KR102454494B1 - Explosion-proof and shock-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material and manufacturing method thereof - Google Patents

Explosion-proof and shock-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material and manufacturing method thereof Download PDF

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Abstract

본 발명은 현저한 음성 푸아송 비 효과를 갖는 방폭 및 방충격 복합 재료 및 이의 제조 방법을 제공한다. 상기 방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고; 상기 방폭 및 방충격 코팅층에는 여러 층으로 평행 배열된 다단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 5°내지 90°이다.각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 5°내지 90°이다. 인접한 상기 다단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 2 mm 내지 20 mm이다. 상기 방폭 및 방충격 복합 재료는 감쇠 성능, 인열 저항 성능, 인장 성능, 에너지 소모 및 어네지 흡수 성능이 크게 향성되고, 재료 손상으로 인한 파편 날림을 효과적으로 방지할 수 있으며, 인원 및 구조에 대한 2차 피해를 줄일 수 있다.The present invention provides an explosion-proof and shock-proof composite material having a significant negative Poisson's ratio effect and a method for manufacturing the same. The explosion-proof and impact-proof composite material includes a substrate and an explosion-proof and impact-proof coating layer covered on the substrate. The explosion-proof and impact-proof coating layer is formed by curing a paint coated on a substrate; The explosion-proof and impact-proof coating layer is provided with a multi-stage heterogeneous fiber preform arranged in parallel in several layers. The projection angle of the multistage heterogeneous fiber preforms between the multistage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 5° to 90°. ° to 90 °. The layer spacing of the adjacent multi-stage heterogeneous fiber preforms is between 2 mm and 20 mm. The explosion-proof and shock-proof composite material has greatly improved damping performance, tear resistance performance, tensile performance, energy consumption and energy absorption performance, and can effectively prevent fragmentation due to material damage, and secondary damage to personnel and structures. damage can be reduced.

Description

방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료 및 이의 제조 방법Explosion-proof and shock-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material and manufacturing method thereof

본 발명은 재료 분야에 속하며, 방폭 및 방충격 복합 재료 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 다단 이질 섬유 프리폼 기반의 방폭 및 방충격 복합 재료 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention belongs to the field of materials, and relates to an explosion-proof and impact-proof composite material and a method for manufacturing the same, and more particularly, to an explosion-proof and impact-proof composite material based on a multi-stage heterogeneous fiber preform and a method for manufacturing the same.

최근 몇 년간 국내외에서는 폭발 사고가 빈번하게 발생하면서 건축물, 설비 및 사람의 생명과 재산에 심각한 위협을 주고 있다. 폭발 사고가 막대한 생명과 재산 손실을 초래하는 것은 주로 발생 시간이 짧고 충격 하중이 매우 커서 피해를 줄이기 위한 효과적인 대책을 마련하기 어렵기 때문이다. 일반적으로, 폭발 발생시 에너지 충격은 먼저 폭발 중심 주변의 유닛에 피해를 주고; 다음 폭발에 의해 발생하는 고속 파편과 충격파는 주변 건축물과 설비에 더 큰 피해를 준다. 이와 대응되게, 현재 건축물 및 설비의 외부 표면은 대부분 방수, 방식, 방화 성능만 갖고 있으나 방폭 및 방충격 성능을 갖는다는 것은 거의 보고되지 않아, 이러한 상황에 직면하는 경우 "예측할 수 없는 재난"을 겪을 수 있다. 이로부터 알 수 있다시피, 방폭 및 방충격 복합 재료를 연구하여 이를 건축물 및 설비에 적용하면 폭발 사고로 인한 손실을 크게 줄이고 중요한 사회적 및 경제적 의미가 있다.In recent years, explosion accidents have occurred frequently at home and abroad, posing a serious threat to buildings, facilities, and human life and property. The reason that explosion accidents cause huge loss of life and property is mainly because the occurrence time is short and the impact load is very large, so it is difficult to prepare effective countermeasures to reduce damage. In general, when an explosion occurs, the energy shock first damages units around the center of the explosion; High-speed fragments and shock waves generated by the next explosion cause greater damage to surrounding structures and equipment. Correspondingly, most of the exterior surfaces of current buildings and facilities have only waterproof, anti-corrosive, and fire-proof performance, but it is rarely reported that they have explosion-proof and shock-proof performance. can As can be seen from this, research on explosion-proof and shock-proof composite materials and applying them to buildings and facilities greatly reduces losses from explosion accidents and has important social and economic implications.

현재, 대부분 건축물 및 설비 외층의 방수, 방식, 방화 등 성능은 건축물 및 설비의 매트릭스 구조에 반응성 성능을 갖는 코팅층을 스프레이하여 구현한다. 건축물 및 장비 외층의 방폭 및 방충격 코팅층은 보고된 바가 없다. 그러나, 특허 출원 201810482655.5는 "수중 폭발 충격 방지 코팅층 재료, 제조 방법 및 이의 응용"을 공개하였다. 상기 출원은 각각 A 및 B의 두 가지 성분을 제조하고 2액형 고온 고압 충격 혼합 에어리스 스프레이 기기를 사용하여 A 및 B 성분을 혼합한 다음 선체 표면의 프라이머에 스프레이하여, 수중 폭발 충격 방지 코팅층을 형성한다. 상기 출원에 따른 코팅층은 현재 방폭 기능을 갖는 폴리우레아 재료 분야에서 일반적으로 사용되는 것이며, 상기 시스템의 섬유 강화재 및 이의 매트릭스 재료의 구조 설계는 비교적 전통적이므로, 이의 유리 전이 온도 범위 구간은 좁고 방폭 및 방충격 성능의 개선이 제한적이다.Currently, most of the performance, such as waterproofing, anti-corrosion, and fire protection of the outer layers of buildings and facilities, is realized by spraying a coating layer having reactive performance on the matrix structure of buildings and facilities. There have been no reports of explosion-proof and shock-proof coatings on the outer layers of buildings and equipment. However, the patent application 201810482655.5 disclosed "Underwater explosion impact protection coating layer material, manufacturing method and its application". The above application prepares two components, A and B, respectively, mixes A and B components using a two-component high temperature and high pressure impact mixing airless spray machine, and then sprays them on the primer on the surface of the hull to form an underwater explosion impact protection coating layer. . The coating layer according to the above application is currently commonly used in the field of polyurea materials having an explosion-proof function, and the structural design of the fiber reinforcement of the system and its matrix material is relatively traditional, so its glass transition temperature range is narrow and explosion-proof and anti-explosion The improvement in impact performance is limited.

재료 측면에서 연구하면, 건축물 및 설비 구조 재료의 방호 및 방폭 성능을 개선하여, 건축물 및 설비를 고인성 및 고연성 방향으로 발전시키고, 나아가 구조의 방폭 국부 손상 성능을 개선시키는 것이며; 현재 일반적인 수단은 건축물 및 장비의 방호 코팅층에 인성이 우수한 섬유 재료를 첨가하여 코팅층의 낮은 인성 강도 및 저온 취성 상태를 변경하여 새로운 복합 재료를 형성하는 것이다. 그러나, 코팅층에서 섬유의 무작위 분포는 건축물 및 장비의 특정 방향 및 내부 구조의 방충격 성능을 향상시키는 데 매우 제한적이다.Studying from the material aspect, it is to improve the protection and explosion-proof performance of building and equipment structural materials, to develop buildings and equipment in the direction of high toughness and high ductility, and further improve the explosion-proof local damage performance of the structure; At present, a common means is to add a fiber material with good toughness to the protective coating layer of buildings and equipment to change the low toughness strength and low temperature brittle state of the coating layer to form a new composite material. However, the random distribution of fibers in the coating layer is very limited in improving the impact resistance performance of specific directions and internal structures of buildings and equipment.

종래기술에서 건축물 및 장비의 방폭 및 방충격 측면에 존재하는 문제에 대해, 본 발명은 현저한 음성 푸아송 비 효과를 갖는 방폭 및 방충격 복합 재료 및 이의 제조 방법을 제공한다. 상기 방폭 및 방충격 복합 재료는 감쇠 성능, 인열 저항 성능, 인장 저항 성능, 에너지 소모 및 어네지 흡수 성능이 크게 향성되고, 재료 손상으로 인한 파편 날림을 효과적으로 방지할 수 있으며, 인원 및 구조에 대한 2차 피해를 줄일 수 있다.For the problems existing in the explosion-proof and shock-proof aspects of buildings and equipment in the prior art, the present invention provides an explosion-proof and shock-proof composite material having a significant negative Poisson's ratio effect, and a method for manufacturing the same. The explosion-proof and shock-proof composite material is greatly improved in damping performance, tear resistance performance, tensile resistance performance, energy consumption and energy absorption performance, and can effectively prevent fragmentation due to material damage, and can effectively prevent fragmentation of personnel and structures. It can reduce car damage.

본 발명의 기술 방안은 다음과 같다. The technical solution of the present invention is as follows.

