CN216144255U - 爆炸破片防护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种爆炸破片防护结构，包括：碳化硼陶瓷板、增强层、高分子弹性层和弹性填充物；碳化硼陶瓷板、增强层及高分子弹性层依次堆叠设置；增强层包括：网状纤维复合层、增强填充物及两片波纹板，两片波纹板相对贴合设置于网状纤维复合层的两面，增强填充物填充在波纹板与网状纤维复合层之间的间隙中，弹性填充物对应填充在其中一片波纹板与碳化硼陶瓷板之间的间隙中及另一片波纹板与高分子弹性层之间的间隙中。本实用新型提供的爆炸破片防护结构和爆炸破片防护结构，解决了现有技术中的防爆结构对爆炸产生的破片防护不足的问题，提高了工业生产的安全性，降低了人员伤亡和财产损失。

Description

爆炸破片防护结构

技术领域

本实用新型涉及防爆技术领域，具体地涉及一种爆炸破片防护结构。

背景技术

爆炸事故是石化领域的常见灾害之一，对于爆炸伤害的预测与防护是当今石化安全领域研究的重要内容。

由于工业爆炸的复杂性，爆炸时的破坏形式可分为热辐射、冲击波与破片三类。其中破片的伤害范围最远，打击动能最大，能够对周边人员与设施设备造成严重损伤。近年来在石化领域爆炸事故频发，尤其是爆炸时生成的大量高速破片造成大量人员伤亡，石化领域又是一项重要的支柱行业，不能因为生产过程中危险程度高就取消或缩减，因此，石化领域的生产安全关系重大，工业爆炸事故中伤害是多元的，但目前应用在石化领域的防爆护技术或装置多针对于冲击波伤害，对于破片伤害的防护考虑不足，因此，亟需一种针对工业爆炸中生成的破片的伤害的防护结构。

实用新型内容

本实用新型实施方式的目的是针对现有技术中的防爆结构对爆炸产生的破片防护不足的问题，提出一种爆炸破片防护结构，以降低爆炸产生的破片对人员和设施的伤害。

为了实现上述目的，在本实用新型提供一种爆炸破片防护结构，所述爆炸破片防护结构包括：碳化硼陶瓷板、增强层、高分子弹性层和弹性填充物；所述碳化硼陶瓷板、所述增强层以及所述高分子弹性层依次堆叠设置，所述弹性填充物对应填充在所述碳化硼陶瓷板与所述增强层之间的间隙中以及所述增强层与所述高分子弹性层之间的间隙中；所述增强层包括：网状纤维复合层、增强填充物以及两片波纹板，两片所述波纹板相对贴合设置于所述网状纤维复合层的两面，所述增强填充物填充在所述波纹板与所述网状纤维复合层之间的间隙中，所述弹性填充物对应填充在其中一片波纹板与所述碳化硼陶瓷板之间的间隙中以及另一片波纹板与所述高分子弹性层之间的间隙中。

具体地，所述碳化硼陶瓷板由以下重量份数的原料制成：碳化硼纤维35～60份，氧化钕2～3份，黑碳化硅20～35份，多层石墨烯6～12份。

具体地，所述黑碳化硅中SiC的质量百分比为93％～96％。

具体地，所述多层石墨烯中苯环结构的厚度介于5～10nm之间，苯环层数介于10～20层之间。

具体地，所述弹性填充物由以下重量份数的原料制成：甲基乙烯基生胶80～110份，多乙烯基硅油2～5份，二氧化硅35～50份，环硅氮烷5～10份，硫化胶0.5～2.5份。

具体地，所述波纹板的截面为连续的等腰梯形波纹，等腰梯形的腰线与波谷的夹角α介于30°～60°之间，等腰梯形的腰线与波峰的夹角β介于120°～150°之间。

具体地，所述增强填充物中各成分的质量百分比为：硅酸盐水泥25％～32％，石英砂30％～35％，玻璃纤维3.6％～12.5％，玄武岩纤维0.1％～0.3％，碳纤维0.05％～0.15％，硅微粉8.5％～15.0％，水6％～20％。

具体地，所述网状纤维复合层由多层复合层粘接形成，每一所述复合层中相邻两根纤维的纤维直径与两根纤维间的间距之比为1:3～8。

具体地，所述高分子弹性层由组份A和组份B的反应产物制成；所述组份A由以下重量份数的原料制成：甲苯二异氰酸酯30～50份，单季戊四醇70～95份，聚醚酯8～15；所述组份B由以下重量份数的原料制成：二乙氨基乙醇8～18份，柔性胺20～60份，阻燃剂5～10，抗氧化剂6～12份。

