度较慢，与二乙基甲苯二胺混合使用能够赋予材料良好的表面流平性能。3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷可以降低合成反应速度，提高表观性能。因此，所述用于工程爆破的防破片聚脲材料具有较大的抗拉强度、断裂伸长率和撕裂强度，能够将爆破产生的破片和粉尘约束在涂层内部，对人口密集区的建筑结构拆除提供了极大的安全保障。
前述用于工程爆破的防破片聚脲材料的应用，将其用于制备针对工程爆破的防破片复合涂层。所述防破片复合涂层是位于被爆破结构外表面的复合涂层，所述复合涂层包括聚氨酯底漆和作为面漆的防破片聚脲材料。所述聚氨酯底漆由环氧树脂与异氰酸酯预聚物反应得到。所述环氧树脂为E-20和E-44环氧树脂中的一种或两种；所述的异氰酸酯预聚物是NCO含量为12-18wt％的异氰酸酯预聚物，由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到。
前述针对工程爆破的防破片复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：对被爆破结构进行打磨，清除表面松动的砂浆；然后将表面的灰尘去除，得到预处理后的被爆破结构。
(2)喷涂聚氨酯底漆：在预处理后的被爆破结构表面均匀喷涂聚氨酯底漆，使其覆盖被爆破结构的表面，以保证复合涂层的附着力。所述聚氨酯底漆是工程爆破防破片的过渡层，通过环氧树脂与异氰酸酯预聚物反应得到。所述环氧树脂为E-20和E-44环氧树脂中的一种或两种；所述的异氰酸酯预聚物是NCO含量为12-18wt％的异氰酸酯预聚物，制备方法同防破片聚脲材料中的A组份。其中，所述聚氨酯底漆的具体制备方法为：称取环氧树脂2-5份，异氰酸酯预聚物7-17份，胺固化剂5-12份，乙二醇丁醚13-33份；将胺固化剂、环氧树脂加入到乙二醇丁醚中，充分搅拌均匀，得到聚氨酯底漆的B组分；异氰酸酯预聚物作为A组分，将A、B组分按照1:3的比例混合，即得到聚氨酯底漆。
所述聚氨酯底漆是具有高强度、高渗透性、高附着力的基材柔性处理剂，可以渗透到混凝土内部、牢固附着在混凝土表面，使防破片聚脲涂层与混凝土的附着力更好，为防破片聚脲涂层与混凝土基材的牢固结合提供保障。而良好的附着力保证涂层在爆炸荷载作用时，有效的附着在爆破破片表面，而不与结构发生脱离，从而抑制破片的飞出。此外，所述的聚氨酯底漆还可以填补被爆破结构表面的缝隙和孔洞，避免喷涂面漆过程中发热导致的鼓包。环氧改性聚氨酯底漆干燥后，可以将清灰过程中遗漏的粉尘固结在混凝土基面，使二者结为一体，不但避免因粉尘的存在而产生附着力的薄弱区，还方便后期拆除并将其作为再生骨料回收利用。
(3)喷涂防破片聚脲面漆：在聚氨酯底漆上喷涂厚度为2-5mm的防破片聚脲面漆，使防破片聚脲面漆和聚氨酯底漆复合，得到针对工程爆破的防破片复合涂层。所述防破片聚脲面漆由A、R两个组分按照重量比1:1反应得到。所述A组份是NCO含量为12-18％的异氰酸酯预聚物；所述R组分是由44-71重量份的聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯，28-45重量份的端氨基聚氧化丙烯醚和11-26重量份的胺类扩链剂组成。所述的胺类扩链剂为二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、N,N’-二烷基甲基二胺和3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷中的一种或多种。
防破片聚脲面漆由于其极高的拉伸强度和断裂伸长率，在针对工程爆破的防破片复合涂层中，起到了主要的防护作用。与传统聚脲材料不同，防破片聚脲涂层对外界荷载作用的速率有明显的应变率效应，具体表现为：(1)当外界荷载作用速率为低应变率(即常规荷载)时，材料表现出其准静态力学性能；此时材料抗拉强度、弹性模量都略高于传统聚脲材料，但断裂伸长率极高。(2)当外界荷载作用速率为中高应变率(即冲击荷载或爆炸荷载)时，材料的断裂伸长率会随之下降，而材料的抗拉强度、弹性模量会呈现正比增加，材料弹性模量远高于传统材料。基于前述应变率效应，在变形过程中，所述防破片聚脲材料有一个明显的应力平台区；在应力平台区，材料的形变增加而所受应力保持恒定，这是因为通过材料的拉伸变形，将外界荷载的能量转化吸收，吸能效果明显。
优选的是，步骤(1)所述的被爆破结构包括与之相连接的外部结构，所述外部结构自被爆破结构向外延伸50～80cm，以防止爆破造成连接结构的破坏。