방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 금속, 세라믹, 콘크리트, 유리, 중합체 및 복합 재료 중 하나 이상이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 알키드 수지(alkyd resin), 아크릴 수지(acrylic resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 우레아-포름알데히드 수지(urea-formaldehyde resin), 유기실리콘 수지(organicsilicone resin), 폴리우레탄(polyurethane) 및 폴리우레아(polyurea) 중 하나 이상이며; 도료에서 상기 수산화그래팬의 중량 분율은 0.2% 내지 2.0%이다. 수산화그래핀의 수산기는 코팅층의 원료와 화학 반응 또는 극성 흡착을 거쳐 분자의 이동을 제한하고, 응력과 변형 사이의 위상 지연을 증가시키며; 따라서, 코팅층의 유리 전이 온도 영역이 현저히 넓어지고 손실 탄성률과 감쇠 성능이 크게 개선되며, 저온에서도 코팅층의 유연성을 보장할 수 있고 코팅층의 균열을 방지할 수 있으며, 코팅층의 저온 취성을 해결할 수 있다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에는 여러 층으로 평행 배열된 다단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 5°내지 90°이다.각 층의 상기다단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 5°내지 90°이다. 인접한 상기 다단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 2 mm 내지 20 mm이다. 방폭 및 방충격 코팅층이 코팅된 재료는 다단 섬유 프리폼의 음성 푸아송 비 메쉬 구조로 인해 폭발 발생시 에너지를 더 많이 흡수하고 코팅층의 완전성을 유지하며, 이의 방폭 및 방충격 효과를 크게 향상시키고; 또한, 동일한 충격 하중에서 폭발로 인한 파편 날림을 방지할 수 있으며 2차 손상 정도를 크게 줄일 수 있다.The explosion-proof and shock-proof composite material includes a substrate and an explosion-proof and shock-proof coating layer covered on the substrate. The substrate is one or more of metal, ceramic, concrete, glass, polymer and composite material. The explosion-proof and shock-proof coating layer is formed by curing a paint coated on a substrate, and the paint is an alkyd resin, an acrylic resin, an epoxy resin, which is sufficiently dispersed by adding graphene hydroxide. , at least one of phenolic resin, urea-formaldehyde resin, organicsilicone resin, polyurethane, and polyurea; The weight fraction of graphane hydroxide in the paint is 0.2% to 2.0%. The hydroxyl group of graphene hydroxide restricts the movement of molecules through chemical reaction or polar adsorption with the raw material of the coating layer, and increases the phase delay between stress and strain; Therefore, the glass transition temperature region of the coating layer is remarkably widened, the loss modulus and damping performance are greatly improved, the flexibility of the coating layer can be ensured even at low temperatures, the cracking of the coating layer can be prevented, and the low-temperature brittleness of the coating layer can be solved. The explosion-proof and impact-proof coating layer is provided with a multi-stage heterogeneous fiber preform arranged in parallel in several layers. The projection angle of the multistage heterogeneous fiber preforms between the multistage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 5° to 90°. ° to 90 °. The layer spacing of the adjacent multi-stage heterogeneous fiber preforms is between 2 mm and 20 mm. The material coated with the explosion-proof and shock-proof coating layer absorbs more energy in the event of an explosion due to the negative Poisson's ratio mesh structure of the multi-stage fiber preform, maintains the integrity of the coating layer, and greatly improves its explosion-proof and shock-proof effect; In addition, it is possible to prevent the flying of fragments due to the explosion at the same impact load, and the degree of secondary damage can be greatly reduced.

상기 섬유 프리폼은 복수의 다단 이질 섬유에 의해 경사 및 위사로 평직되어 형성되고; 상기 다단 이질 섬유는 다단 보조 섬유에 의해 코어 섬유에 감겨 형성된다. 상기 코어 섬유는 저모듈러스 섬유이고, 상기 다단 보조 섬유는 탄성 계수가 상이한 고모듈러스 섬유이다. 인접한 상기 다단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리는 2 mm 내지 50 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유의 탄성 계수는 50 MPa 내지 50 GPa이고; 상기 고모듈러스 섬유의 탄성 계수는 ≥ 50 GPa이다. 상기 보조 섬유는 단(stage)을 나누어 코어 섬유에 감기며; 상기 1단 보조 섬유 탄성 계수는 50 GPa 내지 90 GPa이고; 상기 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 탄성 계수비는 1.1 내지 9.6이며, N은 2 내지 7이고; 상기 코어 섬유와 1단 보조 섬유의 직경비는 1.5 내지 3.0이며, 제N단 보조 섬유의 직경과 제N-1단 보조 섬유의 직경 비율은 0.5 내지 0.9이고, 코어 섬유와 제N단 보조 섬유의 직경비는 2.5 내지 15.0이며, N은 2 내지 7이고; 상기 제1단 보조 섬유의 나선각은 2°내지 8°이며, 제N단 보조 섬유의 나선각은 제N-1단 보조 섬유에 비해 3°내지 15°증가하고, 제N단 보조 섬유의 나선각은 5°내지 60°이며, N은 2 내지 7이다. 상기 보조 섬유는 나선각과 탄성 계수가 구배로 분포된 다단 고모듈러스 섬유를 사용하며, 내구성이 우수하고 인장 강도가 높으며, 미세균열 발생시 균열의 확장을 억제하고, 코팅층의 내부 응력의 균일한 분포를 촉진하여, 코팅층의 압축 강도 및 방충격 성능을 향상시킬 수 있다. 코어 섬유로서의 저모듈러스 섬유의 유연성은 섬유 메쉬 직물 구조 및 복합 재료의 인장, 굴곡, 전단 성능을 향상시킬 수 있고, 거시적 균열 발생시 작용을 충분히 발휘하여 매트릭스의 급격한 손상을 방지할 수 있다.the fiber preform is formed by plain weave with warp and weft yarns by a plurality of multi-stage heterogeneous fibers; The multi-stage heterogeneous fibers are wound around the core fiber by the multi-stage auxiliary fibers. The core fiber is a low modulus fiber, and the multi-stage auxiliary fiber is a high modulus fiber having different elastic modulus. The distance between the core fibers of the adjacent multi-stage heterogeneous fibers is between 2 mm and 50 mm. the modulus of elasticity of the low modulus fiber is 50 MPa to 50 GPa; The modulus of elasticity of the high modulus fiber is ≧50 GPa. The auxiliary fiber is wound on the core fiber by dividing the stage; the modulus of elasticity of the first stage auxiliary fiber is 50 GPa to 90 GPa; the elastic modulus ratio of the N-th stage auxiliary fiber to the N-1 stage auxiliary fiber is 1.1 to 9.6, and N is 2 to 7; The diameter ratio of the core fiber to the first stage auxiliary fiber is 1.5 to 3.0, the diameter ratio of the N-th stage auxiliary fiber to the diameter of the N-1 stage auxiliary fiber is 0.5 to 0.9, and the diameter ratio is from 2.5 to 15.0, and N is from 2 to 7; The helix angle of the first stage auxiliary fiber is 2 ° to 8 °, the helix angle of the N-th stage auxiliary fiber is increased by 3 ° to 15 ° compared to the N-1 stage auxiliary fiber, and the helix of the N-th stage auxiliary fiber is The angle is between 5° and 60°, and N is between 2 and 7. The auxiliary fiber uses a multi-stage high modulus fiber in which the spiral angle and the elastic modulus are distributed in a gradient, has excellent durability and high tensile strength, suppresses crack expansion when microcracks occur, and promotes uniform distribution of internal stress in the coating layer Thus, it is possible to improve the compressive strength and impact-proof performance of the coating layer. The flexibility of the low modulus fiber as a core fiber can improve the tensile, flexural, and shear performance of the fiber mesh fabric structure and composite material, and it can sufficiently exert its action when macroscopic cracks occur to prevent rapid damage to the matrix.

여기서, 상기 저모듈러스 섬유는 폴리에틸렌 섬유(polyethylene fiber), 폴리비닐알코올 섬유(polyvinyl alcohol fiber), 폴리비닐포르말 섬유(polyvinyl formal fiber), 폴리염화비닐 섬유(polyvinyl chloride fiber), 폴리프로필렌 섬유(polypropylene fiber), 폴리아크릴로니트릴 섬유(polyacrylonitrile fiber), 폴리아미드 섬유(polyamide fiber), 폴리이미드 섬유(polyimide fiber), 폴리에스테르 섬유(polyester fiber), 폴리우레탄 섬유(polyurethane fiber), 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber), 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유(polytetrafluoroethylene fiber) 및 폴리페닐렌 설파이드 섬유(polyphenylene sulfide fiber) 중 하나 이상이고; 상기 고모듈러스 섬유는 아라미드 섬유(aramid fiber), 폴리벤즈이미다졸 섬유(polybenzimidazole fiber), 폴리벤조디옥사졸 섬유(polybenzodioxazole fiber), 폴리아릴레이트 섬유(polyarylate fiber), 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 유리 섬유(glass fiber), 탄소 섬유(carbon fiber), 강 섬유(steel fiber), 연속 현무암 섬유(continuous basalt fiber), 탄화규소 섬유(silicon carbide fiber), 산화마그네슘 섬유(magnesium oxide fiber), 산화알루미늄 섬유(alu minium oxide fiber), 실리카 섬유(silica fiber), 석영 섬유(quartz fiber), 규산알루미늄 섬유(alu minium silicate fiber), 그래핀 섬유(graphene fiber) 및 보론 섬유(boron fiber) 중 하나 이상이다.Here, the low modulus fiber is a polyethylene fiber, a polyvinyl alcohol fiber, a polyvinyl formal fiber, a polyvinyl chloride fiber, and a polypropylene fiber. fiber), polyacrylonitrile fiber, polyamide fiber, polyimide fiber, polyester fiber, polyurethane fiber, cellulose fiber ), at least one of polytetrafluoroethylene fibers and polyphenylene sulfide fibers; The high modulus fiber is an aramid fiber, polybenzimidazole fiber, polybenzodioxazole fiber, polyarylate fiber, ultra-high molecular weight polyethylene fiber, glass fiber ( glass fiber, carbon fiber, steel fiber, continuous basalt fiber, silicon carbide fiber, magnesium oxide fiber, aluminum oxide fiber (alu) at least one of minium oxide fiber, silica fiber, quartz fiber, aluminum silicate fiber, graphene fiber, and boron fiber.

바람직하게는, 상기 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 탄성 계수비는 1.1 내지 7.5이고, N은 2 내지 7이며; 상기 코어 섬유와 1단 보조 섬유의 직경비는 1.5 내지 2.5이고, 코어 섬유와 제N단 보조 섬유의 직경비는 2.5 내지 10.0이며, 제N단 보조 섬유의 나선각은 10°내지 60°이고, N은 2 내지 7이다.Preferably, the elastic modulus ratio of the N-th stage auxiliary fiber to the N-1 stage auxiliary fiber is 1.1 to 7.5, and N is 2 to 7; The diameter ratio of the core fiber to the first stage auxiliary fiber is 1.5 to 2.5, the diameter ratio of the core fiber to the Nth stage auxiliary fiber is 2.5 to 10.0, and the helix angle of the Nth stage auxiliary fiber is 10 ° to 60 °, N is 2 to 7.

상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.In the manufacturing method of the explosion-proof and shock-proof composite material, the specific manufacturing method is as follows.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.8 내지 1.0:1.2이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 50℃ 내지 80℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다.(2) step of curing treatment of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: a curing agent is added to the epoxy resin and stirred sufficiently, wherein the mass ratio of the curing agent to the epoxy resin is 1.0:0.8 to 1.0:1.2; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 50° C. to 80° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened. Only heterogeneous fibrous structures are obtained.

(3) 다단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 N단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 N단 이질 섬유 구조를 얻으며, N은 2 내지 7이다.(3) Process manufacturing step of multi-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a single-stage structure, and sequentially performing steps (1) and (2) according to the helix angle of the N-stage structure Overlapping to obtain an N-stage heterogeneous fiber structure, N is 2 to 7.

