CN112980301B - 一种超强防爆抗冲击复合涂层及其制备方法 - Google Patents

一种超强防爆抗冲击复合涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种超强防爆抗冲击复合涂层及其制备方法，本发明提供的复合涂层由柔性涂层材料和刚性涂层材料交替喷涂形成，喷涂涂层层数为2n+1层，n为正整数；制备如下：用两台高压喷涂设备交替作业进行湿碰湿叠层喷涂，其中一台喷涂柔性涂层材料，另一台喷涂刚性涂层材料；每道喷涂膜厚为0.10‑0.80mm；先将柔性涂层材料喷涂形成第一道涂层，接着喷涂刚性涂层材料形成第二道涂层，再在第二道涂层之上喷涂柔性涂层材料，柔性涂层和刚性涂层交替喷涂，每道喷涂间隔时间小于涂层凝胶时间。该涂层兼具有超高的拉伸强度、撕裂强度等性能，还具有良好的低温柔性、断裂伸长率力学性能，综合性能好，满足对防爆抗冲击要求更高的领域需求。

Description

一种超强防爆抗冲击复合涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种超强防爆抗冲击复合涂层及其制备方法。
背景技术
聚脲弹性体涂层是将聚脲的优异性能与快速喷涂、现场固化的施工方式有机的结合在一起，使其在工程应用上显示出无可比拟的优越性。喷涂聚脲弹性体材料与传统涂料相比，具有无溶剂、固化快、对湿度及温度不敏感、施工周期短、耐磨、抗冲击以及力学性能优异的特点，在化工防腐、管道、建筑、船舶、水利、交通、机械、矿山耐磨等行业具有广阔的应用前景。目前喷涂聚脲弹性体材料被广泛应用在工业重防腐耐磨、游戏娱乐，特别是建筑物防水防护等诸多领域；如屋面防水防护、地面防水防腐耐磨、隧道防水、水库大坝防水、污水池防水、各大电厂设施防水防腐、体育场馆防水防护、游乐场滑道、皮卡车厢耐磨等工程案例比比皆是，并呈逐年增多的趋势，已经得到了市场的认可。
聚脲弹性体涂层优异的力学性能决定其有望作为防爆抗冲击涂层材料，随着国内安全政策日趋严格以及部分领域的特殊要求，近年来，对聚脲弹性体涂层材料的防爆、抗冲击性能日益关注。当前对聚脲弹性涂层性能的改性主要采用加入填料，特别是加入纳米增强材料的方式，进一步提高其防爆抗冲击性能。如CN 104497823 A公开了一种防爆吸能聚脲弹性涂料及制备方法，由于该方法是直接将普通填料炭黑、二氧化钛加入到端氨基聚醚和端氨基扩链剂中，导致填料的分散性较差，直接影响涂层的力学性能。CN 108192493 A公开了一种石墨烯、碳纳米管增强防腐防弹涂料的制备方法，该方法为了改善无机纳米填料石墨烯、碳纳米管的分散性，在聚丙二醇中和扩链剂中分别引入分散剂，且为了降低粘度还加入惰性稀释剂硅油，虽然有助于无机纳米填料的分散，但分散剂和惰性稀释剂是不参与化学反应，对涂料的涂膜强度和模量是不利的。
CN 111548712 A公开的快速固化的建筑用聚脲防爆涂料及其制备方法和CN106753151 A公开的防爆破冲击聚脲涂层及其制备方法，这两种涂层在一定程度上满足防爆冲击性能，但为了兼顾低温柔韧，石墨烯的加入量不易过多，无法同时兼顾拉伸强度和撕裂强度力学性能，同时石墨烯难于分散，虽经改性但实际分散仍难以达到理想水平，经测试撕裂强度＜145N/mm，限制了其对性能提升幅度，无法满足拉伸强度和撕裂强度力学性兼具的防爆抗冲击应用的要求。
因此，研发一种兼顾韧性、柔性、强度等综合性能涂层，满足对防爆抗冲击要求高的领域，如军用蒙皮、装甲内衬、复合装甲、防弹盾牌、防弹头盔、油箱等，是非常有必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超强防爆抗冲击复合涂层及其制备方法，该涂层兼具有超高的拉伸强度、撕裂强度等性能，还具有良好的低温柔性、断裂伸长率力学性能，涂层的综合性能好，从而满足对防爆抗冲击要求更高的领域需求。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种超强防爆抗冲击复合涂层，所述复合涂层由柔性涂层材料和刚性涂层材料交替喷涂形成，喷涂涂层层数为2n+1层，n为正整数；
复合涂层的制备过程如下：
用两台高压喷涂设备交替作业进行湿碰湿叠层喷涂，其中一台用于喷涂柔性涂层材料，另一台用于喷涂刚性涂层材料；每道喷涂膜厚为0.10-0.80mm；先将柔性涂层材料喷涂形成第一道涂层，接着喷涂刚性涂层材料形成第二道涂层，再在第二道涂层之上喷涂柔性涂层材料，以此类推，柔性涂层和刚性涂层交替喷涂，每道喷涂间隔时间小于涂层凝胶时间。
在上述技术方案中，优选的，所述柔性涂料的异氰酸酯指数为0.95-1，所述刚性涂料的异氰酸酯指数为1.05-1.1。
在上述技术方案中，更优选的，所述柔性涂料的异氰酸酯指数为1，所述刚性涂料的异氰酸酯指数为1.1。
在上述技术方案中，优选的，每道喷涂间隔小于30秒。
在上述技术方案中，优选的，所述柔性涂层材料，包括A组分和 B组分两种组分；
所述A组分与B组分的体积比为1:1；
A组分的制备过程如下：