本实用新型提供一种爆炸破片防护结构，碳化硼陶瓷板和高分子弹性层分别设置在增强层的两侧面，通过碳化硼陶瓷板以强化爆炸破片结构的刚性强度，通过高分子弹性层以及增强层强化爆炸破片结构的韧性，在碳化硼陶瓷板与波纹板之间的间隙中和高分子弹性层与波纹板的间隙中填充弹性填充物，从而增强爆炸破片防护结构的整体强度和韧性，在增强层的网状纤维复合层的两面贴合设置波纹板，并在波纹板和网状纤维复合层之间填充增强填充物以提高爆炸破片防护结构的爆炸抗冲击能力。

本实用新型提供的爆炸破片防护结构，通过刚柔并济的结构设置方式使得爆炸破片防护结构解决了现有技术中的防爆结构对爆炸产生的破片防护不足的问题，提高了工业生产的安全性，降低了人员伤亡和财产损失。

本实用新型实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施方式，但并不构成对本实用新型实施方式的限制。在附图中：

图1是本实用新型一种实施方式提供的爆炸破片防护结构的剖面图；

图2是图1中爆炸破片防护结构的爆炸示意图；

图3是图1中爆炸破片防护结构的波纹板的局部放大示意图。

附图标记说明

1 碳化硼陶瓷板 2 增强层

3 高分子弹性层 4 弹性填充物

21 网状纤维复合层 22 增强填充物

23 波纹板

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

图1是本实用新型一种实施方式提供的爆炸破片防护结构的剖面图；图2是爆炸破片防护结构的爆炸示意图。

如图1～图2所示，本实用新型提供一种爆炸破片防护结构，所述爆炸破片防护结构包括：碳化硼陶瓷板1、增强层2、高分子弹性层3和弹性填充物4；所述碳化硼陶瓷板1、所述增强层2以及所述高分子弹性层3依次堆叠设置，所述弹性填充物4对应填充在所述碳化硼陶瓷板1与所述增强层2之间的间隙中以及所述增强层2与所述高分子弹性层3之间的间隙中；所述增强层2包括：网状纤维复合层21、增强填充物22以及两片波纹板23，两片所述波纹板23相对贴合设置于所述网状纤维复合层21的两面，所述增强填充物22填充在所述波纹板23与所述网状纤维复合层21之间的间隙中，所述弹性填充物4对应填充在其中一片波纹板23与所述碳化硼陶瓷板1之间的间隙中以及另一片波纹板23与所述高分子弹性层3之间的间隙中。

本实用新型提供的爆炸破片防护结构，用于阻隔工业爆炸中产生的破片，降低破片对周边人员和设施的伤害，该爆炸破片防护结构包括依次堆叠的碳化硼陶瓷板1、增强层2、高分子弹性层3和弹性填充物4，其中，碳化硼陶瓷板1和高分子弹性层3分别设置在增强层2的两侧面，在增强层2和碳化陶瓷板1之间填充有弹性填充物4以及在增强层2和高分子弹性层3之间填充有弹性填充物4，增强层2的中间部为网状纤维复合层21，在网状纤维复合层21的两侧设置波纹板23，在每一波纹板23和网状纤维复合层21之间均填充增强填充物22，填充在碳化硼陶瓷板1和增强层2以及高分子弹性层3和增强层2之间的弹性填充物4填充在增强层2两侧的波纹板23与对应的碳化硼陶瓷板1或高分子弹性层3之间，这样，形成的爆炸破片防护结构刚柔并济，使用时即使破片穿透该爆炸破片防护结构外层的碳化硼陶瓷板1，但是穿透碳化硼陶瓷板1时已经消耗了破片的部分动能，这样即使破片进入爆炸破片防护结构的内部，因弹性填充物4、增强填充物22、网状纤维复合层21和高分子弹性层3的存在，减缓了破片在爆炸破片防护结构内部的运行速度，最终能够将破片吸收到爆炸破片防护结构的内部，避免破片给人员和设施带来伤害，从而解决现有技术中防爆结构对爆炸产生的破片防护不足的问题，进而提高工业生产的安全性，降低因爆炸发生导致的人员伤亡和财产损失。