防破片原理：在被爆破结构内部的炸药引爆后，受爆炸荷载作用，被爆破结构中接触炸药的部分混凝土失效，随后受冲击波作用以及气体膨胀，其结构开始进一步破坏，产生破片。此时，防破片复合涂层也发生大变形，由于其与被爆破结构的表面附着力较大，防破片复合涂层与被爆破结构不脱离，故所有破片均被包覆于防破片复合涂层的内部。这是因为，首先，复合涂层中的防破片聚脲材料具有极高的拉伸强度和断裂伸长率，可以承受很大的变形，确保在被爆破结构受内部爆炸荷载作用时，爆破产生的破片被包覆在复合涂层内部而不发生飞溅。其次，复合涂层中的防破片聚脲材料具有较高的撕裂强度，可以承受爆破产生的局部应力集中，不会因为应力集中而发生涂层破坏，进一步确保无破片飞溅。第三，与一般聚脲材料不同，本申请所述的防破片聚脲材料具有较长的弹性阶段，且在高应变率荷载作用下材料的弹性模量也会随之提高，从而有效抑制被爆破结构的变形。
本发明的有益效果：
(1)本申请所述的针对工程爆破的防破片复合涂层，将防破片聚脲涂层和环氧改性的聚氨酯底漆结合在一起，兼顾了爆破防护的优异性能和与被爆破结构的附着力，从而大大降低了结构拆除过程中的破片以及粉尘。
(2)本申请所述的针对工程爆破的防破片复合涂层，其喷涂过程可以根据实际爆破拆除周期进行分阶段喷涂，对爆破拆除的周期影响小。
(3)本申请所述的针对工程爆破的防破片复合涂层，与其他爆破防破片设施相比，不但施工简单快速、无需其他附属设施，能够极大的降低爆破拆除和爆破防破片的成本，而且材料绿色环保无污染，符合社会长远发展的需求。
附图说明
附图1为本申请所述的针对工程爆破的防破片复合涂层的应用俯视图；
附图2为本申请所述的针对工程爆破的防破片复合涂层的应用左视图；
附图3为本申请实施例1制备防破片聚脲涂层在中、高应变率下的应力应变曲线；
附图4为本申请实施例1制备的防破片聚脲涂层在中应变率(7.22s-1)时的弹性阶段；
附图5为本申请实施例1制备的防破片聚脲涂层在高应变率(232.54s-1)时的弹性阶段。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
用于工程爆破的防破片聚脲材料，所述防破片聚脲材料由A、R两个组分按照重量比1:1反应得到。所述A组份是NCO含量为12wt％的异氰酸酯预聚物；所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到。所述混合物中4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯与2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的重量比为4:1，所述混合物和端羟基聚醚的重量比为5:7。所述R组分是由59重量份的聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯，30重量份的端氨基聚氧化丙烯醚和11重量份的胺类扩链剂组成。所述的胺类扩链剂为二乙基甲苯二胺。
针对工程爆破的防破片复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：对被爆破结构进行打磨，清除表面松动的砂浆；然后将表面的灰尘去除，得到预处理后的被爆破结构。所述的被爆破结构包括与之相连接的外部结构，所述外部结构自被爆破结构向外延伸50cm，以防止爆破造成连接结构的破坏。
(2)喷涂聚氨酯底漆：在预处理后的被爆破结构表面均匀喷涂聚氨酯底漆，使其覆盖被爆破结构的表面，以保证复合涂层的附着力。所述聚氨酯底漆是工程爆破防破片的过渡层，其具体制备方法如下：按重量份数计，称取环氧树脂E-202份，异氰酸酯预聚物7份，胺固化剂6份，乙二醇丁醚13份；将胺固化剂、环氧树脂加入到乙二醇丁醚中，充分搅拌均匀，得到聚氨酯底漆的B组分。异氰酸酯预聚物作为A组分，将A、B组分按照1:3的比例混合，即得到聚氨酯底漆。
所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到；制备方法同前述防破片聚脲材料中的A组份。
(3)喷涂防破片聚脲面漆：在聚氨酯底漆上喷涂厚度为2mm的防破片聚脲面漆，使防破片聚脲面漆和聚氨酯底漆复合，得到针对工程爆破的防破片复合涂层。所述防破片聚脲面漆的制备同前述用于工程爆破的防破片聚脲材料。
实施例2：与实施例1不同的是，
