CN113718534A - 一种防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料及其制备方法和应用，该复合材料包括纤维格栅和涂覆在纤维格栅上的聚脲，所述聚脲包括A、B两个组分，以重量计，所述A组分为由含有40～80份异氰酸酯、60～100份聚四氢呋喃醚多元醇、5～10份三官能度多元醇的原料经聚合反应得到的半预聚物组分；以重量计，所述B组分含有5～15份扩链剂、30～50份端氨基聚醚和5～10份助剂。本发明的纤维增强聚脲复合材料总厚度可达3～5mm，所述复合材料使纤维格栅、聚脲形成化学结合，同时存在宏观互穿结构，由此使得本发明的复合材料在具备较好柔韧性的条件下，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。

Description

一种防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于复合材料领域，具体涉及一种防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚脲材料具有高强度、高韧性、抗冲击性能优异、成本低廉、施工方便等特点，利用纤维等材料进行增强的聚脲基复合材料是做防爆抗冲击的理想材料，可广泛应用于炼化企业建筑抗爆，军用装备防护、防爆、抗冲撞等，民用矿山防爆、大坝、桥墩等工程领域。
中国专利申请201611082325公开一种防爆破冲击聚脲涂层及其制备方法，提出了石墨烯增强的聚脲涂层，该技术通过采用物理与化学共混方法，使得石墨烯在树脂中有了更好的分散性，提高了复合材料的撕裂强度与稳定性。但该技术未体现材料的抗冲击性能以及基材附着力。
中国专利申请201710404555公开一种Kevlar纤维布增强聚脲基复合材料及其制备方法，该技术利用经过化学处理的Kevlar纤维布浸入聚脲弹性体中，得到具有极高的强度和韧性的抗冲击复合材料。该发明所述复合材料为预制成型，在某些领域施工应用时需配合粘合剂及相应的措施以达到与混凝土、金属等基材的贴合。并且该技术未体现材料的撕裂性能、抗冲击性能、与基材附着力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在具备较好柔韧性的条件下，仍能够保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能的纤维增强聚脲复合材料及其制备方法和应用。
为实现前述目的，第一方面，本发明提供一种防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料，该复合材料包括纤维格栅和涂覆在纤维格栅上的聚脲，所述聚脲包括A、B两个组分，以重量计，所述A组分为由含有40～80份异氰酸酯、60～100份聚四氢呋喃醚多元醇、5～10份三官能度多元醇的原料经预聚得到的半预聚物组分；以重量计，所述B组分含有5～15份扩链剂、30～50份端氨基聚醚和5～10份助剂。
优选地，基材附着力为8-12MPa、拉伸强度为30-50MPa、撕裂强度为50-120MPa和抗冲击为40-100MPa。
优选地，纤维增强聚脲复合材料的厚度为3～5mm；优选纤维格栅和聚脲以层状形式复合。
优选地，所述纤维格栅厚度为0.5～1.0mm，孔径为1.0～3.0mm。
优选地，所述纤维格栅由粗细0.5～1.0mm的纤维丝纵横编织而成。
优选地，所述纤维格栅的纤维成分为凯夫拉纤维、玻璃纤维、碳纤维和氨纶纤维中的一种或多种。
优选地，所述纤维格栅包括：纤维材料和负载在所述纤维材料上的硅烷偶联剂，硅烷偶联剂与所述纤维材料的重量比为2-10：100；优选硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中一种或多种。
优选地，
A组分与B组分的重量比为(0.8～1.2):1，纤维格栅与聚脲的重量比为0.1-0.5：1；
A组分中：
异氰酸酯由双官能度异氰酸酯和/或多官能度异氰酸酯中的两种或两种以上组成，且至少含有双官能度异氰酸酯和多官能度异氰酸酯各一种；优选地，双官能度异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种；优选地，多官能度异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、4,4',4”-三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或多种；和/或
聚四氢呋喃醚多元醇为分子量为1000～2000的聚四氢呋喃醚多元醇中的一种或多种；和/或
三官能度多元醇为分子量为100～1000的聚环氧丙烷醚三醇和100～1000分子量的聚环氧乙烷醚三醇中的一种或多种；
B组分中，