在使用爆炸破片防护结构进行防护时，将爆炸破片防护结构中碳化硼陶瓷板1朝向可能发生爆炸的方向设置，这样发生爆炸时产生的破片首先被碳化硼陶瓷板1阻挡，为了使碳化硼陶瓷板1具有更好的强度以阻挡爆炸产生的破片，具体地，所述碳化硼陶瓷板1由以下重量份数的原料制成：碳化硼纤维35～60份，氧化钕2～3份，黑碳化硅20～35份，多层石墨烯6～12份。

在制作碳化硼陶瓷板1的过程中将碳化硼纤维35～60份、氧化钕2～3份、黑碳化硅20～35份和多层石墨烯6～12份混合后放入研磨机中研磨45～60min，在将研磨后的混合物压制成粗胚，将压制成的粗胚通过热压烧结制成碳化硼陶瓷板1，为了使碳化硼陶瓷板1在使用过程中具有足够的强度，碳化硼陶瓷板1的厚度介于2～5mm之间，为了强化碳化硼陶瓷板1的硬度，具体地，所述黑碳化硅中SiC的质量百分比为93％～96％，为了提高碳化硼陶瓷板1的抗弯强度和断裂韧性，具体地，所述多层石墨烯中苯环结构的厚度介于5～10nm之间，苯环层数介于10～20层之间。

在使用爆炸破片防护结构进行防护时，破片可能会穿透碳化硼陶瓷板1进入到爆炸破片防护结构的内部，为了减小破片在爆炸破片防护结构内部运行时的动能，具体地，所述弹性填充物4由以下重量份数的原料制成：甲基乙烯基生胶80～110份，多乙烯基硅油2～5份，二氧化硅35～50份，环硅氮烷5～10份，硫化胶0.5～2.5份，将甲基乙烯基生胶80～110份、多乙烯基硅油2～5份、二氧化硅35～50份、环硅氮烷5～10份和硫化胶0.5～2.5份混合后放置在温度180～220℃的环境中进行时长1.5～2.5h的混合，最终将混合物制成多个直径为1～5mm的颗粒球状物，即弹性填充物4由多个颗粒球组成，将弹性填充物4填充到增强层2和碳化陶瓷板1之间以及增强层2和高分子弹性层3之间，通过填充的弹性填充物4以减缓或吸收破片在爆炸破片防护结构内部的运行速度。

在一个实施例中，为了提高爆炸破片防护结构的承受能力，如图3所示，具体地，所述波纹板23的截面为连续的等腰梯形波纹，等腰梯形的腰线与波谷的夹角α介于30°～60°之间，等腰梯形的腰线与波峰的夹角β介于120°～150°之间。波纹板23的厚度介于0.2～2mm之间，波纹板23的截面形状为连续的等腰梯形，如图3所示，任意一个等腰梯形的波峰长度L1，波谷长度L3，腰线长度L2，其中，L1＝L3，L1：L2＝1～3:1，在爆炸破片防护结构中使用等腰梯形波纹板，提高了爆炸破片防护结构的强度进而强化了爆炸破片防护结构的抗爆炸冲击性能，且等腰梯形波纹板成本较低，减少爆炸破片防护结构的生产成本。

增强填充物22填充在两块波纹板23和网状纤维复合层21之间以强化增强层2的强度和韧性，具体地，所述增强填充物22中各成分的质量百分比为：硅酸盐水泥25％～32％，石英砂30％～35％，玻璃纤维3.6％～12.5％，玄武岩纤维0.1％～0.3％，碳纤维0.05％～0.15％，硅微粉8.5％～15.0％，水6％～20％。为了更好的强化增强层2的强度和韧性，优选地，选取SiO₂含量92％～98％、Fe₂O₃含量0.01％～0.04％的石英砂作为原料有利于强化增强层2的强度和韧性。

在一个实施例中，为了方便制作爆炸破片防护结构，具体地，所述网状纤维复合层21由多层复合层粘接形成，每一复合层中相邻两根纤维的纤维直径与两根纤维间的间距之比为1:3～8。为了增强网状纤维复合层21的韧性，增强网状纤维复合层21由1～5层复合层粘接制成，每一复合层都由交错设置的纤维编织而成，在向波纹板23和网状纤维复合层21之间填充增强填充物22之后，增强填充物22不仅充斥在每一块波纹板23和网状纤维复合层21之间，同时填满了复合层中相邻两根纤维之间的间隙，这样在增强填充物22固化后增强了网状纤维复合层21与增强填充物22的结合力，提升了爆炸破片防护结构的抗爆炸冲击能力。