将装有芳香族异氰酸酯反应器通入氮气，开动搅拌，升温至50℃，加入经预热的份聚四氢呋喃二醇，升温至75-95℃，继续反应2.5-3.5小时，得到半预聚物A组分，置于密闭容器中，脱气充氮待用；
A组分中-NCO的质量百分含量为15％～19％。
B组分的制备过程如下：
先将部分聚醚胺、KH550硅烷偶联剂加入到分散罐中，300转/分搅拌5 分钟后，提高转速至800转/分，加入活性无机晶须，分散30分钟，再转入高剪切均质机中以5000转/分继续分散60分钟；降低转速至1000转/分，依次加入剩余的聚醚胺、位阻胺扩链剂和助剂继续分散30分钟，制得B组分；
所述位阻胺扩链剂二甲硫基甲苯二胺、N ,N’-双仲戊基环己烷二、(Jefflink754)、N ,N’二烷基苯二胺中的一种或两种。
在上述技术方案中，优选的，所述刚性涂层材料，包括C组分和D两种组分；所述C组分与D组分的体积比为1:1；
C组分的制备过程如下：
在装有芳香族异氰酸酯反应瓶中，通入氮气，开动搅拌，升温至50℃，加入聚酯多元醇，升温至75-95℃，继续反应2.5-3.5小时，降温至50℃ 加入活性稀释剂碳酸丙烯酯，搅拌15分钟，即得半预聚物C组分，置于密闭容器中，脱气充氮待用；
C组分中-NCO的质量百分含量为18％～24％。
D组分的制备过程如下：
先将部分聚醚胺、KH550硅烷偶联剂加入到分散罐中，300转/分搅拌5 分钟后，提高转速至800转/分，加入活性无机晶须，搅拌分散30分钟；再转入高剪切均质机中以5000转/分继续分散60分钟，降低转速至1000转/分，依次加入剩余的聚醚胺、位阻胺扩链剂和助剂继续分散30分钟，制得D组分；
所述位阻胺扩链剂为二甲硫基甲苯二胺、N ,N’-双仲戊基环己烷二胺(Jefflink754)、N ,N’二烷基苯二胺中的一种或两种。
在上述技术方案中，优选的，A组分和C组分中，所述芳香族异氰酸酯为4 ,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2 ,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种；聚四氢呋喃二醇的相对分子量为500-3000；所述聚醚胺为聚醚胺CAD2000、聚醚胺CAT-5000中的一种或两种。
在上述技术方案中，优选的，C组分中，所述聚酯多元醇为聚己内酯二元醇、聚己内酯三元醇中的一种或两种；聚酯多元醇相对分子量为500-3000。
在上述技术方案中，优选的，A组分原料按照量份数计由45-70份芳香族异氰酸酯、30-60份聚四氢呋喃二醇组成；
B组分原料按照量份数计包括20-50份位阻胺扩链剂、40-60份聚醚胺和3-15份活性无机晶须；所述KH550硅烷偶联剂的加入量占B组分质量百分量的0.5％-1％。
在上述技术方案中，优选的，所述C组分原料按照量份数计由60-75份芳香族异氰酸酯、20-45份聚酯多元醇、0-8份碳酸丙烯酯组成；
所述D组分原料按照量份数计包括25-55份位阻胺扩链剂、30-50份聚醚胺、8-25份活性无机晶须；所述KH550硅烷偶联剂的加入量占B组分质量百分量的0.5％-1％。
在上述技术方案中，优选的，B组分和D组分中所述助剂为聚脲专用色浆、消泡剂BYK-023、防沉降剂BYK-410、光稳定剂2-(2H-苯并三唑-2-)-4 ,6-二特戊基苯酚紫外光吸收剂(UV-328)中的一种或多种。
在上述技术方案中，优选的，所述B组分和D组分中的活性无机晶须为活性硫酸钙晶须NP-M02、活性晶须硅GX-SiO 2中的一种或两种，活性无机晶须长径比大于10，莫氏硬度大于3，长度小于300微米。
在上述技术方案中，更优选的，A组分原料按照量份数计由59份MDI50和41份聚四氢呋喃醚二醇（PTMG-1000）组成；B组分原料按照量份数计由20份二甲硫基甲苯二胺、20份N,N’-双仲戊基环己烷二胺、10份聚醚胺CAT-5000、42.1份聚醚胺CAD2000、KH550硅烷偶联剂0.5份、5份活性硫酸钙晶须NP-M02、2.3份聚脲专用色浆、0.05份BYK-023、0.05份BYK-410组成。
在上述技术方案中，更优选的，C组分原料按照量份数计由67份MDI100、聚己内酯二元醇23 份、聚己内酯三元醇5 份和5 份碳酸丙烯酯组成；D组分原料按照量份数计由二甲硫基甲苯二胺24份、N,N’二烷基苯二胺20 份、30.1 份聚醚胺CAD2000、11 份聚醚胺CAT-5000、KH550 硅烷偶联剂0.5 份、12 份活性晶须硅 GX-SiO2、0.05 份BYK-023、2.3 份聚脲专用色浆、0.05 份UV-328组成。
本发明将柔性涂层材料的A组分和B组分分别预热后，利用一台高压喷涂设备边混合边喷涂，将刚性涂层材料的C组分和D组分分别预热后，利用另一台高压喷涂设备边混合边喷涂；喷涂时，先将其中一种涂层材料喷涂形成第一道涂层，在其尚未完全凝胶固化之前，喷涂另一种涂层材料形成第二道涂层，再在该道涂层材料未完全凝胶固化之前，喷涂与第一道相同的涂层材料，以此类推，在前一道涂层材料尚未完全凝胶固化的条件下，喷涂另一种涂层材料，即湿碰湿交替喷涂两种涂层材料，最终形成复合涂层。与现有技术相比，具有以下优点：