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、3,3'-二氯-4,4'-二苯基甲烷二胺、异佛尔酮二胺中的一种或多种；
端氨基聚醚为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中的一种或多种；
助剂为消泡剂BYK-A530、消泡剂BYK-141、消泡剂BYK-1770、消泡剂EFKA2020、抗氧剂264、抗氧剂1010、抗氧剂1076中的两种或两种以上，且至少含有各一种的消泡剂和抗氧剂。
第二方面，本发明提供一种本发明所述的防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料的制备方法，该方法包括：
A组分的制备步骤包括：
将含有40～80份异氰酸酯、60～100份聚四氢呋喃醚多元醇、5～10份三官能度多元醇的原料经逐步聚合反应得到A组分；
B组分的制备步骤包括：将5～15份扩链剂、30～50份端氨基聚醚和5～10份助剂进行混合得到B组分；
将所述A组分、B组分喷涂到基材上，将所述纤维格栅置于喷涂后的基材上进行补涂直至满涂。
优选地，A组分中，异氰酸酯由双官能度异氰酸酯和/或多官能度异氰酸酯中的两种或两种以上组成，且至少含有双官能度异氰酸酯和多官能度异氰酸酯各一种；
A组分的制备步骤包括：
①将聚四氢呋喃醚多元醇、三官能度多元醇在减压脱水至含水率不超过0.1重量％；
②将脱水处理的三官能度多元醇与双官能度异氰酸酯以摩尔比1:3-3.15在三口瓶中常温反应1-2h；
③加入与双官能度异氰酸酯等摩尔的聚四氢呋喃醚多元醇，在50-80℃条件下反应1-2h；
④再次加入与步骤②等摩尔的双官能度异氰酸酯，在50-80℃条件下反应1-2h；
⑤加入所述多官能度异氰酸酯。
优选地，将所述A组分、B组分喷涂到基材上，将所述纤维格栅置于喷涂后的基材上前，
将所述纤维格栅使用稀释的硅烷偶联剂涂覆或浸渍后干燥得到改性后的纤维格栅；
优选所述硅烷偶联剂由醇溶剂稀释，优选硅烷偶联剂与醇溶剂的体积比为(20～30)：100；优选所述醇为乙醇和/或丁醇。
优选地，采用机械喷涂进行所述喷涂，A组分与B两组分的体积比为(0.8～1.2):1，喷涂后凝胶时间为2～5min。
根据本发明的第三方面，本发明提供本发明所述的防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料作为建筑涂层在建筑材料中的应用。
本发明的纤维增强聚脲复合材料总厚度可达3～5mm，所述复合材料使纤维格栅、聚脲形成化学结合，同时存在宏观互穿结构，由此使得本发明的复合材料在具备较好柔韧性的条件下，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
具体实施方式
本发明提供一种防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料，该复合材料包括纤维格栅和涂覆在纤维格栅上的聚脲，所述聚脲包括A、B两个组分，以重量计，所述A组分为由含有40～80份异氰酸酯、60～100份聚四氢呋喃醚多元醇、5～10份三官能度多元醇的原料经预聚得到的半预聚物组分；以重量计，所述B组分含有5～15份扩链剂、30～50份端氨基聚醚和5～10份助剂。
本发明的纤维增强聚脲复合材料总厚度可达3～5mm，所述复合材料使纤维格栅、聚脲形成化学结合，同时存在宏观互穿结构，由此使得本发明的复合材料在具备较好柔韧性的条件下，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的优选实施方式，纤维增强聚脲复合材料的厚度为3～5mm。上述优选参数能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的优选实施方式，基材附着力为8-12MPa、拉伸强度为30-50MPa、撕裂强度为50-120MPa和抗冲击为40-100MPa。
根据本发明的优选实施方式，纤维格栅和聚脲以层状形式复合，更优选地，纤维格栅和聚脲以层状形式进行化学键合复合。上述优选参数能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的优选实施方式，所述纤维格栅厚度为0.5～1.0mm。上述优选参数能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的优选实施方式，孔径为1.0～3.0mm。上述优选参数能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的优选实施方式，所述纤维格栅由粗细0.5～1.0mm的纤维丝纵横编织而成。
常用的纤维成分均可以用于本发明，根据本发明的优选实施方式，所述纤维格栅的纤维成分为凯夫拉纤维、玻璃纤维、碳纤维和氨纶纤维中的一种或多种。
根据本发明的优选实施方式，所述纤维格栅包括：纤维材料和负载在所述纤维材料上的硅烷偶联剂。