(4) 다단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 N단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 N단 이질 섬유 프리폼을 얻으며, N은 2 내지 7이다.(4) Weaving manufacturing step of multi-stage heterogeneous fiber preform: After weaving the obtained N-stage heterogeneous fibers into warp and weft plain weave structures by warp and weft plain weaving methods along the warp and weft direction, the curing system according to step (2) is subjected to warp and weft All warp and weft intersections of the plain weave structure are sufficiently coated and left to stand until cured to obtain an N-stage heterogeneous fiber preform, where N is 2 to 7.

(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 0.2% 내지 2.0%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 다단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 2 mm 내지 20 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.(5) manufacturing step of explosion-proof and impact-proof composite material: adding graphene hydroxide having a mass fraction of 0.2% to 2.0% to a paint, and sufficiently dispersing it by ultrasonic dispersion to obtain and stockpile a modified paint; disposing one layer of multi-stage heterogeneous fiber preform on the surface of the substrate, and pouring, coating, or spraying the modified paint of 2 mm to 20 mm on the surface of the substrate to cure; Then, the above steps are repeated to obtain the explosion-proof and shock-proof composite material.

여기서, 단계 (2)에 따른 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지(bisphenol A epoxy resin)이고; 상기 경화제는 폴리아미드(polyamide), 폴리에스테르 수지(polyester resin), 지방족 아민(aliphatic a mine)계 경화제 중 하나 이상이다. 상기 방법에 따라 제조된 방폭 및 방충격 복합 재료에 사용되는 코팅층은 일반적인 코팅층의 방수, 방식, 장식 등 성능 외에 방폭 및 방충격 효과를 구현하고, 구조에 대한 폭발 및 충격의 손상을 줄임으로써, 구조의 방호 성능을 향상시킨다. 이는 복합 재료에서 다단 이질 섬유 프리폼의 음성 푸아송 비 효과가 최대 한계까지 발휘되어 방폭 및 방충격 능력이 향상되었기 때문이다. 이 밖에, 상기 코팅층은 다양한 기재와 결합할 수 있고 적용 범위가 넓으며, 방폭 및 방충격 재료의 적용은 중요한 사회적 의미가 있다.Here, the epoxy resin according to step (2) is a bisphenol A epoxy resin; The curing agent is at least one of polyamide, polyester resin, and an aliphatic a mine-based curing agent. The coating layer used for the explosion-proof and impact-proof composite material manufactured according to the above method implements explosion-proof and impact-proof effects in addition to the performance of the general coating layer such as waterproofing, anti-corrosion, and decoration, and by reducing the damage of explosion and impact to the structure, the structure improve the protective performance of This is because the negative Poisson's ratio effect of the multi-stage heterogeneous fiber preform was exhibited to the maximum limit in the composite material, and the explosion-proof and shock-proof ability was improved. In addition, the coating layer can be combined with various substrates and has a wide application range, and the application of explosion-proof and impact-proof materials has important social meaning.

방폭 및 방충격 원리: 다단 이질 섬유 프리폼이 비 평행적인 외력의 충격을 받을 때, 프리폼 중 각 단(stage)의 보조 섬유는 탄성 계수가 비교적 높고 파단 신장율이 비교적 낮기 때문에 직선 상태가 되는 경향이 있으며; 코어 섬유는 탄성 계수가 비교적 낮고 신장율이 비교적 크게 변하기 때문에 나선 상태가 되는 경향이 있다. 여기서, 코어 섬유의 직경은 보조 섬유의 직경보다 크고, 응력의 작용하에서 나선형 섬유 구조는 횡방향으로 넓어지는 반면, 섬유 프리폼은 격자의 공극이 경위 방향으로 축소되는 것을 보여주며, 코팅층에 균열이 발생하는 경우, 코팅층의 완전성을 유지할 뿐만 아니라 코팅층의 균열을 보호하고, 코팅층의 전반적인 인열 저항 및 강한 동적 하중 저항과 같은 역학적 성질을 향상시킨다. 코팅층에 수산화그래핀을 첨가하면 코팅층의 유리 전이 온도 영역을 넓히고 코팅층의 감쇠 선능을 향상시키며 고속 충격 하중에서 인열 저항 강도를 크게 향상시킬 수 있다.Explosion-proof and shock-proof principle: When a multi-stage heterogeneous fiber preform is subjected to an impact from a non-parallel external force, the auxiliary fibers of each stage of the preform tend to be in a straight state because the modulus of elasticity is relatively high and the elongation at break is relatively low. ; Core fibers tend to become helical because of their relatively low modulus of elasticity and relatively large changes in elongation. Here, the diameter of the core fiber is larger than the diameter of the auxiliary fiber, and under the action of stress, the helical fiber structure broadens in the transverse direction, while the fiber preform shows that the pores of the lattice shrink in the theodolite direction, and cracks in the coating layer occur. In this case, it not only maintains the integrity of the coating layer, but also protects the coating layer from cracking, and improves the mechanical properties such as overall tear resistance and strong dynamic load resistance of the coating layer. The addition of graphene hydroxide to the coating layer can broaden the glass transition temperature region of the coating layer, improve the damping performance of the coating layer, and significantly improve the tear resistance strength under high-speed impact load.

본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다. Advantageous effects of the present invention are as follows.

(1) 본 발명에 따른 방폭 및 방충격 재료의 핵심은 사용된 방폭 및 방충격 코팅층에 있으며; 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 프리폼의 다단 보조 섬유의 구배 나선형 설계 및 3차원 층상 배열을 통해 매트릭스에서 프리폼의 음성 푸아송 비 효과를 크게 향상시키고; 비 평행 하중 작용의 방향에서 동일한 매트릭스 조성의 코팅층의 방폭 및 방충격 성능을 298.5%로 향상시킬 수 있다.(1) the core of the explosion-proof and shock-proof material according to the present invention lies in the used explosion-proof and shock-proof coating layer; The explosion-proof and shock-proof coating layer greatly improves the negative Poisson's ratio effect of the preform in the matrix through the gradient spiral design and three-dimensional layered arrangement of the multi-stage auxiliary fibers of the preform; The explosion-proof and impact-proof performance of the coating layer of the same matrix composition in the direction of non-parallel load action can be improved to 298.5%.

(2) 본 발명의 코팅층의 다단 이질 섬유 프리폼은 탄성 계수가 상이한 다단 섬유로 구성된 섬유 다발의 경사 및 위사 직조 네트워크를 사용하여 비용을 절감할 뿐만 아니라 섬유의 상이한 장점을 발휘할 수 있으며; 섬유 구배 구조의 설계를 통해 섬유망의 저장 탄성률과 같은 역학적 성질을 증가하고, 경사 및 위사 네트워크 노드를 통해 섬유 동적 연동 메커니즘을 구축함으로써, 상기 다단 이질 섬유 프리폼이 더 현저한 음성 푸아송 비 효과를 갖도록 한다.(2) the multi-stage heterogeneous fiber preform of the coating layer of the present invention uses the warp and weft weave network of fiber bundles composed of multi-stage fibers with different elastic modulus to save cost as well as exhibit different advantages of fibers; By increasing the mechanical properties such as storage modulus of the fiber network through the design of the fiber gradient structure, and building the fiber dynamic interlocking mechanism through the warp and weft network nodes, the multi-stage heterogeneous fiber preform has a more pronounced negative Poisson's ratio effect. do.

(3) 본 발명에 따른 코팅층에 수산화그래핀을 첨가하여 코팅층의 저온 취성을 해결하며; 또한 수산화그래핀의 비교적 큰 하중을 견디는 성능은 코팅층의 전단 저항 및 인열 저항 능력을 더 향상시키고, 대량의 미세균열의 형성을 유발하여 하중 에너지를 효과적으로 흡수함으로써, 내부 구조를 보호하는 효과를 달성한다. 여기서, 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼의 복합 코팅층의 인장 강도, 파단 신장율, 인열 저항 강도는 각각 47.3 MPa, 369%, 187.4 MPa에 도달할 수 있고, 동일한 매트릭스 조성의 코팅층과 비교하여 방폭 및 방충격 성능이 크게 향상된다.(3) to solve the low-temperature brittleness of the coating layer by adding graphene hydroxide to the coating layer according to the present invention; In addition, the relatively large load-bearing performance of graphene hydroxide further improves the shear resistance and tear resistance of the coating layer, and effectively absorbs the load energy by causing the formation of a large amount of microcracks, thereby achieving the effect of protecting the internal structure. . Here, the tensile strength, elongation at break, and tear resistance strength of the composite coating layer of the explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform can reach 47.3 MPa, 369%, and 187.4 MPa, respectively, and compared with the coating layer of the same matrix composition, the explosion-proof and anti-explosion-proof Impact performance is greatly improved.

도 1은 3단 이질 섬유 구조 모식도이고, 여기서 a는 코어 섬유이며, b1은 1단 보조 섬유이고, b2는 2단 보조 섬유이며, b3은 3단 보조 섬유이고, θ는 보조 섬유와 코어 섬유 사이의 나선각이며, D는 코어 섬유의 직경이고, d는 보조 섬유의 직경이다.
도 2는 3단 이질 섬유 작용력 변형 모식도이고, 여기서 A1은 자유 초기 상태의 3단 이질 섬유의 정면도이며, A2는 자유 초기 상태의 3단 이질 섬유의 방사상 단면도이고, B1은 최대 응력 상태의 3단 이질 섬유의 정면도이며, B2는 최대 응력 상태의 3단 이질 섬유의 방사상 단면도이다.
도 3은 다단 이질 섬유 프리폼 중 섬유의 경사 및 위사 평직 구조 모식도이고, 여기서 x, y는 다단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리이다.
1 is a schematic diagram of a three-stage heterogeneous fiber structure, where a is a core fiber, b1 is a single-stage auxiliary fiber, b2 is a two-stage auxiliary fiber, b3 is a three-stage auxiliary fiber, and θ is between the auxiliary fiber and the core fiber is the helix angle, D is the diameter of the core fiber, and d is the diameter of the auxiliary fiber.
2 is a schematic diagram of three-stage heterogeneous fiber action force deformation, where A1 is a front view of the three-stage heterogeneous fiber in the free initial state, A2 is a radial cross-sectional view of the three-stage heterogeneous fiber in the free initial state, and B1 is the three-stage heterogeneous fiber in the maximum stress state. It is a front view of the heterogeneous fiber, and B2 is a radial cross-sectional view of the three-stage heterogeneous fiber in the state of maximum stress.
3 is a schematic diagram of warp and weft plain weave structures of fibers in a multi-stage heterogeneous fiber preform, where x and y are distances between core fibers of the multi-stage heterogeneous fibers.