用于工程爆破的防破片聚脲材料，所述防破片聚脲材料由A、R两个组分按照重量比1:1反应得到。所述A组份是NCO含量为14wt％的异氰酸酯预聚物；所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到。所述混合物中4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯与2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的重量比为4:1.5，所述混合物和端羟基聚醚的重量比为5:5。所述R组分是由44重量份的聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯，40重量份的端氨基聚氧化丙烯醚和16重量份的胺类扩链剂组成。所述的胺类扩链剂为3,3'-二氯-4,4'-二氨基二苯基甲烷针对工程爆破的防破片复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：对被爆破结构进行打磨，清除表面松动的砂浆；然后将表面的灰尘去除，得到预处理后的被爆破结构。所述的被爆破结构包括与之相连接的外部结构，所述外部结构自被爆破结构向外延伸55cm。
(2)喷涂聚氨酯底漆：在预处理后的被爆破结构表面均匀喷涂聚氨酯底漆，使其覆盖被爆破结构的表面，以保证复合涂层的附着力。所述聚氨酯底漆的具体制备方法如下：按重量份数计，称取环氧树脂E-44 3份，异氰酸酯预聚物10份，胺固化剂8份，乙二醇丁醚19份；将胺固化剂、环氧树脂加入到乙二醇丁醚中，充分搅拌均匀，得到聚氨酯底漆的B组分。异氰酸酯预聚物作为A组分，将A、B组分按照1:3的比例混合，即得到聚氨酯底漆。
所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到；制备方法同前述防破片聚脲材料中的A组份。
(3)喷涂防破片聚脲面漆：在聚氨酯底漆上喷涂厚度为3mm的防破片聚脲面漆，使防破片聚脲面漆和聚氨酯底漆复合，得到针对工程爆破的防破片复合涂层。所述防破片聚脲面漆的制备同前述用于工程爆破的防破片聚脲材料。
实施例3：与实施例1不同的是，
用于工程爆破的防破片聚脲材料，所述防破片聚脲材料由A、R两个组分按照重量比1:1反应得到。所述A组份是NCO含量为15wt％的异氰酸酯预聚物；所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到。所述混合物中4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯与2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的重量比为2:1，所述混合物和端羟基聚醚的重量比为5:4.4。所述R组分是由48重量份的聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯，28重量份的端氨基聚氧化丙烯醚和24重量份的胺类扩链剂组成。所述的胺类扩链剂为二甲硫基甲苯二胺。
针对工程爆破的防破片复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：对被爆破结构进行打磨，清除表面松动的砂浆；然后将表面的灰尘去除，得到预处理后的被爆破结构。所述的被爆破结构包括与之相连接的外部结构，所述外部结构自被爆破结构向外延伸65cm。
(2)喷涂聚氨酯底漆：在预处理后的被爆破结构表面均匀喷涂聚氨酯底漆，使其覆盖被爆破结构的表面，以保证复合涂层的附着力。所述聚氨酯底漆的具体制备方法如下：按重量份数计，称取环氧树脂E-20和E-44各2份，异氰酸酯预聚物12份，胺固化剂10份，乙二醇丁醚22份；将胺固化剂、环氧树脂加入到乙二醇丁醚中，充分搅拌均匀，得到聚氨酯底漆的B组分。异氰酸酯预聚物作为A组分，将A、B组分按照1:3的比例混合，即得到聚氨酯底漆。
所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到；制备方法同前述防破片聚脲材料中的A组份。
(3)喷涂防破片聚脲面漆：在聚氨酯底漆上喷涂厚度为4mm的防破片聚脲面漆，使防破片聚脲面漆和聚氨酯底漆复合，得到针对工程爆破的防破片复合涂层。所述防破片聚脲面漆的制备同前述用于工程爆破的防破片聚脲材料。
实施例4：与实施例1不同的是，
用于工程爆破的防破片聚脲材料，所述防破片聚脲材料由A、R两个组分按照重量比1:1反应得到。所述A组份是NCO含量为16wt％的异氰酸酯预聚物；所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到。所述混合物中4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯与2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的重量比为4:2.5，所述混合物和端羟基聚醚的重量比为5:4.3。所述R组分是由48重量份的聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯，28重量份的端氨基聚氧化丙烯醚和23重量份的胺类扩链剂组成。所述的胺类扩链剂为11份二乙基甲苯二胺,12份3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷。