根据本发明的优选实施方式，硅烷偶联剂与所述纤维材料的重量比为2-10：100。上述优选能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
常用的硅烷偶联剂均可以用于本发明，本发明包括但不限于硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中一种或多种。
根据本发明的优选实施方式，A组分与B组分的重量比为(0.8～1.2):1。上述优选参数能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的优选实施方式，纤维格栅与聚脲的重量比为0.1-0.5：1。上述优选参数能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的优选实施方式，A组分中：异氰酸酯由双官能度异氰酸酯和/或多官能度异氰酸酯中的两种或两种以上组成，且至少含有双官能度异氰酸酯和多官能度异氰酸酯各一种。上述优选实施方式能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的优选实施方式，双官能度异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
根据本发明的优选实施方式，多官能度异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、4,4',4”-三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或多种。
上述优选实施方式能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的优选实施方式，聚四氢呋喃醚多元醇为分子量为1000～2000的聚四氢呋喃醚多元醇中的一种或多种。上述优选实施方式能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的优选实施方式，三官能度多元醇为分子量为100～1000的聚环氧丙烷醚三醇和100～1000分子量的聚环氧乙烷醚三醇中的一种或多种。上述优选实施方式能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的优选实施方式，B组分中，扩链剂可以为常用扩链剂，包括但不限于为二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、N,N'-二烷基甲基二胺、3,3'-二氯-4,4'-二苯基甲烷二胺、异佛尔酮二胺中的一种或多种。
根据本发明的优选实施方式，B组分中，端氨基聚醚包括但不限于为聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯、端氨基聚氧化丙烯醚中的一种或多种；上述优选实施方式能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的优选实施方式，所述聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯例如为P1000、P650。
根据本发明的优选实施方式，所述端氨基聚氧化丙烯醚例如为D2000、D400、T3000、T5000、T430。
根据本发明的优选实施方式，B组分中，助剂可以为本领域常用相应功能助剂，针对本发明，优选为消泡剂BYK-A530、消泡剂BYK-141、消泡剂BYK-1770、消泡剂EFKA2020、抗氧剂264、抗氧剂1010、抗氧剂1076中的两种或两种以上，且至少含有各一种的消泡剂和抗氧剂。上述优选实施方式能够进一步提高本发明的复合材料的柔韧性，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
具有本发明前述组成和性质的复合材料均可以实现本发明的目的，对其制备方法无特殊要求，针对本发明，优选本发明提供一种本发明所述的防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料的制备方法，该方法包括：
A组分的制备步骤包括：
将含有40～80份异氰酸酯、60～100份聚四氢呋喃醚多元醇、5～10份三官能度多元醇的原料经逐步聚合反应得到A组分；
B组分的制备步骤包括：将5～15份扩链剂、30～50份端氨基聚醚和5～10份助剂进行混合得到B组分；
将所述A组分、B组分喷涂到基材上，将所述纤维格栅置于喷涂后的基材上进行补涂直至满涂。
根据本发明的优选实施方式，将所述A组分、B组分喷涂到基材上，将所述纤维格栅置于喷涂后的基材上进行补涂，重复铺设新纤维格栅与补涂，形成多层的复合结构直至满涂的步骤包括：