破片在穿透碳化硼陶瓷板1进入爆炸破片防护结构内部后，高分子弹性层3作为最后一层保护层要将破片拦截在爆炸破片防护结构内部，为了使高分子弹性层3能够更好的吸收、拦截破片，具体地，所述高分子弹性层3由组份A和组份B的反应产物制成；所述组份A由以下重量份数的原料制成：甲苯二异氰酸酯30～50份，单季戊四醇70～95份，聚醚酯8～15；所述组份B由以下重量份数的原料制成：二乙氨基乙醇8～18份，柔性胺20～60份，阻燃剂5～10，抗氧化剂6～12份。组份A经甲苯二异氰酸酯30～50份、单季戊四醇70～95份及聚醚酯8～15聚合反应制得半预聚物；制备组份B的过程中，在氮气保护下将组份B中的二乙氨基乙醇8～18份、柔性胺20～60份、阻燃剂5～10和抗氧化剂6～12份加入反应釜中，通过反应釜中的搅拌装置搅拌反应釜中各组份，将反应釜中的反应温度控制在30～50℃，将搅拌装置的搅拌速度设置为50～80转/min，组份B中各组份在反应釜中的反应时间控制在40～70min，通过反应釜制备组份B，之后将半预聚物与制备的组份B在高压空气作用下混合、雾化以制成高分子弹性层3。

一种爆炸破片防护结构的制备方法，用于制备上述的爆炸破片防护结构，所述制备方法包括以下步骤：

S1)制备增强填充物22，并将所述增强填充物22填充在波纹板23一侧的凹槽内；波纹板23的波纹形状为等腰梯形，将硅酸盐水泥25％～32％、石英砂30％～35％、硅微粉8.5％～15.0％、玻璃纤维3.6％～12.5％和水6％～20％混合充分搅拌5～15min后，再加入玄武岩纤维0.1％～0.3％继续搅拌3～8min，最后加入碳纤维0.05％～0.15％搅拌8～15min形成增强填充物22，将制成的增强填充物22填充到一片波纹板23一侧的凹槽内，之后执行步骤S2)。

S2)在填充有所述增强填充物22的波纹板23一侧平铺网状纤维复合层21，并在所述网状纤维复合层21上浇筑所述增强填充物22以形成复合件，在第一温度下静置所述复合件第一时长以形成待加工复合件；第一温度介于20～30℃，第一时长介于2～5h；网状纤维复合层21由多层复合层粘接形成，每一复合层由多根纤维交错编织制成，向波纹板23上填充有增强填充物22的一侧面上铺设网状纤维复合层21，之后再在铺设有复合层的波纹板23上浇筑增强填充物22，使得浇筑的增强填充物22能够充满波纹板23与网状纤维复合层21之间的间隙中，并且通过浇筑的增强填充物22填满网状纤维复合层21中相邻两根纤维之间的间隙，再在网状纤维复合层21上浇筑增强填充物22形成复合件，将复合件在20～30℃的环境温度下静置2～5h形成待加工复合件，此时待加工复合件上浇筑的增强填充物22未凝固，之后执行步骤S3)。

S3)在所述待加工复合件上浇筑有所述增强填充物22的一面上涂覆粘接剂，将另一片波纹板23粘合在所述加工复合件上涂覆有粘接剂的一面上以形成增强层2；在待加工复合件上涂覆粘接剂后，采用高压压制的方式将另一片波纹板23压紧贴合在待加工复合件上，这样未凝固的增强填充物22不仅能够充满另一块波纹板23朝向代加工复合件的凹槽内，还能使增强填充物22更均匀的分布到网状纤维复合层21中相邻两根纤维之间的间隙中，同时通过高压压制，使得增强填充物22在波纹板23凹槽能更加密实，多余的增强填充物22会从波纹板23的端面溢出，通过高压压制形成密实、强韧的增强层2，之后执行步骤S4)。

S4)在所述增强层2一侧浇筑弹性填充物4和环氧树脂以填平该侧中波纹板23的凹槽，将碳化硼陶瓷板1压接于所述增强层2填充有弹性填充物4和环氧树脂的一侧；定义先填充增强填充物22的一片波纹板23为上层波纹板，定义后压制的一片波纹板23为下层波纹板，在增强层2形成后，先在上层波纹板外露的凹槽内浇筑弹性填充物4，并在弹性填充物4中的颗粒球之间填充环氧树脂，将碳化硼陶瓷板1压紧在增强层2上填充有弹性填充物4的一侧面上，之后执行步骤S5)。