이하, 실시예를 결부하여 본 발명을 더 설명한다.Hereinafter, the present invention will be further described in conjunction with Examples.

실시예 1Example 1

방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 콘크리트이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 에폭시 수지이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 0.4%이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에 2층으로 평행 배열된 2단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의 상기 2단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 5도이다.각 층의 상기 2단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 60도이다. 인접한 상기 2단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 15 mm이다.The explosion-proof and shock-proof composite material includes a substrate and an explosion-proof and shock-proof coating layer covered on the substrate. The substrate is concrete. The explosion-proof and impact-proof coating layer is formed by curing a paint coated on a substrate, and the paint is an epoxy resin sufficiently dispersed by adding graphene hydroxide; The weight fraction of the graphene hydroxide in the paint is 0.4%. A two-stage heterogeneous fiber preform arranged in parallel in two layers is provided on the explosion-proof and impact-proof coating layer. The projection angle of the multistage heterogeneous fibers between the two tiers heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 5 degrees. The included angle between the plane on which the two tier heterogeneous fiber preforms of each layer is located and the direction of the impact load resisted by the coating layer is 60 degrees to be. The layer spacing of the adjacent two-tier heterogeneous fiber preforms is 15 mm.

음성 푸아송 비 효과를 갖는 2단 이질 섬유 프리폼은 복수의 2단 이질 섬유에 의해 경사 및 위사로 평직되어 형성된다. 상기 2단 이질 섬유는 다단 보조 섬유에 의해 코어 섬유에 감겨 형성되며; 상기 코어 섬유는 저모듈러스 섬유이고, 상기 2단 보조 섬유는 탄성 계수가 상이한 고모듈러스 섬유이다. 인접한 상기 2단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리는 15 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리에스테르 섬유이며; 폴리에스테르 섬유는 직경이 450 μm인 섬유 다발로, 파단 신장율은 18%이고, 탄성 계수는 13.5 GPa이며, 밀도는 1.38 g/cm3이고, 우수한 내산성 및 내알칼리성을 갖는다.A two-stage heterogeneous fiber preform having a negative Poisson's ratio effect is formed by plain weave with warp and weft yarns by a plurality of two-stage heterogeneous fibers. wherein the two-stage heterogeneous fibers are wound around a core fiber by multi-stage auxiliary fibers; The core fiber is a low modulus fiber, and the two-stage auxiliary fiber is a high modulus fiber having a different elastic modulus. The distance between the core fibers of the adjacent two-stage heterogeneous fibers is 15 mm. the low modulus fiber is a polyester fiber; The polyester fiber is a fiber bundle with a diameter of 450 μm, the elongation at break is 18%, the modulus of elasticity is 13.5 GPa, the density is 1.38 g/cm 3 , and has excellent acid and alkali resistance.

상기 1단 보조 섬유는 아라미드 섬유로, 탄성 계수는 50 GPa이고, 직경은 150 μm이며, 나선각은 8°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 규산알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 480 GPa이며, 직경은 75 μm이고, 나선각은 20°이다.the first-stage auxiliary fiber is an aramid fiber, the elastic modulus is 50 GPa, the diameter is 150 μm, and the helix angle is 8°; The second-stage auxiliary fiber is an aluminum silicate fiber, has an elastic modulus of 480 GPa, a diameter of 75 μm, and a helix angle of 20°.

상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.In the manufacturing method of the explosion-proof and shock-proof composite material, the specific manufacturing method is as follows.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.8이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 60℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻으며; 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이고; 상기 경화제는 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 지방족 아민계 경화제 중 하나 이상이다.(2) step of curing treatment of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: a curing agent is added to the epoxy resin and stirred sufficiently, wherein a mass ratio of the curing agent and the epoxy resin is 1.0:0.8; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 60° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened, the single-stage heterogeneous fiber get structure; the epoxy resin is a bisphenol A type epoxy resin; The curing agent is at least one of polyamide, polyester resin, and an aliphatic amine-based curing agent.

(3) 2단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 2단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 2단 이질 섬유 구조를 얻는다.(3) Processing manufacturing step of two-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a single-stage structure, and sequentially performing steps (1) and (2) according to the helix angle of the two-stage structure to obtain a two-stage heterogeneous fiber structure.

(4) 2단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 2단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 2단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.(4) weaving manufacturing step of two-stage heterogeneous fiber preform: after weaving the obtained two-stage heterogeneous fibers into warp and weft plain weave structure by warp and weft plain weave method along the warp and weft direction, warp and weft the curing system according to step (2) A two-stage heterogeneous fiber preform is obtained by sufficiently coating all warp yarns and weft yarn intersections of the weft yarn plain weave structure, and allowing it to stand until cured.

(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 0.4%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 2단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 20 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.(5) manufacturing step of explosion-proof and impact-proof composite material: adding graphene hydroxide having a mass fraction of 0.4% to the paint, and sufficiently dispersing it by ultrasonic dispersion to obtain and stock up a modified paint; disposing one layer of heterogeneous fiber preform on the surface of the substrate, and pouring, coating, or spraying 20 mm of the modified paint onto the surface of the substrate to cure; Then, the above steps are repeated to obtain the explosion-proof and shock-proof composite material.

실시예 2Example 2

방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 세라믹이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 폴리우레아이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 0.5%이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에 3층으로 평행 배열된 2단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의 상기 3단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 15°이다. 각 층의상기 3단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 46°이다. 인접한 상기 3단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 5 mm이다.The explosion-proof and shock-proof composite material includes a substrate and an explosion-proof and shock-proof coating layer covered on the substrate. The substrate is ceramic. The explosion-proof and impact-proof coating layer is formed by curing a paint coated on a substrate, and the paint is polyurea sufficiently dispersed by adding graphene hydroxide; The weight fraction of the graphene hydroxide in the paint is 0.5%. A two-stage heterogeneous fiber preform arranged in parallel in three layers is provided on the explosion-proof and impact-proof coating layer. The projected included angle of the multi-stage heterogeneous fibers between the three-stage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 15°. The included angle between the plane on which the three-layer heterogeneous fiber preform of each layer is located and the direction of the impact load resisted by the coating layer is 46°. The layer spacing of the adjacent three-tier heterogeneous fiber preform is 5 mm.

음성 푸아송 비 효과를 갖는 3단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 3단 이질 섬유의 코어 섬유간의 거리는 5 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리에틸렌 섬유이며; 직경이 380 μm인 섬유 다발로, 탄성 계수는 4 GPa이고, 파단 신장율은 15%이며, 밀도는 0.91g/cm³이다.In the three-stage heterogeneous fiber preform having the negative Poisson's ratio effect, the distance between the core fibers of the adjacent three-stage heterogeneous fibers is 5 mm. the low modulus fiber is a polyethylene fiber; A fiber bundle with a diameter of 380 μm, an elastic modulus of 4 GPa, an elongation at break of 15%, and a density of 0.91 g/cm³.

상기 1단 보조 섬유는 아라미드 섬유로, 탄성 계수는 85 GPa이고, 직경은 243 μm이며, 나선각은 7°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로, 탄성 계수는 130 GPa이며, 직경은 149 μm이고, 나선각은 20°이며; 상기 제3단 보조 섬유는 강 섬유 및 탄소 섬유이되, 강 섬유의 탄성 계수는 205 GPa이고, 탄소 섬유의 탄성 계수는 205 GPa이며, 강 섬유 및 탄소 섬유의 직경은 모두 141 μm이고, 탄소 섬유 및 강 섬유의 나선각은 모두 35°이다.the first stage auxiliary fiber is an aramid fiber, the elastic modulus is 85 GPa, the diameter is 243 μm, and the helix angle is 7°; the second stage auxiliary fiber is an ultra-high molecular weight polyethylene fiber, an elastic modulus of 130 GPa, a diameter of 149 μm, and a helix angle of 20°; The third-stage auxiliary fiber is a steel fiber and a carbon fiber, wherein the elastic modulus of the steel fiber is 205 GPa, the elastic modulus of the carbon fiber is 205 GPa, the diameter of both the steel fiber and the carbon fiber is 141 μm, and the carbon fiber and The helix angles of the steel fibers are all 35°.

상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.In the manufacturing method of the explosion-proof and shock-proof composite material, the specific manufacturing method is as follows.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:1.1이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 80℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다. 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이고; 상기 경화제는 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 지방족 아민계 경화제 중 하나 이상이다.(2) curing treatment step of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: a curing agent is added to the epoxy resin and stirred sufficiently, wherein the weight ratio of the curing agent to the epoxy resin is 1.0:1.1; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 80° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened, the single-stage heterogeneous fiber get the structure the epoxy resin is a bisphenol A type epoxy resin; The curing agent is at least one of polyamide, polyester resin, and an aliphatic amine-based curing agent.

(3) 3단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 3단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 3단 이질 섬유 구조를 얻는다.(3) Processing manufacturing step of three-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a single-stage structure, and sequentially performing steps (1) and (2) according to the helix angle of the three-stage structure to obtain a three-stage heterogeneous fiber structure.

(4) 3단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 3단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 3단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.(4) weaving manufacturing step of three-tier heterogeneous fiber preform: after weaving the obtained three-tier heterogeneous fiber into warp and weft plain weave structure by warp and weft plain weave method along the warp and weft direction, warp and weft the curing system according to step (2) A three-tier heterogeneous fiber preform is obtained by sufficiently coating all warp yarns and weft yarn intersection points of the weft yarn plain weave structure, and allowing it to stand until cured.

(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 0.5%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 3단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 8 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.(5) manufacturing step of explosion-proof and impact-proof composite material: adding graphene hydroxide having a mass fraction of 0.5% to the paint, and sufficiently dispersing it by ultrasonic dispersion to obtain and stock up a modified paint; disposing one layer of three-layer heterogeneous fiber preform on the surface of the substrate, and pouring, coating, or spraying 8 mm of the modified paint onto the surface of the substrate to cure; Then, the above steps are repeated to obtain the explosion-proof and shock-proof composite material.