将待施工的基材表面清洁擦拭干净；聚脲采用喷涂工艺，(涂料体积比A:B＝1:1)，以0.5-0.7mm厚度涂装在已清洁的基材上，将预处理后的纤维格栅平整贴敷在聚脲涂层上，纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm(对纤维边缘进行封闭处理，避免纤维边缘露出，影响复合材料性能)；进行第二道聚脲喷涂，至纤维格栅达到满涂；将第二层纤维格栅顺时针旋转45°，平整贴敷在第二道聚脲涂层上，同样保持纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；进行第三道聚脲喷涂，至纤维格栅达到满涂；重复上述步骤，喷涂三道至五道，使纤维增强聚脲复合材料总厚度达到3-5mm。
根据本发明的优选实施方式，A组分中，异氰酸酯由双官能度异氰酸酯和/或多官能度异氰酸酯中的两种或两种以上组成，且至少含有双官能度异氰酸酯和多官能度异氰酸酯各一种；
优选A组分的制备步骤包括：
①将聚四氢呋喃醚多元醇、三官能度多元醇在减压脱水至含水率不超过0.1重量％；
②将脱水处理的三官能度多元醇与双官能度异氰酸酯以摩尔比1:3-3.15在三口瓶中常温反应1-2h；
③加入与双官能度异氰酸酯等摩尔的聚四氢呋喃醚多元醇，在50-80℃条件下反应1-2h；
④再次加入等摩尔的双官能度异氰酸酯，在50-80℃条件下反应1-2h；
⑤加入所述多官能度异氰酸酯。
根据本发明的优选实施方式，将所述A组分、B组分喷涂到基材上，将所述纤维格栅置于喷涂后的基材上前，将所述纤维格栅使用稀释的硅烷偶联剂涂覆或浸渍后干燥得到改性后的纤维格栅。
根据本发明的优选实施方式，纤维格栅采用稀释的硅烷偶联剂涂刷或浸渍进行预处理后，在自然环境下风干至少12h以上。
根据本发明的优选实施方式，所述硅烷偶联剂由醇溶剂稀释。
根据本发明的优选实施方式，硅烷偶联剂与醇溶剂的体积比为(20～30)：100。
根据本发明的优选实施方式，所述醇为乙醇和/或丁醇。
根据本发明的优选实施方式，采用机械喷涂进行所述喷涂，A组分与B两组分的体积比为(0.8～1.2):1。
根据本发明的优选实施方式，喷涂后凝胶时间为2～5min。
根据本发明的第三方面，本发明提供本发明所述的防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料作为建筑涂层在建筑材料中的应用。
本发明的纤维增强聚脲复合材料总厚度可达3～5mm，所述复合材料使纤维格栅、聚脲形成化学结合，同时存在宏观互穿结构，由此使得本发明的复合材料在具备较好柔韧性的条件下，保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
根据本发明的一种优选实施方式，防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料由纤维格栅与聚脲以层状形式复合而成。纤维格栅厚度0.5～1.0mm，孔径1.0～3.0mm，采用稀释的硅烷偶联剂涂刷或浸渍预处理后自然环境下风干至少12h以上。聚脲包括A、B两个组分，所述A组分由40～80份异氰酸酯、60～100份聚四氢呋喃醚多元醇、5～10份三官能度多元醇经逐步聚合反应得到的半预聚物组份；所述B组分由5～15份扩链剂、30～50份端氨基聚醚、5～10份助剂组成。纤维增强聚脲复合材料总厚度可达3～5mm。
根据本发明的优选实施方式，纤维格栅由粗细0.5～1.0mm的纤维丝纵横编织而成，格栅孔径控制在1.0～3.0mm，厚度0.5～1.0mm。优选成分为凯夫拉纤维、玻璃纤维、碳纤维、氨纶纤维中的一种。
根据本发明的优选实施方式，硅烷偶联剂由γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中一种或一种以上组成。由乙醇、丁醇或其混合物进行稀释，硅烷偶联剂与乙醇、丁醇或其混合物的体积比为(20～30):100。
聚脲包括A、B两个组分，采用机械喷涂工艺施工，A、B两组分体积比为(0.8～1.2):1，喷涂后凝胶时间为2～5min。聚脲A组分由40～80份异氰酸酯、60～100份聚四氢呋喃醚多元醇、5～10份三官能度多元醇反应得到的半预聚物组份。B组分由5～15份扩链剂、30～50份端氨基聚醚、5～10份助剂组成。
根据本发明的优选实施方式，异氰酸酯由双官能度及多官能度异氰酸酯中的两种或两种以上组成，且至少含有各一种的双官能度及多官能度异氰酸酯。
根据本发明的优选实施方式，双官能度异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
根据本发明的优选实施方式，多官能度异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、4,4',4”-三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或多种。
根据本发明的优选实施方式，聚四氢呋喃醚多元醇为分子量1000～2000的聚四氢呋喃醚多元醇中的一种或两种。