针对工程爆破的防破片复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：对被爆破结构进行打磨，清除表面松动的砂浆；然后将表面的灰尘去除，得到预处理后的被爆破结构。所述的被爆破结构包括与之相连接的外部结构，所述外部结构自被爆破结构向外延伸75cm。
(2)喷涂聚氨酯底漆：在预处理后的被爆破结构表面均匀喷涂聚氨酯底漆，使其覆盖被爆破结构的表面，以保证复合涂层的附着力。所述聚氨酯底漆的具体制备方法如下：按重量份数计，称取环氧树脂E-20 3份，异氰酸酯预聚物14份，胺固化剂11份，乙二醇丁醚28份；将胺固化剂、环氧树脂加入到乙二醇丁醚中，充分搅拌均匀，得到聚氨酯底漆的B组分。异氰酸酯预聚物作为A组分，将A、B组分按照1:3的比例混合，即得到聚氨酯底漆。
所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到；制备方法同前述防破片聚脲材料中的A组份。
(3)喷涂防破片聚脲面漆：在聚氨酯底漆上喷涂厚度为4.5mm的防破片聚脲面漆，使防破片聚脲面漆和聚氨酯底漆复合，得到针对工程爆破的防破片复合涂层。所述防破片聚脲面漆的制备同前述用于工程爆破的防破片聚脲材料。
实施例5：与实施例1不同的是，
用于工程爆破的防破片聚脲材料，所述防破片聚脲材料由A、R两个组分按照重量比1:1反应得到。所述A组份是NCO含量为18wt％的异氰酸酯预聚物；所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到。所述混合物中4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯与2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的重量比为4:3，所述混合物和端羟基聚醚的重量比为10:7。所述R组分是由46重量份的聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯，28重量份的端氨基聚氧化丙烯醚和26重量份的胺类扩链剂组成。所述的胺类扩链剂为22份二乙基甲苯二胺,4份3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷。
针对工程爆破的防破片复合涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)预处理：对被爆破结构进行打磨，清除表面松动的砂浆；然后将表面的灰尘去除，得到预处理后的被爆破结构。所述的被爆破结构包括与之相连接的外部结构，所述外部结构自被爆破结构向外延伸80cm。
(2)喷涂聚氨酯底漆：在预处理后的被爆破结构表面均匀喷涂聚氨酯底漆，使其覆盖被爆破结构的表面，以保证复合涂层的附着力。所述聚氨酯底漆的具体制备方法如下：按重量份数计，称取环氧树脂E-44 5份，异氰酸酯预聚物17份，胺固化剂12份，乙二醇丁醚33份；将胺固化剂、环氧树脂加入到乙二醇丁醚中，充分搅拌均匀，得到聚氨酯底漆的B组分。异氰酸酯预聚物作为A组分，将A、B组分按照1:3的比例混合，即得到聚氨酯底漆。
所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4'-MDI)和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4'-MDI)的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到；制备方法同前述防破片聚脲材料中的A组份。
(3)喷涂防破片聚脲面漆：在聚氨酯底漆上喷涂厚度为5mm的防破片聚脲面漆，使防破片聚脲面漆和聚氨酯底漆复合，得到针对工程爆破的防破片复合涂层。所述防破片聚脲面漆的制备同前述用于工程爆破的防破片聚脲材料。
实施例6：对实施例1-5制备的防破片聚脲材料的力学性能进行检测。