실시예 3Example 3

방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 저탄소강이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 폴리우레탄이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 0.8%이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에 4층으로 평행 배열된 4단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한 상기 각 층의 4단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 35°이다. 상기 각 층의 4단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 90°이다. 인접한 상기 4단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 4 mm이다.The explosion-proof and shock-proof composite material includes a substrate and an explosion-proof and shock-proof coating layer covered on the substrate. The substrate is low carbon steel. The explosion-proof and impact-proof coating layer is formed by curing a paint coated on a substrate, and the paint is a polyurethane sufficiently dispersed by adding graphene hydroxide; The weight fraction of the graphene hydroxide in the paint is 0.8%. A four-layer heterogeneous fiber preform arranged in parallel in four layers is provided on the explosion-proof and impact-proof coating layer. The projected included angle of the multi-stage heterogeneous fibers between the four-stage heterogeneous fiber preforms of each of the adjacent layers is 35°. The included angle between the plane on which the four-layer heterogeneous fiber preform of each layer is located and the direction of the impact load resisted by the coating layer is 90°. The layer spacing of the adjacent four tier heterogeneous fiber preforms is 4 mm.

음성 푸아송 비 효과를 갖는 4단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 4단 이질 섬유의 코어 섬유간의 거리는 25 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리페닐렌 설파이드 섬유이며; 직경이 415 μm인 섬유 다발로, 탄성 계수는 5.94 GPa이고, 파단 신장율은 30%이다.In the four-stage heterogeneous fiber preform with negative Poisson's ratio effect, the distance between the core fibers of the adjacent four-stage heterogeneous fibers is 25 mm. the low modulus fiber is a polyphenylene sulfide fiber; With a fiber bundle with a diameter of 415 μm, the modulus of elasticity is 5.94 GPa, and the elongation at break is 30%.

상기 1단 보조 섬유는 폴리아릴레이트 섬유로, 탄성 계수는 50 GPa이고, 직경은 272 μm이며, 나선각은 6°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 폴리벤조디옥사졸 섬유로, 탄성 계수는 56 GPa이며, 직경은 223 μm이고, 나선각은 11°이며; 상기 제3단 보조 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로, 탄성 계수는 65 GPa이고, 직경은 145 μm이며, 나선각은 18°이고; 상기 제4단 보조 섬유는 산화알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 455 GPa이며, 직경은 125 μm이고, 나선각은 31°이다.the first-stage auxiliary fiber is a polyarylate fiber, an elastic modulus of 50 GPa, a diameter of 272 μm, and a helix angle of 6°; the second stage auxiliary fiber is a polybenzodioxazole fiber, the modulus of elasticity is 56 GPa, the diameter is 223 μm, and the helix angle is 11°; the third-stage auxiliary fiber is an ultra-high molecular weight polyethylene fiber, an elastic modulus of 65 GPa, a diameter of 145 μm, and a helix angle of 18°; The fourth-stage auxiliary fiber is an aluminum oxide fiber, has an elastic modulus of 455 GPa, a diameter of 125 μm, and a helix angle of 31°.

상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.In the manufacturing method of the explosion-proof and shock-proof composite material, the specific manufacturing method is as follows.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:1.0이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 50℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다. 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이고; 상기 경화제는 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 지방족 아민계 경화제 중 하나 이상이다.(2) curing treatment step of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: a curing agent is added to the epoxy resin and stirred sufficiently, wherein the mass ratio of the curing agent to the epoxy resin is 1.0:1.0; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 50° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened, the single-stage heterogeneous fiber get the structure the epoxy resin is a bisphenol A type epoxy resin; The curing agent is at least one of polyamide, polyester resin, and an aliphatic amine-based curing agent.

(3) 4단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 4단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 4단 이질 섬유 구조를 얻는다.(3) Process manufacturing step of four-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a one-stage structure, and sequentially performing steps (1) and (2) according to the helix angle of the four-stage structure to obtain a four-stage heterogeneous fiber structure.

(4) 4단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 4단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 4단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.(4) weaving manufacturing step of 4-layer heterogeneous fiber preform: After weaving the obtained 4-layer heterogeneous fibers into warp and weft plain weave structure by warp and weft plain weave method according to the warp and weft direction, warp and weft the curing system according to step (2) A four-layer heterogeneous fiber preform is obtained by sufficiently coating all warp yarns and weft yarn intersections of the weft yarn plain weave structure, and allowing it to stand until cured.

(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 0.8%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 4단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 5 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.(5) manufacturing step of explosion-proof and impact-proof composite material: adding graphene hydroxide having a mass fraction of 0.8% to the paint, and sufficiently dispersing it by ultrasonic dispersion to obtain and stock up a modified paint; disposing one layer of four-layer heterogeneous fiber preform on the surface of the substrate, and pouring, coating, or spraying 5 mm of the modified paint onto the surface of the substrate to cure; Then, the above steps are repeated to obtain the explosion-proof and shock-proof composite material.

실시예 4Example 4

방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 세라믹 기재 복합 재료이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 페놀 수지이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 1.1%이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에 2층으로 평행 배열된 5단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의 상기 5단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 46°이다.각 층의 상기 5단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 28°이다. 인접한 상기 5단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 8 mm이다.The explosion-proof and shock-proof composite material includes a substrate and an explosion-proof and shock-proof coating layer covered on the substrate. The substrate is a ceramic substrate composite material. The explosion-proof and impact-proof coating layer is formed by curing a paint coated on a substrate, and the paint is a phenol resin sufficiently dispersed by adding graphene hydroxide; The weight fraction of the graphene hydroxide in the paint is 1.1%. A 5-stage heterogeneous fiber preform arranged in parallel in two layers is provided on the explosion-proof and impact-proof coating layer. The projected included angle of the multistage heterogeneous fibers between the five tiers heterogeneous fiber preforms of each adjacent layer is 46°. to be. The layer spacing of the adjacent 5 tier heterogeneous fiber preforms is 8 mm.

음성 푸아송 비 효과를 갖는 5단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 5단 이질 섬유의 코어 섬유간의 거리는 30 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리에스테르 섬유이고; 폴리에스테르 섬유의 직경은 670 μm이며, 밀도는 1.34 g/cm3이고, 탄성 계수는 13.55 GPa이며, 파단 신장율은 20%이고, 연성 사슬 섬유이다.In the 5-stage heterogeneous fiber preform with negative Poisson's ratio effect, the distance between the core fibers of the adjacent 5-stage heterogeneous fibers is 30 mm. the low modulus fiber is a polyester fiber; The diameter of the polyester fiber is 670 μm, the density is 1.34 g/cm 3 , the modulus of elasticity is 13.55 GPa, the elongation at break is 20%, and it is a soft chain fiber.

상기 1단 보조 섬유는 아라미드 섬유로, 탄성 계수는 50 GPa이고, 직경은 230 μm이며, 나선각은 7°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 석영 섬유로, 탄성 계수는 78 GPa이며, 직경은 125 μm이고, 나선각은 10°이며, 상기 제3단 보조 섬유는 폴리아릴레이트 섬유로, 탄성 계수는 87 GPa이고, 직경은 90 μm이며, 나선각은 24°이고, 상기 제4단 보조 섬유는 현무암 섬유로, 탄성 계수는 111 GPa이고, 직경은 77 μm이며, 나선각은 35°이고; 상기 제5단 보조 섬유는 산화알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 459 GPa이며, 직경은 71 μm이고, 나선각은 50°이다.the first-stage auxiliary fiber is an aramid fiber, the elastic modulus is 50 GPa, the diameter is 230 μm, and the helix angle is 7°; the auxiliary fiber of the second stage is a quartz fiber, the modulus of elasticity is 78 GPa, the diameter is 125 μm, the helix angle is 10°, the auxiliary fiber of the third stage is a polyarylate fiber, the modulus of elasticity is 87 GPa; , the diameter is 90 μm, the helix angle is 24°, the fourth stage auxiliary fiber is a basalt fiber, the elastic modulus is 111 GPa, the diameter is 77 μm, the helix angle is 35°; The fifth stage auxiliary fiber is an aluminum oxide fiber, has an elastic modulus of 459 GPa, a diameter of 71 μm, and a helix angle of 50°.

상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.In the manufacturing method of the explosion-proof and shock-proof composite material, the specific manufacturing method is as follows.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:1.2이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 70℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다. 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이고; 상기 경화제는 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 지방족 아민계 경화제 중 하나 이상이다.(2) curing treatment step of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: a curing agent is added to the epoxy resin and stirred sufficiently, wherein the mass ratio of the curing agent to the epoxy resin is 1.0:1.2; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 70° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened, the single-stage heterogeneous fiber get the structure the epoxy resin is a bisphenol A type epoxy resin; The curing agent is at least one of polyamide, polyester resin, and an aliphatic amine-based curing agent.

(3) 5단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 5단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 5단 이질 섬유 구조를 얻는다.(3) Processing manufacturing step of five-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a one-stage structure, and sequentially performing steps (1) and (2) according to the helix angle of the five-stage structure to obtain a five-stage heterogeneous fiber structure.

(4) 5단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 5단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 5단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.(4) weaving manufacturing step of 5-stage heterogeneous fiber preform: After weaving the obtained 5-stage heterogeneous fibers into warp and weft plain weave structure by warp and weft plain weave method along the warp and weft direction, warp and weft the curing system according to step (2) All warp and weft intersections of the weft yarn plain weave structure are sufficiently coated, and left to stand until cured to obtain a 5-stage heterogeneous fiber preform.

(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 1.1%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 5단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 10 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.(5) manufacturing step of explosion-proof and impact-proof composite material: adding graphene hydroxide having a mass fraction of 1.1% to the paint, and sufficiently dispersing it by ultrasonic dispersion to obtain and stock up a modified paint; disposing one layer of five-layer heterogeneous fiber preform on the surface of the substrate, and pouring, coating, or spraying 10 mm of the modified paint onto the surface of the substrate to cure; Then, the above steps are repeated to obtain the explosion-proof and shock-proof composite material.

실시예 5Example 5

방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 ABS 수지 중합체 재료이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 유기실리콘 수지이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 1.6%이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에 5층으로 평행 배열된 6단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의 상기 6단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 67°이다. 각 층의 상기 6단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 75°이다. 인접한 상기 6단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 6 mm이다.The explosion-proof and shock-proof composite material includes a substrate and an explosion-proof and shock-proof coating layer covered on the substrate. The substrate is an ABS resin polymer material. The explosion-proof and impact-proof coating layer is formed by curing a paint coated on a substrate, and the paint is an organosilicon resin sufficiently dispersed by adding graphene hydroxide; The weight fraction of the graphene hydroxide in the paint is 1.6%. A six-layer heterogeneous fiber preform arranged in parallel in five layers is provided on the explosion-proof and impact-proof coating layer. The projected included angle of the multi-stage heterogeneous fibers between the six-stage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 67°. The included angle between the plane on which the six-layer heterogeneous fiber preform of each layer is located and the direction of the impact load resisted by the coating layer is 75°. The interlayer spacing of the adjacent six tier heterogeneous fiber preforms is 6 mm.