根据本发明的优选实施方式，三官能度多元醇为分子量100～1000的聚环氧丙烷醚三醇、100～1000分子量的聚环氧乙烷醚三醇中的一种或多种。
根据本发明的优选实施方式，A组分采用如下工艺合成：
①聚四氢呋喃醚多元醇、三官能度多元醇在120℃下减压脱水至含水率不超过0.1％；
②将脱水处理的三官能度多元醇与双官能度异氰酸酯以摩尔比1:3-3.15在三口瓶中常温反应1-2h；
③加入与双官能度异氰酸酯等摩尔的聚四氢呋喃醚多元醇，在50-80℃条件下反应1-2h；
④再次加入等摩尔的双官能度异氰酸酯，在50-80℃条件下反应1-2h；
⑤加入一定量的多官能度异氰酸酯。
根据本发明的优选实施方式，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、3,3'-二氯-4,4'-二苯基甲烷二胺、异佛尔酮二胺中的一种或两种。
根据本发明的优选实施方式，端氨基聚醚为聚四亚甲基醚二醇双对氨基苯甲酸酯(P1000、P650)、端氨基聚氧化丙烯醚(D2000、D400、T3000、T5000、T430)中的一种或两种。
根据本发明的优选实施方式，助剂为消泡剂BYK-A530、消泡剂BYK-141、消泡剂BYK-1770、消泡剂EFKA2020、抗氧剂264、抗氧剂1010、抗氧剂1076中的一种或两种。
根据本发明的优选实施方式，将所述A组分、B组分喷涂到基材上，将所述纤维格栅置于喷涂后的基材上进行补涂直至满涂的步骤包括：将待施工的基材表面清洁擦拭干净；聚脲采用喷涂工艺，(例如涂料体积比A:B＝1:1)，以0.5mm厚度示例涂装在已清洁的基材上，立即将预处理后的纤维格栅平整贴敷在聚脲涂层上，优选纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；进行第二道聚脲喷涂，至纤维格栅达到满涂；将第二层纤维格栅顺时针旋转45°，平整贴敷在第二道聚脲涂层上，同样保持纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；进行第三道聚脲喷涂，至纤维格栅达到满涂；将第三层纤维格栅再顺时针旋转45°，平整贴敷在第三道聚脲涂层上，同样保持纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；最后进行第四道喷涂，使纤维增强聚脲复合材料总厚度达到3mm。
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。以下各组份的份数为重量份。
实施例1
γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷：乙醇＝20:100(体积比)的溶液涂刷于厚度0.5mm、孔径2mm的凯夫拉纤维格栅上。处理后自然环境下风干12h。
聚脲A组分预聚物合成步骤：
①分别将PTMG1000(聚四氢呋喃醚多元醇，分子量1000)、GP303(聚醚三醇，分子量300)在120℃下减压脱水2h；
以下份为重量份。
②将6份的脱水GP303与10.5份的TDI-80/20(甲苯二异氰酸酯)在三口瓶中常温反应1h；
③加入60份的脱水PTMG1000，在60℃条件下反应1h；
④再次加入10.5份的TDI-80/20，在60℃条件下反应1h；
⑤加入29份的PM200(多苯基多亚甲基多异氰酸酯)。
聚脲B组分制备：
6份的E-300(二甲硫基甲苯二胺)，10份的端氨基聚醚P650，30份的端氨基聚醚T-3000，1份的消泡剂BYK-A530，4份的抗氧剂1010，在高速搅拌机中1000r/min分散20min至混合均匀。
施工步骤：
将待施工的基材表面清洁擦拭干净；聚脲采用喷涂工艺，(涂料体积比A:B＝1:1)，以0.5mm厚度涂装在已清洁的基材上，立即将预处理后的纤维格栅平整贴敷在聚脲涂层上，纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；进行第二道聚脲喷涂，至纤维格栅达到满涂；将第二层纤维格栅顺时针旋转45°，平整贴敷在第二道聚脲涂层上，同样保持纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；进行第三道聚脲喷涂，至纤维格栅达到满涂；将第三层纤维格栅再顺时针旋转45°，平整贴敷在第三道聚脲涂层上，同样保持纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；最后进行第四道喷涂，使纤维增强聚脲复合材料总厚度达到3mm。
复合材料性能指标如下表1。
表1
拉伸强度 32MPa
伸长率 170％
附着力(基材：混凝土) 9.0MPa(混凝土破坏)
凝胶时间 2min
撕裂强度 75MPa
冲击强度 >49MPa
实施例2
γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷：丁醇＝30:100(体积比)的溶液涂刷于厚度1mm、孔径1mm的碳纤维格栅上。处理后自然环境下风干12h。