（1）本发明复合涂层由柔性涂层材料和刚性涂层材料两种涂层材料组成。两种涂层材料通过设计不同异氰酸酯指数，促进各自过量基团在界面发生反应，同时通过延迟反应扩链剂，调控两种涂层材料的凝胶固化时间，得以采用湿碰湿叠层喷涂工艺，最终实现层与层之间发生化学交联反应，达到各层之间相互融合，没有界面，达到浑然一体。复合层结构体形成“刚柔相济”的层间复合结构的群体，可以充分发挥各自材料性能的特点，赋予复合涂层超高的强度、韧性、抗撕裂性。通过复合结构体的局部形变、各层内部的应力消散以及层间作用应力分散多重作用，能使外界动能达到最大限度消耗，得以满足对防爆、抗冲击高需求的场合。既有适当柔韧性，又保持优异抗拉强度、抗撕裂性能等性能的柔性涂层材料，又具有超高强度、抗撕裂性、阻隔性、抗冲性等优异性能的刚性涂层材料。两种涂层材料经叠层有机复合，充分发挥各自特点，解决了韧性、柔性、强度等综合性能无法兼顾的问题。
（2）采用活化的无机晶须，避免纳米材料价格昂贵、难分散的问题，保证无机晶须和有机基体之间通过化学键合、物理键合多重作用下，形成良好的界面融合。当涂层受到外力时，晶须易产生形变、应力松弛，有助于吸收、传递冲击能量，同时又因其相当于一种短纤维，具有较长的长径比、超高的强度、超强弹性模量，在涂层中起到桥联作用，使得聚合物内聚强度增大，从而显著提高涂层的综合力学性能。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
以下结合实施例对本发明做进一步解释：
色浆可根据实际颜色需求进行合理选择，选择聚脲专用色浆，以下实施例中以专用碳黑浆为例。
在下述实施例中使用的活性硫酸钙晶须NP-M02、活性晶须硅GX-SiO 2，其长径比大于10，莫氏硬度大于3，长度小于300微米。
实施例1
1.1）柔性涂层材料A组分和B组分组成
A组分：
MDI50 59kg；
聚四氢呋喃醚二醇（PTMG-1000） 41kg；
B组分：
二甲硫基甲苯二胺（DMTDA） 20kg；
N ,N’-双仲戊基环己烷二胺 (Jefflink754) 20kg；
聚醚胺CAT-5000 10kg；
聚醚胺CAD2000 42.1kg；
KH550硅烷偶联剂 0.5kg；
活性硫酸钙晶须NP-M02 5kg；
专用碳黑浆 2.3kg；
BYK-023 0.05kg；
BYK-410 0.05kg。
1.2）A组分的制备
在装有59kg的MDI-50的反应瓶中，通入氮气，开动搅拌，升温至50℃，分两批加入预热后的41kg的PTMG-1000，两批次间隔10分钟，待加完后升温至75℃～95℃，继续反应3小时，取样测定半预聚物中-NCO端基含量为16.1％，停止加热，得到半预聚物A组分，置于密闭容器中，脱气充氮待用。
1.3）B组分的制备
先将15kg的聚醚胺CAD2000、0.5kg的KH550硅烷偶联剂加入到分散罐中，300转/分搅拌5分钟后，提高转速至800转/分，加入5kg活性硫酸钙晶须NP-M02，搅拌分散30分钟；再转入高剪切均质机中以5000转/分，继续分散60分钟，降低转速至1000转/分，依次加入27.1kg聚醚胺CAD2000、10kg聚醚胺CAT-5000、20kg DMTDA、20kg Jefflink754、2.3kg专用碳黑浆、0.05kg BYK-023、0.05kg BYK-410继续分散30分钟，制得B组分。
该体系中A/B两组分的体积比为1:1，异氰酸酯指数为1。
1.4）刚性涂层材料C组分和D组分组成
C组分：
MDI100 67kg；
聚己内酯二元醇（PCL 220N） 23 kg；
聚己内酯三元醇(PCL305) 5 kg ；
碳酸丙烯酯 5 kg；
D组分：
二甲硫基甲苯二胺（DMTDA） 24kg；
N ,N’二烷基苯二胺（Unilink 4100） 20 kg；
聚醚胺CAD2000 30.1 kg；
聚醚胺CAT-5000 11 kg；
KH550 硅烷偶联剂 0.5 kg；
活性晶须硅（ GX-SiO2） 12 kg；
BYK-023 0.05 kg；
专用碳黑浆 2.3 kg；
UV-328 0.05 kg。
1.5）C组分的制备
在装有67kg的MDI100的反应瓶中，通入氮气，开动搅拌，升温至50℃，分两批加入23kg PCL 220N 和5kgPCL305，两批次间隔10分钟，待加完后升温至75-95℃，继续反应3小时，降温至50℃加入5kg碳酸丙烯酯，搅拌15分钟，然后取样测定半预聚物中-NCO端基含量为20.0％，即得半预聚物C组分，置于密闭容器中，脱气充氮待用。
1.6）D组分的制备