采用Instron VHS 160-100/20高速液压伺服材料试验机，对实施例1-5制备的防破片聚脲材料进行高速拉伸试验。具体方法为：在取样板表面均匀涂抹脱模剂，待脱模剂干燥后，采用PHX-40喷涂机将防破片聚脲材料浇注在取样板上，25℃养护7天后进行高速拉伸试验，得到材料在特定应变率下的抗拉强度、断裂伸长率和应力应变曲线。对应力应变曲线的弹性阶段进行截取，并对其进行拟合，得到材料的弹性模量。所述的抗拉强度、断裂伸长率和弹性模量见表1。
实施例1-5制备的防破片聚脲材料的应力应变曲线基本一致，下面以实施例1的应力应变曲线(图3)为例进行说明。由图3可知，在初始区域，防破片聚脲涂层的应力与应变成正比例函数关系，此段为弹性区域。在达到屈服点之后，材料进入过渡区；在该过渡区中，材料开始屈服，然后进入应变硬化阶段，直到材料完全破坏为止，且应力仍随应变线性增加但斜率减小。对前述中、高应变率下的应力应变曲线的弹性阶段进行截取，并进行拟合，得到材料的弹性模量(图4、图5)。
表1.实施例1-5制备的防破片聚脲材料的力学性能测试结果
Figure BDA0002935110980000101
由表1数据可知，本申请实施例1-5制备的防破片聚脲涂层在中应变率时的抗拉强度为14.99-17.03MPa，在高应变率时的抗拉强度为20.02-23.87MPa；说明所述的防破片聚脲涂层抗拉强度较高。且高应变率时的抗拉强度与中应变率的抗拉强度相比，增加了28-59％，说明材料具有明显的应变率敏感性；应力与应变之间的关系随着应变的发展近似成双线性。实施例1-5制备的防破片聚脲涂层在中应变率时的断裂伸长率为330.47-372.11％，在高应变率时的断裂伸长率为248.75-274.92％。高应变率时的断裂伸长率与中应变率的断裂伸长率相比，仅略有降低；说明材料具有极大的断裂伸长率，可以满足由爆炸荷载产生的大变形。实施例1-5制备的防破片聚脲涂层在中应变率时的弹性模量为84.33-90.11MPa，在高应变率时的弹性模量为135.03-146.07Mpa。高应变率时的弹性模量与中应变率的弹性模量相比，提高了55-72％。
综上可知，本申请实施例1-5制备的防破片聚脲材料在高应变率作用时，仍然具有优异的包括断裂伸长率在内的力学性能，可以有效对防护结构的变形进行约束，抑制爆炸荷载作用下的大变形。
实施例7：对实施例1-5制备的防破片复合涂层与被爆破结构之间的附着力进行检测。
根据GB/T 5210-2006《色漆和清漆拉开法附着力试验》对防破片聚脲涂层1与被爆破结构3之间的附着力进行试验，具体方法为：(1)对混凝土试块表面进行表面处理清除表面浮浆，喷涂环氧改性聚氨酯底漆2，待环氧改性聚氨酯底漆2表干后，采用PHX-40喷涂机喷涂防破片聚脲涂层1，将试样放于25℃养护7天；(2)在防破片聚脲涂层1表面粘贴拉拔锭，拉拔锭与聚脲之间采用丙烯酸胶黏剂进行粘贴，固定拉拔锭12h；(3)采用环刀裁剪拉拔锭周围聚脲涂层至混凝土基材，采用Posi Test ATA液压附着力测试仪进行实验。实施例1-5制备的防破片聚脲涂层与被爆破结构之间的附着力分别为4.2MPa、5.4MPa、6.6MPa、4.7MPa和5.0MPa。
对工程爆破进行防破片防护的防护层和底漆层需要具有一定的韧性，材料在高速荷载作用下不发生脆性破坏，在基材表面附着力至少要达到3MPa以上。而根据上述结果可知，本申请实施例1-5制备的防破片聚脲涂层与被爆破结构之间的附着力为4.2-6.6MPa。此外，脱落的复合涂层表面粘附有一定量的混凝土碎片和砂浆，同时环氧改性聚氨酯底漆2与防破片聚脲涂层1之间未见分离。这表明，防破片聚脲涂层与被爆破结构之间的附着力超过常规混凝土的抗拉强度，可以保证复合涂层在爆炸荷载作用时，能附着在爆破破片表面，不与结构发生脱离，从而抑制破片的飞出，实现防破片的技术效果。
综上可知，本申请所述的针对工程爆破的防破片复合涂层中，采用的防破片聚脲材料具有较大的抗拉强度、断裂伸长率和弹性模量，能够将爆破产生的破片和粉尘约束在涂层内部；且防破片聚脲涂层和环氧改性的聚氨酯底漆结合在一起，兼顾了爆破防护的优异性能和与被爆破结构的附着力，克服了现有技术中断裂伸长率低、附着力小，易发生脆性破坏的问题，具有重要的应用价值。

Claims (8)

1.用于工程爆破的防破片聚脲材料，其特征在于：所述防破片聚脲材料由A、R两个组分按照重量比1:1反应得到；
所述A组份是NCO含量为12-18wt%的异氰酸酯预聚物；所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到；所述混合物中4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯与2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的重量比为4:1-4:3，所述混合物和端羟基聚醚的重量比为10:7-5:7；