聚脲A组分预聚物合成步骤：
①分别将PTMG2000(聚四氢呋喃醚多元醇，分子量2000)、GP306(聚醚三醇，分子量600)在120℃下减压脱水2h；
②将9.6份的脱水GP306与12份的MDI100(二苯基甲烷二异氰酸酯)在三口瓶中常温反应1h；
③加入96份的脱水PTMG2000，在70℃条件下反应1h；
④再次加入12份的MDI100，在70℃条件下反应1h；
⑤加入46份的PM200。
聚脲B组分制备：
6份的E-300，16份的端氨基聚醚P1000，24份的D2000，1份的消泡剂EFKA2020，5份的抗氧剂264。在高速搅拌机中1000r/min分散20min至混合均匀。
施工步骤：
将待施工的基材表面清洁擦拭干净；聚脲采用喷涂工艺，以0.5mm厚度涂装在已清洁的基材上，立即将预处理后的纤维格栅平整贴敷在聚脲涂层上，纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；进行第二道聚脲喷涂，至纤维格栅达到满涂；将第二层纤维格栅顺时针旋转45°，平整贴敷在第二道聚脲涂层上，同样保持纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；进行第三道聚脲喷涂，至纤维格栅达到满涂；将第三层纤维格栅再顺时针旋转45°，平整贴敷在第三道聚脲涂层上，同样保持纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；进行第四道聚脲喷涂，至纤维格栅达到满涂；将第四层纤维格栅再顺时针旋转45°，平整贴敷在第四道聚脲涂层上，同样保持纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；最后进行第五道喷涂，使纤维增强聚脲复合材料总厚度达到5mm。
复合材料性能指标如下表2:(涂料体积比A:B＝1:1)
表2
拉伸强度 36MPa
伸长率 160％
附着力(基材：混凝土) 9.5MPa(混凝土破坏)
凝胶时间 3.5min
撕裂强度 79MPa
冲击强度 >49MPa
本发明抗冲击纤维增强聚脲复合材料在保证强度高、韧性好的同时兼具更好的附着力、对设备生产、施工设备要求低，施工快速方便。
实施例3
γ-氨丙基三乙氧基硅烷：乙醇＝20:100(体积比)的溶液涂刷于厚度0.5mm、孔径3mm的凯夫拉纤维格栅上。处理后自然环境下风干12h。
聚脲A组分预聚物合成步骤：
①分别将PTMG1000、GP303在120℃下减压脱水2h；
②将6份的脱水GP303与10.5份的TDI-80/20在三口瓶中常温反应1h；
③加入60份的脱水PTMG1000，在50℃条件下反应2h；
④再次加入10.5份的TDI-80/20，在80℃条件下反应1h；
⑤加入29份的PM200。
聚脲B组分制备：
6份的E-300，10份的P650，30份的T-3000，1份的消泡剂BYK-A530，4份的抗氧剂1010，在高速搅拌机中1000r/min分散20min至混合均匀。
施工步骤：
将待施工的基材表面清洁擦拭干净；聚脲采用喷涂工艺，(涂料体积比A:B＝1:1)，以0.7mm厚度涂装在已清洁的基材上，立即将预处理后的纤维格栅平整贴敷在聚脲涂层上，纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；进行第二道聚脲喷涂，至纤维格栅达到满涂；将第二层纤维格栅顺时针旋转45°，平整贴敷在第二道聚脲涂层上，同样保持纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；进行第三道聚脲喷涂，至纤维格栅达到满涂；将第三层纤维格栅再顺时针旋转45°，平整贴敷在第三道聚脲涂层上，同样保持纤维边缘较聚脲涂层边缘缩小5～10mm；最后进行第四道喷涂，使纤维增强聚脲复合材料总厚度达到4mm。
复合材料性能指标如下表3:
表3
拉伸强度 35MPa
伸长率 160％
附着力(基材：混凝土) 9.2MPa(混凝土破坏)
凝胶时间 3min
撕裂强度 72MPa
冲击强度 >49MPa
实施例4
按照实施例3的方法制备，不同的是，纤维格栅使用稀释的硅烷偶联剂涂覆，其中，采用丙二醇稀释，用量与乙醇用量一致，其余条件相同。
复合材料性能指标如下表4:
表4
拉伸强度 33MPa
伸长率 155％
附着力(基材：混凝土) 9.0MPa(混凝土破坏)
凝胶时间 3min
撕裂强度 70MPa
冲击强度 >47MPa
实施例5
按照实施例1的方法制备，不同的是，
聚脲A组分预聚物合成步骤：
①分别将PTMG1000(聚四氢呋喃醚多元醇，分子量1000)、GP303(聚醚三醇，分子量300)在120℃下减压脱水2h；
以下份为重量份。
②将6份的脱水GP303与10.5份的PM200(多苯基多亚甲基多异氰酸酯)在三口瓶中常温反应1h；