S5)在所述增强层2的另一侧浇筑所述弹性填充物4和所述环氧树脂以填平该侧波纹板23的凹槽以形成增强件；

S6)将所述增强件在第二温度下养护第二时长，打磨所述增强件中弹性填充物4和环氧树脂裸露的一面至光滑；第二温度介于60～85℃或20～30℃，第二时长介于2～5h或1～3天；为了使最终制成的爆炸破片防护结构的具有更好的防护强度和韧性，在形成增强件后，将增强件放置在60～85℃的环境温度下养护2～5h，或将增强件放置在20～30℃环境温度下养护1～3天，之后执行步骤S7)。

S7)向所述增强件打磨光滑的一面上喷涂组份A和组份B的反应产物以形成高分子弹性层3。

在向增强件打磨光滑的一面上喷涂组份A和组份B的反应产物时，为了确保喷涂质量，在环境温度介于20～30℃之间的情况下在增强件的打磨光滑面上先涂覆粘合底漆以便后续形成的高分子复合层能够牢固的粘贴在增强件上，之后喷涂组份A和组份B的反应产物，反应产物由组份A中的各组份经聚合反应制得半预聚物和制备的B组份在高压空气作用下混合、雾化形成，之后，向增强件的打磨光滑面上喷涂反应产物，反应产物中组份A和组份B的体积比为(0.75～1.15):1，喷涂时工作环境的温度控制在10～38℃之间，喷涂到增强件的打磨光滑面上的反应产物会在0.5～3min之内凝结，喷涂完成后，将形成的高分子弹性层3在20～35℃的环境温度下养护3～10天。

为了使使高分子弹性层3能够更好的吸收爆炸破片，具体地，所述高分子弹性层3由组份A和组份B的反应产物制成；所述组份A由以下重量份数的原料制成：甲苯二异氰酸酯30～50份，单季戊四醇70～95份，聚醚酯8～15；所述组份B由以下重量份数的原料制成：二乙氨基乙醇8～18份，柔性胺20～60份，阻燃剂5～10，抗氧化剂6～12份。

本实用新型提供一种爆炸破片防护结构，碳化硼陶瓷板和高分子弹性层分别设置在增强层的两侧面，通过碳化硼陶瓷板以强化爆炸破片结构的刚性强度，通过高分子弹性层以及增强层强化爆炸破片结构的韧性，在碳化硼陶瓷板与波纹板之间的间隙中和高分子弹性层与波纹板的间隙中填充弹性填充物，从而增强爆炸破片防护结构的整体强度和韧性，在增强层的网状纤维复合层的两面贴合设置波纹板，并在波纹板和网状纤维复合层之间填充增强填充物以提高爆炸破片防护结构的爆炸抗冲击能力。

本实用新型提供的爆炸破片防护结构，通过刚柔并济的结构设置方式使得爆炸破片防护结构解决了现有技术中的防爆结构对爆炸产生的破片防护不足的问题，提高了工业生产的安全性，降低了人员伤亡和财产损失。

以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本实用新型各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施方式的思想，其同样应当视为本实用新型实施方式所公开的内容。

Claims (3)

1.一种爆炸破片防护结构，其特征在于，所述爆炸破片防护结构包括：碳化硼陶瓷板(1)、增强层(2)、高分子弹性层(3)和弹性填充物(4)；所述碳化硼陶瓷板(1)、所述增强层(2)以及所述高分子弹性层(3)依次堆叠设置，所述弹性填充物(4)对应填充在所述碳化硼陶瓷板(1)与所述增强层(2)之间的间隙中以及所述增强层(2)与所述高分子弹性层(3)之间的间隙中；

所述增强层(2)包括：网状纤维复合层(21)、增强填充物(22)以及两片波纹板(23)，两片所述波纹板(23)相对贴合设置于所述网状纤维复合层(21)的两面，所述增强填充物(22)填充在所述波纹板(23)与所述网状纤维复合层(21)之间的间隙中，所述弹性填充物(4)对应填充在其中一片波纹板(23)与所述碳化硼陶瓷板(1)之间的间隙中以及另一片波纹板(23)与所述高分子弹性层(3)之间的间隙中。

2.根据权利要求1所述的爆炸破片防护结构，其特征在于，所述波纹板(23)的截面为连续的等腰梯形波纹，等腰梯形的腰线与波谷的夹角α介于30°～60°之间，等腰梯形的腰线与波峰的夹角β介于120°～150°之间。

3.根据权利要求1所述的爆炸破片防护结构，其特征在于，所述网状纤维复合层(21)由多层复合层粘接形成，每一复合层中相邻两根纤维的纤维直径与两根纤维间的间距之比为1:3～8。

Images