先将24kg的聚醚胺CAD2000、0.5kg的KH550硅烷偶联剂加入到分散罐中，300转/分搅拌5分钟后，提高转速至800转/分，加入12kg GX-SiO2活性晶须硅，搅拌分散30分钟；再转入高剪切均质机中以5000转/分继续分散60分钟，降低转速至1000转/分，依次加入6.1kg聚醚胺CAD2000、11kg聚醚胺CAT-5000、24kg DMTDA、20kg Unilink 4100、2.3kg专用碳黑浆、0.05kg BYK-023、0.05kg UV-328继续分散30分钟，制得D组分。
该体系中C/D两组分的体积比为1:1，异氰酸酯指数为1.1。
1.7）复合涂层的制备
先将柔性涂层材料的A组分和B组分分别预热到40℃，采用一台高压喷涂机对A组分、B组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，确保单层厚度(0.2-0.3)mm。
再将刚性涂层材料的C组分和D组分分别预热后到40℃，采用另一台高压喷涂机对C组分、D组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，确保单层厚度(0.2-0.3)mm。
两台喷涂机分别调试完毕后，开始喷涂。先将柔性涂层材料喷涂形成第一道涂层，接着喷涂刚性涂层材料形成第二道涂层，再在第二道涂层之上喷涂柔性涂层材料，以此类推，柔性涂层和刚性涂层交替喷涂，最后一道喷涂柔性涂层材料，得到复合涂层。喷涂间隔控制12-15s。
按照上述方式喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，单层厚度为0.2-0.3mm，厚度达到(2.0±0.5)mm，进行涂层基本性能检测。
本发明实施例1涂层性能测试及比对
将本发明实施1获得的复合涂层与单独的柔性涂层/刚性涂层的基本物理性能进行测试，并进行对比；其中柔性涂层和刚性涂层喷涂方式如下：
（1）柔性涂层
将实施例1中的A组分、B组分（体积比1:1，异氰酸酯指数为1）采用高压喷涂机喷涂，A组分、B组分在使用之前分别预热到40℃，A组分、B两种组分经抽料泵输送到主机，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂到表面固化，得到柔性涂层，喷涂速度为0.05-0.08kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，最终膜厚(2.0±0.5)mm。
（2）刚性涂层
将实施例1中的C组分、D组分（体积比1:1，异氰酸酯指数为1.1）采用高压喷涂机喷涂，C组分、D组分在使用之前分别预热到40℃，C组分、D组分经抽料泵输送到主机，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂到表面固化，得到刚性涂层，喷涂速度为0.05-0.08kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，最终膜厚(2.0±0.5)mm。
测试涂层的各项基本物理性能，结果参见表1。
表1 实施例1所得涂层的基本性能
项 目 柔性涂层 刚性涂层 复合涂层
凝胶时间 27s 25s ——
表干时间 3min 2.5min ——
拉伸强度（MPa） 26 63 54
断裂伸长率（％） 209 18 187
撕裂强度（kN/m） 135 —— 203
低温柔性（-30℃） 通过 不通过 通过
综合上述，由表1的性能测试结果可见，本发明复合涂层除了具有超高的拉伸强度、撕裂强度等性能外，还具有良好的低温柔性、断裂伸长率，综合性能优异。
实施例2
重复实施例1的A组分、B组分、C组分、D组分制备步骤和复合涂层的制备，只改变A组分、B组分、C组分、D组分原料配入量，其它同实施例1。原料配入量范围调整：
1.1）柔性涂层材料A组分和B组分组成
A组分：MDI50 56.5kg、聚四氢呋喃醚二醇（PTMG-1000） 43.5kg。
组分：二甲硫基甲苯二胺（DMTDA）20kg，N,N’-双仲戊基环己烷二胺(Jefflink754)18.5kg；聚醚胺CAT-5000 15kg，聚醚胺CAD2000 38.6kg；KH550硅烷偶联剂 0.5kg；活性晶须硅（GX-SiO2） 5kg；专用碳黑浆2.3kg；BYK-023 0.05kg；BYK-410 0.05kg。
1.2）A组分的制备
在装有56.5kg的MDI-50的反应瓶中，通入氮气，开动搅拌，升温至50℃，分两批加入预热后的43.5kg的PTMG-1000，两批次间隔10分钟，待加完后升温至75℃～95℃，继续反应3小时，取样测定半预聚物中-NCO端基含量为15％，停止加热，得到半预聚物A组分，置于密闭容器中，脱气充氮待用。
1.3）B组分的制备
先将15kg的聚醚胺CAD2000、KH550硅烷偶联剂加入到分散罐中，300转/分搅拌5分钟后，提高转速至800转/分，加入活性晶须硅（GX-SiO2），搅拌分散30分钟；再转入高剪切均质机中以5000转/分，继续分散60分钟，降低转速至1000转/分，依次加入23.6kg聚醚胺CAD2000、聚醚胺CAT-5000、DMTDA、Jefflink754、专用碳黑浆、BYK-023、BYK-410继续分散30分钟，制得B组分。