③加入60份的脱水PTMG1000，在60℃条件下反应1h；
④再次加入10.5份的TDI-80/20，在60℃条件下反应1h；
⑤加入29份的PM200(多苯基多亚甲基多异氰酸酯)。
复合材料性能指标如下表5。
表5
拉伸强度 27MPa
伸长率 166％
附着力(基材：混凝土) 8.0MPa(混凝土破坏)
凝胶时间 2min
撕裂强度 73MPa
冲击强度 >46MPa
实施例6
按照实施例1的方法制备，不同的是，
聚脲A组分预聚物合成步骤：
①分别将PTMG1000(聚四氢呋喃醚多元醇，分子量1000)、GP303(聚醚三醇，分子量300)在120℃下减压脱水2h；
以下份为重量份。
②将6份的脱水GP303与10.5份的TDI-80/20(甲苯二异氰酸酯)在三口瓶中常温反应1h；
③加入60份的脱水PTMG1000，在60℃条件下反应1h；
④再次加入10.5份的TDI-80/20，在60℃条件下反应1h；
⑤加入29份的TDI-80/20(甲苯二异氰酸酯)。
复合材料性能指标如下表6。
表6
拉伸强度 28MPa
伸长率 165％
附着力(基材：混凝土) 9.0MPa(混凝土破坏)
凝胶时间 2min
撕裂强度 71MPa
冲击强度 >45MPa
对比例1
按照实施例1的方法制备，不同的是，
聚脲A组分预聚物合成步骤：
①分别将PTMG1000(聚四氢呋喃醚多元醇，分子量1000)、GP303(聚醚三醇，分子量300)在120℃下减压脱水2h；
以下份为重量份。
②将31份的脱水GP303加入85份的脱水PTMG1000，在60℃条件下反应1h。
复合材料性能指标如下表7。
表7
Figure BDA0002507492740000191
对比例2
按照实施例1的方法制备，不同的是，
聚脲A组分预聚物合成步骤：
①将GP303(聚醚三醇，分子量300)在120℃下减压脱水2h；
以下份为重量份。
②将36份的脱水GP303与20.5份的TDI-80/20(甲苯二异氰酸酯)在三口瓶中常温反应1h；
③再次加入20.5份的TDI-80/20，在60℃条件下反应1h；
④加入39份的PM200(多苯基多亚甲基多异氰酸酯)。
复合材料性能指标如下表8。
表8
拉伸强度 28MPa
伸长率 170％
附着力(基材：混凝土) 7.5MPa(混凝土破坏)
凝胶时间 2min
撕裂强度 45MPa
冲击强度 >36MPa
对比例3
按照实施例1的步骤，不同的是，聚脲A组分预聚物合成步骤：
将PTMG1000(聚四氢呋喃醚多元醇，分子量1000)在120℃下减压脱水2h；
以下份为重量份。
将13.5份的TDI-80/20(甲苯二异氰酸酯)加入63份的脱水PTMG1000在三口瓶中60℃反应1h；
再次加入10.5份的TDI-80/20，在60℃条件下反应1h；
加入29份的PM200(多苯基多亚甲基多异氰酸酯)。
复合材料性能指标如下表9。
表9
拉伸强度 25.5MPa
伸长率 170％
附着力(基材：混凝土) 7MPa(混凝土破坏)
凝胶时间 2min
撕裂强度 44MPa
冲击强度 >34MPa
本发明所述的复合材料树脂与增强材料间形成宏观互穿结构，在具备较好柔韧性的条件下，仍能够保持较高的基材附着力、拉伸强度、撕裂强度和抗冲击性能。
尽管已经通过实施例非常详细地描述了在文中所述的和权利要求所保护的发明，但是本领域技术人员应理解，文中所述和权利要求所保护的本发明可通过除用于说明目的的那些实施例之外的其他实施例实现。所附权利要求的精神和范围不应局限于文中所包含的实施例的描述。
综上，以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料，该复合材料包括纤维格栅和涂覆在纤维格栅上的聚脲，所述聚脲包括A、B两个组分，以重量计，所述A组分为由含有40-80份异氰酸酯、60-100份聚四氢呋喃醚多元醇、5-10份三官能度多元醇的原料经预聚得到的半预聚物；以重量计，所述B组分含有5-15份扩链剂、30-50份端氨基聚醚和5-10份助剂。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，基材附着力为8-12MPa、拉伸强度为30-50MPa、撕裂强度为50-120MPa和抗冲击为40-100MPa。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其中，纤维增强聚脲复合材料的厚度为3-5mm；和/或纤维格栅和聚脲以层状形式复合。
4.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，所述纤维格栅厚度为0.5-1.0mm，孔径为1.0-3.0mm。
5.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，所述纤维格栅由粗细0.5-1.0mm的纤维丝纵横编织而成。