음성 푸아송 비 효과를 갖는 6단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 6단 이질 섬유의 코어 섬유간의 거리는 40 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리비닐알코올 섬유이고; 폴리아미드 섬유는 긴 섬유로, 직경은 485 μm이며, 파단 신장율은 24%이고, 탄성 계수는 5.23 GPa이며, 밀도는 1.16 g/cm3이다.In the six-stage heterogeneous fiber preform having the negative Poisson's ratio effect, the distance between the core fibers of the adjacent six-stage heterogeneous fibers is 40 mm. the low modulus fiber is a polyvinyl alcohol fiber; Polyamide fibers are long fibers, with a diameter of 485 μm, an elongation at break of 24%, a modulus of elasticity of 5.23 GPa, and a density of 1.16 g/cm 3 .

상기 1단 보조 섬유는 아라미드 섬유로, 탄성 계수는 72 GPa이고, 직경은 285 μm이며, 나선각은 7°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 폴리아릴레이트 섬유로, 탄성 계수는 120 GPa이며, 직경은 226 μm이고, 나선각은 15°이며; 상기 제3단 보조 섬유는 강 섬유로, 탄성 계수는 210 GPa이고, 직경은 180 μm이며, 나선각은 25°이고; 상기 제4단 보조 섬유는 탄화규소 섬유로, 탄성 계수는 290 GPa이며, 직경은 142 μm이고, 나선각은 34°이며; 상기 제5단 보조 섬유는 산화알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 373 GPa이고, 직경은 114 μm이며, 나선각은 40°이고; 상기 제6단 보조 섬유는 규산알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 481 GPa이며, 직경은 100 μm이고, 나선각은 50°이다.the first stage auxiliary fiber is an aramid fiber, the modulus of elasticity is 72 GPa, the diameter is 285 μm, and the helix angle is 7°; the second-stage auxiliary fiber is a polyarylate fiber, an elastic modulus of 120 GPa, a diameter of 226 μm, and a helix angle of 15°; the third-stage auxiliary fiber is a steel fiber, the elastic modulus is 210 GPa, the diameter is 180 μm, and the helix angle is 25°; the fourth stage auxiliary fiber is silicon carbide fiber, the elastic modulus is 290 GPa, the diameter is 142 μm, and the helix angle is 34°; the fifth stage auxiliary fiber is an aluminum oxide fiber, the elastic modulus is 373 GPa, the diameter is 114 μm, and the helix angle is 40°; The sixth stage auxiliary fiber is an aluminum silicate fiber, has an elastic modulus of 481 GPa, a diameter of 100 μm, and a helix angle of 50°.

상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.In the manufacturing method of the explosion-proof and shock-proof composite material, the specific manufacturing method is as follows.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.8이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 75℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다. 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이고; 상기 경화제는 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 지방족 아민계 경화제 중 하나 이상이다.(2) step of curing treatment of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: a curing agent is added to the epoxy resin and stirred sufficiently, wherein a mass ratio of the curing agent and the epoxy resin is 1.0:0.8; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 75°C to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened, the single-stage heterogeneous fiber get the structure the epoxy resin is a bisphenol A type epoxy resin; The curing agent is at least one of polyamide, polyester resin, and an aliphatic amine-based curing agent.

(3) 6단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 6단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 6단 이질 섬유 구조를 얻는다.(3) Processing manufacturing step of 6-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a 1-stage structure, and sequentially performing steps (1) and (2) according to the helix angle of the 6-stage structure to obtain a 6-stage heterogeneous fiber structure.

(4) 6단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 6단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 6단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.(4) weaving manufacturing step of 6-layer heterogeneous fiber preform: After weaving the obtained 6-layer heterogeneous fiber into warp and weft plain weave structure by warp and weft plain weave method along the warp and weft direction, warp and weft the curing system according to step (2) A six-layer heterogeneous fiber preform is obtained by sufficiently coating all warp yarns and weft yarn intersection points of the weft yarn plain weave structure, and allowing it to stand until cured.

(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 1.6%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 6단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 8 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.(5) manufacturing step of explosion-proof and impact-proof composite material: add graphene hydroxide having a mass fraction of 1.6% to the paint, and sufficiently disperse it by ultrasonic dispersion to obtain and stock up a modified paint; disposing one layer of six-layer heterogeneous fiber preform on the surface of the substrate, and pouring, coating, or spraying 8 mm of the modified paint onto the surface of the substrate to cure; Then, the above steps are repeated to obtain the explosion-proof and shock-proof composite material.

실시예 6Example 6

방폭 및 방충격 복합 재료는 기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함한다. 상기 기재는 유리이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 우레아-포름알데히드 수지이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 0.3%이다. 상기 방폭 및 방충격 코팅층에 5층으로 평행 배열된 7단 이질 섬유 프리폼이 구비된다. 인접한각 층의상기7단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 85°이다.각 층의 상기 7단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 5°이다. 인접한 상기 7단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 2 mm이다.The explosion-proof and shock-proof composite material includes a substrate and an explosion-proof and shock-proof coating layer covered on the substrate. The substrate is glass. The explosion-proof and impact-proof coating layer is formed by curing a paint coated on a substrate, and the paint is a urea-formaldehyde resin sufficiently dispersed by adding graphene hydroxide; The weight fraction of the graphene hydroxide in the paint is 0.3%. A seven-layer heterogeneous fiber preform arranged in parallel in five layers is provided on the explosion-proof and impact-proof coating layer. The projection angle of the multistage heterogeneous fibers between the 7 tiers heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 85°. to be. The layer spacing of the adjacent 7-tier heterogeneous fiber preforms is 2 mm.

음성 푸아송 비 효과를 갖는 7단 이질 섬유 프리폼에서, 인접한 상기 7단 이질 섬유의 코어 섬유간의 거리는 50 mm이다. 상기 저모듈러스 섬유는 폴리이미드 섬유이고; 여기서 탄성 계수는 12 GPa이며, 밀도는 2.35 g/cm3이고, 직경은 600 μm이며, 파단 신장율29%이다.In the 7-stage heterogeneous fiber preform with negative Poisson's ratio effect, the distance between the core fibers of the adjacent 7-stage heterogeneous fibers is 50 mm. the low modulus fiber is a polyimide fiber; Here, the modulus of elasticity is 12 GPa, the density is 2.35 g/cm 3 , the diameter is 600 μm, and the elongation at break is 29%.

상기 1단 보조 섬유는 내알칼리성 유리 섬유로, 탄성 계수는 74 GPa이고, 직경은 305 μm이며, 나선각은 5°이고; 상기 제2단 보조 섬유는 초고분자량 폴리에틸렌 섬유로, 탄성 계수는 100 GPa이며, 직경은 200 μm이고, 나선각은 14°이며; 상기 제3단 보조 섬유는 탄화규소 섬유로, 탄성 계수는 174 GPa이고, 직경은 152 μm이며, 나선각은 24°이고; 상기 제4단 보조 섬유는 강 섬유로, 탄성 계수는 202 GPa이며, 직경은 124 μm이고, 나선각은 33°이며; 상기 제5단 보조 섬유는 탄소 섬유로, 탄성 계수는 245 GPa이고, 직경은 102 μm이며, 나선각은 40°이고; 상기 제6단 보조 섬유는 산화알루미늄 섬유로, 탄성 계수는 351 GPa이며, 직경은 76 μm이고, 나선각은 50°이며; 상기 제7단 보조 섬유는 탄화규소 섬유로, 탄성 계수는 462 GPa이고, 직경은 41 μm이며, 나선각은 60°이다.the first-stage auxiliary fiber is alkali-resistant glass fiber, the elastic modulus is 74 GPa, the diameter is 305 μm, and the helix angle is 5°; the second stage auxiliary fiber is an ultra-high molecular weight polyethylene fiber, an elastic modulus of 100 GPa, a diameter of 200 μm, and a helix angle of 14°; the third-stage auxiliary fiber is silicon carbide fiber, the elastic modulus is 174 GPa, the diameter is 152 μm, and the helix angle is 24°; the fourth stage auxiliary fiber is a steel fiber, the elastic modulus is 202 GPa, the diameter is 124 μm, and the helix angle is 33°; the fifth stage auxiliary fiber is carbon fiber, the elastic modulus is 245 GPa, the diameter is 102 μm, and the helix angle is 40°; the sixth stage auxiliary fiber is an aluminum oxide fiber, the elastic modulus is 351 GPa, the diameter is 76 μm, and the helix angle is 50°; The seventh-stage auxiliary fiber is a silicon carbide fiber, has an elastic modulus of 462 GPa, a diameter of 41 μm, and a helix angle of 60°.

상기 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 방법에 있어서, 상기 구체적인 제조 방법은 하기와 같다.In the manufacturing method of the explosion-proof and shock-proof composite material, the specific manufacturing method is as follows.

(1) 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계: 상기 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는다.(1) Processing manufacturing step of single-stage heterogeneous fiber embryonic structure: According to the spiral angle of the single-stage structure, the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, is wound around a low-modulus fiber, which is a core fiber, to form a single-stage heterogeneous fiber embryo structure get

(2) 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계: 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.9이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 65℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는다. 상기 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지이고; 상기 경화제는 폴리아미드, 폴리에스테르 수지, 지방족 아민계 경화제 중 하나 이상이다.(2) step of curing treatment of single-stage heterogeneous fiber embryo structure: a curing agent is added to the epoxy resin and stirred sufficiently, wherein a mass ratio of the curing agent to the epoxy resin is 1.0:0.9; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 65° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened, the single-stage heterogeneous fiber get the structure the epoxy resin is a bisphenol A type epoxy resin; The curing agent is at least one of polyamide, polyester resin, and an aliphatic amine-based curing agent.

(3) 7단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계: 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 7단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 7단 이질 섬유 구조를 얻는다.(3) Processing manufacturing step of seven-stage heterogeneous fiber structure: using the heterogeneous fibers obtained in step (2) as a one-stage structure, and sequentially performing steps (1) and (2) according to the helix angle of the seven-stage structure to obtain a 7-stage heterogeneous fiber structure.