该体系中A/B两组分的体积比为1:1，异氰酸酯指数为0.97。
1.4）刚性涂层材料C组分和D组分组成
C组分：MDI50 63kg、聚己内酯二元醇（PCL 220N） 25kg、聚己内酯三元醇（PCL305）7kg、碳酸丙烯酯5kg。
组分：二甲硫基甲苯二胺（DMTDA）20kg，N,N’二烷基苯二胺（Unilink 4100）21.5kg；聚醚胺CAT-5000 14kg，聚醚胺CAD2000 29.1kg；KH550硅烷偶联剂 0.5kg；活性晶须硅（GX-SiO2）12.5kg；BYK-023 0.05kg；专用碳黑浆2.3kg；UV-328 0.05kg。
1.5）C组分的制备
在装有MDI50 63kg的反应瓶中，通入氮气，开动搅拌，升温至50℃，分两批加入25kg PCL 220N 和7kg PCL305，两批次间隔10分钟，待加完后升温至75-95℃，继续反应3小时，降温至50℃加入5kg碳酸丙烯酯，搅拌15分钟，然后取样测定半预聚物中-NCO端基含量为18.0％，即得半预聚物C组分，置于密闭容器中，脱气充氮待用。
1.6）D组分的制备
先将24kg的聚醚胺CAD2000、KH550硅烷偶联剂加入到分散罐中，300转/分搅拌5分钟后，提高转速至800转/分，加入GX-SiO2活性晶须硅，搅拌分散30分钟；再转入高剪切均质机中以5000转/分继续分散60分钟，降低转速至1000转/分，依次加入5.1kg聚醚胺CAD2000、聚醚胺CAT-5000、DMTDA、Unilink 4100、专用碳黑浆、BYK-023、UV-328继续分散30分钟，制得D组分。
该体系中C/D两组分的体积比为1:1，异氰酸酯指数为1.05。
1.7）复合涂层的制备
先将柔性涂层材料的A组分和B组分分别预热到40℃，采用一台高压喷涂机对A组分、B组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，确保单层厚度(0.2-0.3)mm。
再将刚性涂层材料的C组分和D组分分别预热后到40℃，采用另一台高压喷涂机对C组分、D组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，确保单层厚度(0.2-0.3)mm。
两台喷涂机分别调试完毕后，开始喷涂。先将柔性涂层材料喷涂形成第一道涂层，接着喷涂刚性涂层材料形成第二道涂层，再在第二道涂层之上喷涂柔性涂层材料，以此类推，柔性涂层和刚性涂层交替喷涂，最后一道喷涂柔性涂层材料，得到复合涂层。喷涂间隔控制12-15s。
按照上述方式喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，单层厚度为0.2-0.3mm，厚度达到(2.0±0.5)mm，进行涂层基本性能检测，结果见表2。
实施例3
重复实施例1的A组分、B组分、C组分、D组分制备步骤和复合涂层的制备，只改变A组分、B组分、C组分、D组分原料配入量，其它同实施例1。原料配入量范围调整：
1.1）柔性涂层材料A组分和B组分组成
A组分：MDI-100 66.2kg、聚四氢呋喃醚二醇（PTMG-1000） 33.8kg。
组分：N,N’二烷基苯二胺（Unilink 4100）35kg，N,N’-双仲戊基环己烷二胺(Jefflink754) 15kg；聚醚胺CAT-5000 2kg，聚醚胺CAD2000 43.4kg；KH550硅烷偶联剂0.5kg；活性硫酸钙晶须（NP-M02） 3kg；专用碳黑浆1kg；BYK-023 0.05kg；BYK-410 0.05kg。
1.2）A组分的制备
在装有66.2kg的MDI-100的反应瓶中，通入氮气，开动搅拌，升温至50℃，分两批加入预热后的33.8kg的PTMG-1000，两批次间隔10分钟，待加完后升温至75℃～95℃，继续反应3小时，取样测定半预聚物中-NCO端基含量为19％，停止加热，得到半预聚物A组分，置于密闭容器中，脱气充氮待用。
1.3）B组分的制备
先将15kg的聚醚胺CAD2000、KH550硅烷偶联剂加入到分散罐中，300转/分搅拌5分钟后，提高转速至800转/分，加入活性硫酸钙晶须NP-M02，搅拌分散30分钟；再转入高剪切均质机中以5000转/分，继续分散60分钟，降低转速至1000转/分，依次加入28.4kg聚醚胺CAD2000、聚醚胺CAT-5000、Unilink 4100、Jefflink754、专用碳黑浆、BYK-023、BYK-410继续分散30分钟，制得B组分。
该体系中A/B两组分的体积比为1:1，异氰酸酯指数为0.95。
1.4）刚性涂层材料C组分和D组分组成
C组分：MDI50 75kg、聚己内酯二元醇（PCL 220N） 20kg、碳酸丙烯酯5kg。
1.5）C组分的制备