6.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，所述纤维格栅的纤维成分为凯夫拉纤维、玻璃纤维、碳纤维和氨纶纤维中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，所述纤维格栅包括：纤维材料和负载在所述纤维材料上的硅烷偶联剂，硅烷偶联剂与所述纤维材料的重量比为2-10：100。
8.根据权利要求7所述的复合材料，其中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中一种或多种。
9.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，
A组分与B组分的重量比为(0.8-1.2):1，纤维格栅与聚脲的重量比为0.1-0.5：1。
10.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，A组分中，
异氰酸酯由双官能度异氰酸酯和/或多官能度异氰酸酯中的两种或两种以上组成，且至少含有双官能度异氰酸酯和多官能度异氰酸酯各一种；优选地，双官能度异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种；优选地，多官能度异氰酸酯为多苯基多亚甲基多异氰酸酯、4,4',4”-三苯基甲烷三异氰酸酯中的一种或多种。
11.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，A组分中，聚四氢呋喃醚多元醇为分子量为1000-2000的聚四氢呋喃醚多元醇中的一种或多种。
12.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，A组分中，三官能度多元醇为分子量为100-1000的聚环氧丙烷醚三醇和100-1000分子量的聚环氧乙烷醚三醇中的一种或多种。
13.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，B组分中，
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、3,3'-二氯-4,4'-二苯基甲烷二胺、异佛尔酮二胺中的一种或多种。
14.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，B组分中，
端氨基聚醚为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中的一种或多种。
15.根据权利要求1或2所述的复合材料，其中，B组分中，
助剂为消泡剂BYK-A530、消泡剂BYK-141、消泡剂BYK-1770、消泡剂EFKA2020、抗氧剂264、抗氧剂1010、抗氧剂1076中的两种或两种以上，且至少含有各一种的消泡剂和抗氧剂。
16.一种权利要求1-15中任意一项所述的防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料的制备方法，该方法包括：
A组分的制备步骤包括：
将含有40-80份异氰酸酯、60-100份聚四氢呋喃醚多元醇、5-10份三官能度多元醇的原料经逐步聚合反应得到A组分；
B组分的制备步骤包括：将5-15份扩链剂、30-50份端氨基聚醚和5-10份助剂进行混合得到B组分；
将所述A组分、B组分喷涂到基材上，将所述纤维格栅置于喷涂后的基材上进行补涂直至满涂。
17.根据权利要求16所述的制备方法，其中，
A组分中，异氰酸酯由双官能度异氰酸酯和/或多官能度异氰酸酯中的两种或两种以上组成，且至少含有双官能度异氰酸酯和多官能度异氰酸酯各一种；
A组分的制备步骤包括：
①将聚四氢呋喃醚多元醇、三官能度多元醇减压脱水至含水率不超过0.1重量％；
②将脱水处理的三官能度多元醇与双官能度异氰酸酯以摩尔比1:3-3.15在三口瓶中常温反应1-2h；
③加入与双官能度异氰酸酯等摩尔的聚四氢呋喃醚多元醇，在50-80℃条件下反应1-2h；
④再次加入与步骤②等摩尔的双官能度异氰酸酯，在50-80℃条件下反应1-2h；
⑤加入所述多官能度异氰酸酯。
18.根据权利要求16或17所述的制备方法，其中，将所述A组分、B组分喷涂到基材上，将所述纤维格栅置于喷涂后的基材上前，
将所述纤维格栅使用稀释的硅烷偶联剂涂覆或浸渍后干燥得到改性后的纤维格栅；
优选所述硅烷偶联剂由醇溶剂稀释，优选硅烷偶联剂与醇溶剂的体积比为(20-30)：100；优选所述醇为乙醇和/或丁醇。
19.根据权利要求16或17所述的制备方法，其中，采用机械喷涂进行所述喷涂，A组分与B组分的体积比为(0.8-1.2):1，喷涂后凝胶时间为2-5min。
20.权利要求1-15中任意一项所述的防爆抗冲击纤维增强聚脲复合材料作为建筑涂层在建筑材料中的应用。
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