(4) 7단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계: 얻은 7단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 7단 이질 섬유 프리폼을 얻는다.(4) Weave manufacturing step of 7-tier heterogeneous fiber preform: After weaving the obtained 7-tier heterogeneous fiber into warp and weft plain weave structure by warp and weft plain weave method along the warp and weft direction, warp and weft the curing system according to step (2) A 7-layer heterogeneous fiber preform is obtained by sufficiently coating all warp yarns and weft yarn intersection points of the weft yarn plain weave structure, and allowing it to stand until cured.

(5) 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계: 질량 분율이 0.3%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 7단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 4 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는다.(5) manufacturing step of explosion-proof and impact-proof composite material: add graphene hydroxide having a mass fraction of 0.3% to the paint, and sufficiently disperse it by ultrasonic dispersion to obtain and stock up a modified paint; disposing one layer of 7-layer heterogeneous fiber preform on the surface of the substrate, and pouring, coating, or spraying 4 mm of the modified paint onto the surface of the substrate to cure; Then, the above steps are repeated to obtain the explosion-proof and shock-proof composite material.

대조 실시예 1Control Example 1

저탄소강 표면에 일반적인 처리 후 아라미드 섬유를 배치하며; 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 에폭시 수지이고; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 0.4%(실시예 1과 동일)이다. 구체적인 방법은 다음과 같다. 두 가지 성분을 혼합한 다음 상기 기재 표면에 스프레이하여 한 층의 코팅층을 형성하고, 두께는 6 mm이며, 그 다음 한 층의 아라미드 섬유로 커버하고, 한 층의 도료를 스프레이하며, 두께는 6 mm이고, 순차적으로 3회 중복하여 방폭 및 방탄 코팅층을 형성하며, 코팅층의 전체 두께는 18 mm에 도달한다. 섬유 메쉬층이 없는 상기 저탄소강의 표면에 스프레이 하여 동일한 두께의 방폭 및 방탄 코팅층을 형성하며, 이의 충격 강도를 테스트의 기준으로 사용한다.Laying aramid fibers after general treatment on the surface of low carbon steel; The paint is an epoxy resin sufficiently dispersed by adding graphene hydroxide; The weight fraction of the graphene hydroxide in the paint is 0.4% (same as Example 1). The specific method is as follows. The two components are mixed and then sprayed on the surface of the substrate to form a coating layer with a thickness of 6 mm, then covered with one layer of aramid fiber, and sprayed with one layer of paint, the thickness of which is 6 mm and sequentially overlapping three times to form an explosion-proof and anti-ballistic coating layer, and the total thickness of the coating layer reaches 18 mm. By spraying on the surface of the low-carbon steel without a fiber mesh layer, an explosion-proof and anti-ballistic coating layer of the same thickness is formed, and its impact strength is used as a test standard.

대조 실시예 1과 실시예 1 내지 6에서 제조된 복합 코팅층 샘플 각각에 대해 상응한 역학적 성질 테스트를 수행한다.A corresponding mechanical property test was performed on each of the composite coating layer samples prepared in Control Example 1 and Examples 1 to 6.

섬유 역학적 성질 테스트: 만능 기계 시험기를 사용하며, 인장 속도는 5 mm/min이고, 섬유 길이는 250 mm이다.Fiber mechanical properties test: universal mechanical testing machine is used, the tensile speed is 5 mm/min, and the fiber length is 250 mm.

푸아송 비 테스트: 디지털 스펙클 상관 방법은 만능 기계 시험기의 테스트 및 계산과 함께 사용되며, 기계 시험기의 하중 속도는 5 mm/min이다.Poisson's ratio test: The digital speckle correlation method is used with the testing and calculation of universal mechanical testing machine, the load speed of mechanical testing machine is 5 mm/min.

복합 코팅층의 역학적성질 테스트: 각각 ASTMD638, ASTM D638, ASTM D624에 따라 만능 시험기로 테스트하여 재료의 인장 강도, 파단 신장율, 인열 저항 강도 및 충격 강도를 얻는다.Testing the mechanical properties of the composite coating layer: The tensile strength, elongation at break, tear resistance strength and impact strength of the material are obtained by testing with a universal testing machine according to ASTMD638, ASTM D638, and ASTM D624, respectively.

표 1 대조 실시예 1의 섬유망과 실시예 1 내지 6에서 제조된 섬유 프리폼의 파라미터Table 1 Parameters of the fiber network of Control Example 1 and the fiber preforms prepared in Examples 1 to 6

Figure 112022023104020-pct00001
Figure 112022023104020-pct00001

표 2 대조 실시예 1과 실시예 1 내지 6에서 제조된 방폭 및 방충격 복합 코팅층의 역학적 성질 테스트 파라미터Table 2 Mechanical properties test parameters of the explosion-proof and impact-proof composite coating layers prepared in Control Example 1 and Examples 1 to 6

Figure 112022023104020-pct00002
Figure 112022023104020-pct00002

표 1로부터 알 수 있다시피, 실시예 1 내지 6에서 제조된 섬유 프리폼의 푸아송 비는 -5.77 내지 -10.64이고, 대조 실시예에 따른 섬유망의 푸아송 비는 0.3이다. 이로부터 알 수 있다시피, 종래기술의 섬유망과 비교하여 본 발명에 따른 다단 섬유 프리폼의 푸아송 비 효과는 보다 더 현저하고; 섬유 프리폼에서 보조 섬유의 단수(stage number)가 증가함에 따라 음성 푸아송 비 효과도 점차 증가한다.As can be seen from Table 1, the Poisson's ratio of the fiber preforms prepared in Examples 1 to 6 was -5.77 to -10.64, and the Poisson's ratio of the fiber network according to the control example was 0.3. As can be seen from this, the Poisson's ratio effect of the multi-stage fiber preform according to the present invention is more significant compared to the fiber network of the prior art; As the stage number of auxiliary fibers in the fiber preform increases, the negative Poisson's ratio effect also gradually increases.

표 2로부터 알 수 있다시피, 실시예 1 내지 6에서 제조된 복합 코팅층의 인장 강도는 36.4 내지 47.3 MPa이고, 파단 신장율은 343.6% 내지 369.0%이며, 인열 저항 강도는 149.6 kN/m 내지 187.4 kN/m이고; 대조 실시예 1과 비교하여 모두 현저히 향상되고, 특히 인열 저항 강도는 83.7%로 향상되었으며, 이는 역학적 성질이 크게 향상되었음을 나타낸다. 아울러, 섬유 강화가 없는 구조의 동일한 코팅층과 비교하여, 본 발명에서 제조된 복합 코팅층의 방충격 성능은 298.5%로 증폭되고; 이는 상기 복합 코팅층의 프리폼에서 다단 보조 섬유의 구배 나선형 설계 및 3차원 층상 배열이 방충격 및 방폭 성능을 향상시키는 데 현저한 효과가 있음을 나타낸다.As can be seen from Table 2, the tensile strength of the composite coating layer prepared in Examples 1 to 6 is 36.4 to 47.3 MPa, the elongation at break is 343.6% to 369.0%, and the tear resistance strength is 149.6 kN/m to 187.4 kN/ m; Compared with Control Example 1, all were significantly improved, and in particular, the tear resistance strength was improved to 83.7%, indicating that the mechanical properties were greatly improved. In addition, compared with the same coating layer of the structure without fiber reinforcement, the impact resistance performance of the composite coating layer prepared in the present invention is amplified by 298.5%; This indicates that the gradient spiral design and three-dimensional layered arrangement of multi-stage auxiliary fibers in the preform of the composite coating layer have a remarkable effect in improving the shock and explosion-proof performance.

Claims (10)