在装有MDI50 75kg的反应瓶中，通入氮气，开动搅拌，升温至50℃，分两批加入20kg PCL 220N，两批次间隔10分钟，待加完后升温至75-95℃，继续反应3小时，降温至50℃加入5kg碳酸丙烯酯，搅拌15分钟，然后取样测定半预聚物中-NCO端基含量为24％，即得半预聚物C组分，置于密闭容器中，脱气充氮待用。
组分：二甲硫基甲苯二胺（DMTDA）35kg，N,N’二烷基苯二胺（Unilink 4100） 20kg；聚醚胺CAT-5000 7kg，聚醚胺CAD2000 28kg；KH550硅烷偶联剂 0.5kg；活性硫酸钙晶须（NP-M02）8kg；BYK-023 0.05kg；专用碳黑浆1.4kg；UV-328 0.05kg。
先将24kg的聚醚胺CAD2000、KH550硅烷偶联剂加入到分散罐中，300转/分搅拌5分钟后，提高转速至800转/分，加入活性硫酸钙晶须（NP-M02），搅拌分散30分钟；再转入高剪切均质机中以5000转/分继续分散60分钟，降低转速至1000转/分，依次加入4kg聚醚胺CAD2000、聚醚胺CAT-5000、DMTDA、Unilink 4100、专用碳黑浆、BYK-023、UV-328继续分散30分钟，制得D组分。
该体系中C/D两组分的体积比为1:1，异氰酸酯指数为1.08。
1.7）复合涂层的制备
先将柔性涂层材料的A组分和B组分分别预热到40℃，采用一台高压喷涂机对A组分、B组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，确保单层厚度(0.2-0.3)mm。
再将刚性涂层材料的C组分和D组分分别预热后到40℃，采用另一台高压喷涂机对C组分、D组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，确保单层厚度(0.2-0.3)mm。
两台喷涂机分别调试完毕后，开始喷涂。先将柔性涂层材料喷涂形成第一道涂层，接着喷涂刚性涂层材料形成第二道涂层，再在第二道涂层之上喷涂柔性涂层材料，以此类推，柔性涂层和刚性涂层交替喷涂，最后一道喷涂柔性涂层材料，得到复合涂层。喷涂间隔控制12-15s。
按照上述方式喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，单层厚度为0.2-0.3mm，厚度达到(2.0±0.5)mm，进行涂层基本性能检测，结果见表2。
性能测试
测试实施例2和实施例3复合涂层的各项基本物理性能，结果参见表2。
表2 实施例2和实施例3所得复合涂层的基本性能
项 目 实施例2 实施例3
拉伸强度（MPa） 51 67
断裂伸长率（％） 260 153
撕裂强度（kN/m） 197 202
低温柔性（-30℃） 通过 通过
由表2可见，实施例2、实施例3具有超高的拉伸强度、撕裂强度等性能外，还具有良好的低温柔性、断裂伸长率，综合性能优异。
对比例1
1.1) 使用与实施例1相同的柔性涂层材料料A组分和B组分，使用与实施例1相同的刚性涂层材料C组分和D组分。
1.2) 复合涂层的制备：
先将柔性涂层材料的A组分和B组分分别预热到40℃，采用一台高压喷涂机对A组分、B组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂，喷涂速度为0.03kg/s-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，确保单层厚度0.2-0.30mm。
再将刚性涂层材料的C组分和D组分分别预热后，采用另一台高压喷涂机对C组分、D组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，确保单层厚度0.2-0.3mm。
两台喷涂机分别调试完毕后，开始喷涂。先将柔性涂层材料喷涂形成第一道涂层，接着喷涂刚性涂层材料形成第二道涂层，再在第二道涂层之上喷涂柔性涂层材料，以此类推，柔性涂层和刚性涂层交替喷涂，最后一道喷涂柔性涂层材料，直至厚度达到(2.0±0.5)mm，得到复合涂层。喷涂间隔控制30-60s，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，单层厚度0.2-0.3mm。
对比例2
1.1) 使用与实施例1相同的柔性涂层材料料A组分和B组分，使用与实施例1相同的刚性涂层材料C组分和D组分。
1.2) 复合涂层的制备：
先将柔性涂层材料的A组分和B组分分别预热到40℃，采用一台高压喷涂机对A组分、B组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂。
再将刚性涂层材料的C组分和D组分分别预热后，采用另一台高压喷涂机对C组分、D组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂。
两台喷涂机分别调试完毕后，开始喷涂。先将柔性涂层材料喷涂形成第一道涂层，厚度达到(1.0±0.3)mm后，接着喷涂刚性涂层材料，至复合涂层厚度达到 (2.0±0.5)mm ，得到复合涂层。喷涂间隔控制12-15s，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s。