所述R组分是由44-59重量份的聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯，28-40重量份的端氨基聚氧化丙烯醚和11-24重量份的胺类扩链剂组成；所述的胺类扩链剂为二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、N,N’-二烷基甲基二胺和3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的防破片聚脲材料的应用，其特征在于：将其用于制备针对工程爆破的防破片复合涂层；所述防破片复合涂层是位于被爆破结构外表面的复合涂层，所述复合涂层包括聚氨酯底漆和作为面漆的防破片聚脲材料；所述聚氨酯底漆由环氧树脂与异氰酸酯预聚物反应得到。
3.根据权利要求2所述的防破片聚脲材料的应用，其特征在于：所述环氧树脂为E-20和E-44环氧树脂中的一种或两种；所述的异氰酸酯预聚物是NCO含量为12-18wt%的异氰酸酯预聚物，由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯（4,4'-MDI）和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（2,4'-MDI）的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到。
4.采用权利要求1-3中任意一项所述的防破片聚脲材料制备针对工程爆破的防破片复合涂层的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）预处理：对被爆破结构进行打磨，清除表面松动的砂浆；然后将表面的灰尘去除，得到预处理后的被爆破结构；
（2）喷涂聚氨酯底漆：在预处理后的被爆破结构表面均匀喷涂聚氨酯底漆，所述聚氨酯底漆由环氧树脂与异氰酸酯预聚物反应得到；所述环氧树脂为E-20和E-44环氧树脂中的一种或两种；所述的异氰酸酯预聚物是NCO含量为12-18wt%的异氰酸酯预聚物；
（3）喷涂防破片聚脲面漆：在聚氨酯底漆上喷涂厚度为2-5mm的防破片聚脲面漆，得到针对工程爆破的防破片复合涂层；所述防破片聚脲面漆由A、R两个组分按照重量比1:1反应得到；所述A组份是NCO含量为12-18wt%的异氰酸酯预聚物；所述R组分是由44-59重量份的聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯，28-40重量份的端氨基聚氧化丙烯醚和11-24重量份的胺类扩链剂组成。
5.根据权利要求4所述的制备针对工程爆破的防破片复合涂层的方法，其特征在于：步骤（2）和步骤（3）所述的异氰酸酯预聚物是由4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯（4,4'-MDI）和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（2,4'-MDI）的混合物与端羟基聚醚在氮气氛围下通过预聚得到；所述混合物中4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯与2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的重量比为4:1-4:3，所述混合物和端羟基聚醚的重量比为10:7-5:7。
6.根据权利要求4所述的制备针对工程爆破的防破片复合涂层的方法，其特征在于：所述的胺类扩链剂为二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、N,N’-二烷基甲基二胺和3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的制备针对工程爆破的防破片复合涂层的方法，其特征在于：所述聚氨酯底漆的具体制备方法为：称取环氧树脂2-5份，异氰酸酯预聚物7-17份，胺固化剂5-12份，乙二醇丁醚13-33份；将胺固化剂、环氧树脂加入到乙二醇丁醚中，充分搅拌均匀，得到聚氨酯底漆的B组分；异氰酸酯预聚物作为A组分，将A、B组分按照1:3的比例混合，即得到聚氨酯底漆。
8.根据权利要求4-7中任意一项所述的制备针对工程爆破的防破片复合涂层的方法，其特征在于：步骤（1）所述的被爆破结构包括与之相连接的外部结构，所述外部结构自被爆破结构向外延伸50~80cm。
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