对比例性能测试
测试对比例1和对比例2复合涂层的各项基本物理性能，结果参见表3。
表3对比例所得复合涂层的基本性能
项 目 对比例1 对比例2
拉伸强度（MPa） 37 31
断裂伸长率（％） 89 68
撕裂强度（kN/m） 142 117
低温柔性（-30℃） 不通过 不通过
综合上述，由表2复合涂层性能测试可见，所得对比例复合涂层的低温柔性差，拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率也远低于实施例1。
实施例4
1.1) 使用与实施例1相同的柔性涂层材料料A组分和B组分，使用与实施例1相同的刚性涂层材料C组分和D组分。
1.2) 复合涂层的制备
先将柔性涂层材料的A组分和B组分分别预热到40℃，采用一台高压喷涂机对A组分、B组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，确保单层厚度(0.625mm±0.05)mm。
再将刚性涂层材料的C组分和D组分分别预热后到40℃，采用另一台高压喷涂机对C组分、D组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，确保单层厚度(0.75mm±0.05)mm。
两台喷涂机分别调试完毕后，开始喷涂。先将柔性涂层材料喷涂形成第一道涂层，接着喷涂刚性涂层材料形成第二道涂层，再在第二道涂层之上喷涂柔性涂层材料，以此类推，柔性涂层和刚性涂层交替喷涂，最后一道喷涂柔性涂层材料，得到复合涂层。喷涂间隔控制20s-24s。
按照上述方式，喷涂涂层层数为3层，得到厚度为(2.0±0.5)mm的复合涂层，进行涂层基本性能检测，结果见表4。
实施例5
1.1) 使用与实施例1相同的柔性涂层材料料A组分和B组分，使用与实施例1相同的刚性涂层材料C组分和D组分。
1.2) 复合涂层的制备
先将柔性涂层材料的A组分和B组分分别预热到40℃，采用一台高压喷涂机对A组分、B组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，确保单层厚度(0.15mm±0.05)mm。
再将刚性涂层材料的C组分和D组分分别预热后到40℃，采用另一台高压喷涂机对C组分、D组分进行喷涂调试，经加温加压并精确计量后在动态混合室内混合均匀，按体积比1:1喷涂，喷涂速度为0.03-0.07kg/s，喷枪移动速度为0.4-0.5m/s，确保单层厚度(0.15mm±0.05)mm。
两台喷涂机分别调试完毕后，开始喷涂。先将柔性涂层材料喷涂形成第一道涂层，接着喷涂刚性涂层材料形成第二道涂层，再在第二道涂层之上喷涂柔性涂层材料，以此类推，柔性涂层和刚性涂层交替喷涂，最后一道喷涂柔性涂层材料，得到复合涂层。喷涂间隔控制12-15s。
按照上述方式喷涂涂层为13层，得到厚度为(2.0±0.5)mm的复合涂层，进行涂层基本性能检测，结果见表4。
表4 实施例4和实施例5所得涂层的基本性能
项 目 实施例4 实施例5
拉伸强度（MPa） 52 50
断裂伸长率（％） 189 176
撕裂强度（kN/m） 198 193
低温柔性（-30℃） 通过 通过
可见获得的复合涂层基本性能均具有超高的拉伸强度、撕裂强度等性能外，还具有良好的低温柔性、断裂伸长率，综合性能优异。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想,不能理解为对本发明的限制。对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是轻而易举的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种防爆抗冲击复合涂层，其特征在于，所述复合涂层由柔性涂层材料和刚性涂层材料交替喷涂形成，喷涂涂层层数为2n+1层，n为正整数；
复合涂层的制备过程如下：
用两台高压喷涂设备交替作业进行湿碰湿叠层喷涂，其中一台用于喷涂柔性涂层材料，另一台用于喷涂刚性涂层材料；每道喷涂膜厚为0.10-0.80mm；先将柔性涂层材料喷涂形成第一道涂层，接着喷涂刚性涂层材料形成第二道涂层，再在第二道涂层之上喷涂柔性涂层材料，以此类推，柔性涂层和刚性涂层交替喷涂，每道喷涂间隔时间小于涂层凝胶时间；
所述柔性涂层材料的异氰酸酯指数为0.95-1，所述刚性涂层材料的异氰酸酯指数为1.05-1.1，每道喷涂间隔12-15秒；
所述柔性涂层材料，包括A组分和B组分两种组分：
所述A组分与B组分的体积比为1:1；
A组分的制备过程如下：
将装有芳香族异氰酸酯反应器通入氮气，开动搅拌，升温至50℃，加入经预热的份聚四氢呋喃二醇，升温至75-95℃，继续反应2.5-3.5小时，得到A组分半预聚物，置于密闭容器中，脱气充氮待用；
所述A组分中-NCO的质量百分含量为15％～19％；
B组分的制备过程如下：
先将部分聚醚胺、KH550硅烷偶联剂加入到分散罐中，300转/分搅拌5分钟后，提高转速至800转/分，加入活性无机晶须，分散30分钟，再转入高剪切均质机中以5000转/分继续分散60分钟；降低转速至1000转/分，依次加入剩余的聚醚胺、位阻胺扩链剂和助剂继续分散30分钟，制得B组分；
所述B组分中位阻胺扩链剂为二甲硫基甲苯二胺、N,N’-双仲戊基环己烷二胺、N,N’二烷基苯二胺中的一种或两种；
所述刚性涂层材料，包括C组分和D两种组分；所述C组分与D组分的体积比为1:1；
C组分的制备过程如下：
在装有芳香族异氰酸酯反应瓶中，通入氮气，开动搅拌，升温至50℃，加入聚酯多元醇，升温至75-95℃，继续反应2.5-3.5小时，降温至50℃加入活性稀释剂碳酸丙烯酯，搅拌15分钟，即得C组分半预聚物，置于密闭容器中，脱气充氮待用；
所述C组分中-NCO的质量百分含量为18％～24％；
D组分的制备过程如下：
先将部分聚醚胺、KH550硅烷偶联剂加入到分散罐中，300转/分搅拌5分钟后，提高转速至800转/分，加入活性无机晶须，搅拌分散30分钟；再转入高剪切均质机中以5000转/分继续分散60分钟，降低转速至1000转/分，依次加入剩余的聚醚胺、位阻胺扩链剂和助剂继续分散30分钟，制得D组分；
所述D组分中位阻胺扩链剂为二甲硫基甲苯二胺、N,N’-双仲戊基环己烷二胺、N,N’二烷基苯二胺中的一种或两种；
A组分和C组分中，所述芳香族异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种；聚四氢呋喃二醇的相对分子量为500-3000；所述聚醚胺为聚醚胺CAD2000、聚醚胺CAT-5000中的一种或两种；C组分中，所述聚酯多元醇为聚己内酯二元醇、聚己内酯三元醇中的一种或两种；聚酯多元醇相对分子量为500-3000；
A组分原料按照重量份数计由45-70份芳香族异氰酸酯、30-60份聚四氢呋喃二醇组成；
B组分原料按照重量份数计包括20-50份位阻胺扩链剂、40-60份聚醚胺和3-15份活性无机晶须；所述B组分中KH550硅烷偶联剂的加入量占B组分质量百分含量的0.5％-1％；
所述C组分原料按照重量份数计由60-75份芳香族异氰酸酯、20-45份聚酯多元醇、0-8份碳酸丙烯酯组成；
所述D组分原料按照重量份数计包括25-55份位阻胺扩链剂、30-50份聚醚胺、8-25份活性无机晶须；所述D组分中KH550硅烷偶联剂的加入量占D组分质量百分含量的0.5％-1％。
2.根据权利要求1所述的防爆抗冲击复合涂层，其特征在于，所述柔性涂层材料的异氰酸酯指数为1，所述刚性涂层材料的异氰酸酯指数为1.1。
3.根据权利要求1所述的防爆抗冲击复合涂层，其特征在于，B组分和D组分中所述助剂为聚脲色浆、消泡剂BYK-023、防沉降剂BYK-410、紫外光吸收剂UV-328中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的防爆抗冲击复合涂层，其特征在于，所述B组分和D组分中的活性无机晶须为活性硫酸钙晶须NP-M02、活性晶须硅GX-SiO2中的一种或两种，活性无机晶须长径比大于10，莫氏硬度大于3，长度小于300微米。
5.根据权利要求1所述的防爆抗冲击复合涂层，其特征在于，A组分原料按照重量份数计由59份MDI50和41份聚四氢呋喃醚二醇PTMG-1000组成；B组分原料按照重量份数计由20份二甲硫基甲苯二胺、20份N,N’-双仲戊基环己烷二胺、10份聚醚胺CAT-5000、42.1份聚醚胺CAD2000、KH550硅烷偶联剂0.5份、5份活性硫酸钙晶须NP-M02、2.3份聚脲色浆、0.05份BYK-023、0.05份BYK-410组成；
C组分原料按照重量份数计由67份MDI100、聚己内酯二元醇23份、聚己内酯三元醇5份和5份碳酸丙烯酯组成；D组分原料按照重量份数计由二甲硫基甲苯二胺24份、N,N’二烷基苯二胺20份、30.1份聚醚胺CAD2000、11份聚醚胺CAT-5000、KH550硅烷偶联剂0.5份、12份活性晶须硅GX-SiO2、0.05份BYK-023、2.3份聚脲色浆、0.05份UV-328组成。
6.一种如权利要求1所述的防爆抗冲击复合涂层的制备方法，其特征在于，用两台高压喷涂设备交替作业进行湿碰湿叠层喷涂，其中一台用于喷涂柔性涂层材料，另一台用于喷涂刚性涂层材料，所述柔性涂层材料的异氰酸酯指数为0.95-1，所述刚性涂层材料的异氰酸酯指数为1.05-1.1；每道喷涂膜厚为0.10-0.80mm；先将柔性涂层材料喷涂形成第一道涂层，接着喷涂刚性涂层材料形成第二道涂层，再在第二道涂层之上喷涂柔性涂层材料，以此类推，柔性涂层和刚性涂层交替喷涂，喷涂层数≥3层，最后一层为柔性涂层，得到防爆抗冲击复合涂层，每道喷涂间隔时间小于涂层凝胶时间。
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