기재 및 기재에 커버된 방폭 및 방충격 코팅층을 포함하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료로서,
상기 방폭 및 방충격 코팅층은 기재에 코팅된 도료가 경화되어 형성된 것이고, 상기 도료는 수산화그래핀을 첨가하여 충분히 분산시킨 알키드 수지(alkyd resin), 아크릴 수지(acrylic resin), 에폭시 수지(epoxy resin), 페놀 수지(phenolic resin), 우레아-포름알데히드 수지(urea-formaldehyde resin), 유기실리콘 수지(organicsilicone resin), 폴리우레탄(polyurethane) 및 폴리우레아(polyurea) 중 하나 이상이며; 도료에서 상기 수산화그래핀의 중량 분율은 0.2% 내지 2.0%이고;
상기 방폭 및 방충격 코팅층에는 여러 층으로 평행 배열된 다단 이질 섬유 프리폼이 구비되며; 상기 섬유 프리폼은 복수의 다단 이질 섬유에 의해 경사 및 위사로 평직되어 형성되고; 상기 다단 이질 섬유는 다단 보조 섬유에 의해 코어 섬유에 감겨 형성되며; 상기 코어 섬유는 저모듈러스 섬유이고, 상기 다단 보조 섬유는 코어 섬유에 순차적으로 감긴 탄성 계수가 상기 코어 섬유 보다 큰 고모듈러스 섬유를 포함하며; 상기 다단 보조 섬유 중의 1단 보조 섬유의 탄성 계수는 50 GPa 내지 90 GPa이고; 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 탄성 계수비는 1.1 내지 9.6이며, N = 2 내지 7이고; 상기 코어 섬유와 1단 보조 섬유의 직경비는 1.5 내지 3.0이며, 코어 섬유와 제N단 보조 섬유의 직경비는 2.5 내지 15.0이고, 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 직경비는 0.5 내지 0.9이며, N은 2 내지 7이고; 상기 제1단 보조 섬유의 나선각은 2°내지 8°이며, 제N단 보조 섬유의 나선각은 제N-1단 보조 섬유에 비해 3°내지 15°증가하고, 제N단 보조 섬유의 나선각은 5°내지 60°이며, N은 2 내지 7인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
An explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material comprising a substrate and an explosion-proof and impact-proof coating layer covered on the substrate,
The explosion-proof and shock-proof coating layer is formed by curing a paint coated on a substrate, and the paint is an alkyd resin, an acrylic resin, an epoxy resin, which is sufficiently dispersed by adding graphene hydroxide. , at least one of phenolic resin, urea-formaldehyde resin, organicsilicone resin, polyurethane, and polyurea; The weight fraction of the graphene hydroxide in the paint is 0.2% to 2.0%;
The explosion-proof and impact-proof coating layer is provided with a multi-stage heterogeneous fiber preform arranged in parallel in several layers; the fiber preform is formed by plain weave with warp and weft yarns by a plurality of multi-stage heterogeneous fibers; the multi-stage heterogeneous fibers are formed by winding a core fiber with a multi-stage auxiliary fiber; the core fiber is a low modulus fiber, and the multi-stage auxiliary fiber includes a high modulus fiber sequentially wound around the core fiber and having a higher modulus of elasticity than the core fiber; the modulus of elasticity of the one-stage auxiliary fiber in the multi-stage auxiliary fiber is 50 GPa to 90 GPa; The elastic modulus ratio of the N-th stage auxiliary fiber and the N-1 stage auxiliary fiber is 1.1 to 9.6, and N = 2 to 7; The diameter ratio of the core fiber to the first stage auxiliary fiber is 1.5 to 3.0, the diameter ratio of the core fiber to the Nth stage auxiliary fiber is 2.5 to 15.0, and the diameter ratio of the N stage auxiliary fiber to the N-1 stage auxiliary fiber is is 0.5 to 0.9, N is 2 to 7; The helix angle of the first stage auxiliary fiber is 2 ° to 8 °, the helix angle of the N-th stage auxiliary fiber is increased by 3 ° to 15 ° compared to the N-1 stage auxiliary fiber, and the helix of the N-th stage auxiliary fiber is The angle is 5 ° to 60 °, N is 2 to 7 explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material, characterized in that.
제1항에 있어서,
인접한 상기 다단 이질 섬유의 코어 섬유 간의 거리는 2 mm 내지 50 mm이고; 상기 저모듈러스 섬유의 탄성 계수는 50 MPa 내지 50 GPa이며; 상기 고모듈러스 섬유의 탄성 계수는 ≥ 50 GPa이고; 제N단 보조 섬유와 제N-1단 보조 섬유의 탄성 계수비는 1.1 내지 7.5이며, N은 2 내지 7이고; 상기 코어 섬유와 1단 보조 섬유의 직경비는 1.5 내지 2.5이며, 코어 섬유와 제N단 보조 섬유의 직경비는 2.5 내지 10.0이고, 제N단 보조 섬유의 나선각은 10°내지 60°이며, N은 2 내지 7인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
According to claim 1,
the distance between the core fibers of the adjacent multi-stage heterogeneous fibers is between 2 mm and 50 mm; the modulus of elasticity of the low modulus fiber is 50 MPa to 50 GPa; the modulus of elasticity of the high modulus fiber is ≧50 GPa; The elastic modulus ratio of the N-th stage auxiliary fiber to the N-1 stage auxiliary fiber is 1.1 to 7.5, and N is 2 to 7; The diameter ratio of the core fiber to the first stage auxiliary fiber is 1.5 to 2.5, the diameter ratio of the core fiber to the Nth stage auxiliary fiber is 2.5 to 10.0, and the helix angle of the Nth stage auxiliary fiber is 10 ° to 60 °, N is 2 to 7 explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material, characterized in that.
제2항에 있어서,
인접한 각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼 사이의 다단 이질 섬유의 투영 협각은 5°내지 90°인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
3. The method of claim 2,
An explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material, characterized in that the projected narrow angle of the multi-stage heterogeneous fibers between the multi-stage heterogeneous fiber preforms in each adjacent layer is 5° to 90°.
제2항에 있어서,
각 층의 상기 다단 이질 섬유 프리폼이 위치하는 평면과 코팅층이 저항하는 충격 하중 방향 사이의 협각은 5°내지 90°인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
3. The method of claim 2,
Explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material, characterized in that the included angle between the plane on which the multi-stage heterogeneous fiber preform of each layer is located and the direction of the impact load resisted by the coating layer is 5° to 90°.
제3항에 있어서,
인접한 상기 다단 이질 섬유 프리폼의 층 간격은 2 mm 내지 20 mm인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
4. The method of claim 3,
The explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material, characterized in that the layer spacing of the adjacent multi-stage heterogeneous fiber preform is 2 mm to 20 mm.
제5항에 있어서,
상기 저모듈러스 섬유는 폴리에틸렌 섬유(polyethylene fiber), 폴리비닐알코올 섬유(polyvinyl alcohol fiber), 폴리비닐포르말 섬유(polyvinyl formal fiber), 폴리염화비닐 섬유(polyvinyl chloride fiber), 폴리프로필렌 섬유(polypropylene fiber), 폴리아크릴로니트릴 섬유(polyacrylonitrile fiber), 폴리아미드 섬유(polyamide fiber), 폴리이미드 섬유(polyimide fiber), 폴리에스테르 섬유(polyester fiber), 폴리우레탄 섬유(polyurethane fiber), 셀룰로오스 섬유(cellulose fiber), 폴리테트라플루오로에틸렌 섬유(polytetrafluoroethylene fiber) 및 폴리페닐렌 설파이드 섬유(polyphenylene sulfide fiber) 중 하나 이상이고; 상기 고모듈러스 섬유는 아라미드 섬유(aramid fiber), 폴리벤즈이미다졸 섬유(polybenzimidazole fiber), 폴리벤조디옥사졸 섬유(polybenzodioxazole fiber), 폴리아릴레이트 섬유(polyarylate fiber), 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 유리 섬유(glass fiber), 탄소 섬유(carbon fiber), 강 섬유(steel fiber), 연속 현무암 섬유(continuous basalt fiber), 탄화규소 섬유(silicon carbide fiber), 산화마그네슘 섬유(magnesium oxide fiber), 산화알루미늄 섬유(alu minium oxide fiber), 실리카 섬유(silica fiber), 석영 섬유(quartz fiber), 규산알루미늄 섬유(alu minium silicate fiber), 그래핀 섬유(graphene fiber) 및 보론 섬유(boron fiber) 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
6. The method of claim 5,
The low modulus fiber is polyethylene fiber, polyvinyl alcohol fiber, polyvinyl formal fiber, polyvinyl chloride fiber, polypropylene fiber. , polyacrylonitrile fiber, polyamide fiber, polyimide fiber, polyester fiber, polyurethane fiber, cellulose fiber, at least one of polytetrafluoroethylene fiber and polyphenylene sulfide fiber; The high modulus fiber is an aramid fiber, polybenzimidazole fiber, polybenzodioxazole fiber, polyarylate fiber, ultra-high molecular weight polyethylene fiber, glass fiber ( glass fiber, carbon fiber, steel fiber, continuous basalt fiber, silicon carbide fiber, magnesium oxide fiber, aluminum oxide fiber (alu) Minium oxide fiber), silica fiber (silica fiber), quartz fiber (quartz fiber), aluminum silicate fiber (alu minium silicate fiber), graphene fiber (graphene fiber) and boron fiber (boron fiber) characterized in that at least one Explosion-proof and shock-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material.
제5항에 있어서,
상기 기재는 금속, 세라믹, 유리, 콘크리트, 중합체 및 복합 재료 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료.
6. The method of claim 5,
The base material is an explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material, characterized in that at least one of metal, ceramic, glass, concrete, polymer and composite material.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료의 제조 방법으로서,
상기 구체적인 제조 방법은,
(1) 1단 구조의 나선각에 따라, 1단 보조 섬유인 상기 고모듈러스 섬유를 코어 섬유인 저모듈러스 섬유에 감아, 1단 이질 섬유 배아 구조를 얻는, 1단 이질 섬유 배아 구조의 가공 제조 단계;
(2) 경화제를 에폭시 수지에 첨가하여 충분히 교반하되, 상기 경화제와 에폭시 수지의 질량비는 1.0:0.8 내지 1.0:1.2이고; 그 다음 단계 (1)에서 제조된 1단 이질 섬유 배아 구조를 침지시키며, 50℃ 내지 80℃로 가열하여 1단 이질 섬유 배아 구조를 충분히 침지시킨 후 경화 시스템을 빼내고, 경화될 때까지 정치하여 1단 이질 섬유 구조를 얻는, 1단 이질 섬유 배아 구조의 경화 처리 단계;
(3) 단계 (2)에서 얻은 이질 섬유를 1단 구조로 사용하고, 상기 N단 구조의 나선각에 따라, 단계 (1) 및 단계 (2)를 순차적으로 중복하여 N단 이질 섬유 구조를 얻으며, N은 2 내지 7인, 다단 이질 섬유 구조의 가공 제조 단계;
(4) 얻은 N단 이질 섬유를 경위 방향에 따라 경사 및 위사 평직법으로 경사 및 위사 평직 구조로 직조한 후, 단계 (2)에 따른 경화 시스템을 경사 및 위사 평직 구조의 모든 경사 및 위사 교차점에 충분히 코팅하고, 경화될 때까지 정치하여 N단 이질 섬유 프리폼을 얻으며, N은 2 내지 7인, 다단 이질 섬유 프리폼의 직조 제조 단계; 및
(5) 질량 분율이 0.2% 내지 2.0%인 수산화그래핀을 도료에 첨가하며, 초음파 분산으로 이를 충분히 분산시켜 변성 도료를 얻고 비축하며; 기재 표면에 한 층의 다단 이질 섬유 프리폼을 배치하고, 2 mm 내지 20 mm의 상기 변성 도료를 기재 표면에 붓거나 코팅하거나 또는 스프레이하여 경화하며; 그 다음 상기 단계를 중복하여 상기 방폭 및 방충격 복합 재료를 얻는, 방폭 및 방충격 복합 재료의 제조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료의 제조 방법.
A method for producing an explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material according to any one of claims 1 to 7, comprising:
The specific manufacturing method is,
(1) According to the helix angle of the single-stage structure, winding the high-modulus fiber, which is a first-stage auxiliary fiber, on a low-modulus fiber, which is a core fiber, to obtain a single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, processing manufacturing step of a single-stage heterogeneous fiber embryo structure ;
(2) adding a curing agent to the epoxy resin and sufficiently stirring, wherein the mass ratio of the curing agent to the epoxy resin is 1.0:0.8 to 1.0:1.2; Then, the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure prepared in step (1) is immersed, heated to 50° C. to 80° C. to sufficiently immerse the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure, and then the hardening system is taken out, and left to stand until hardened. Hardening treatment step of the single-stage heterogeneous fiber embryonic structure to obtain a single heterogeneous fiber structure;
(3) using the heterogeneous fiber obtained in step (2) as a single-stage structure, and sequentially overlapping steps (1) and (2) according to the helix angle of the N-stage structure to obtain an N-stage heterogeneous fiber structure, , N is 2 to 7, processing manufacturing step of the multi-stage heterogeneous fiber structure;
(4) After weaving the obtained N-stage heterogeneous fibers into warp and weft plain weave structures by warp and weft plain weave along the warp and weft directions, the curing system according to step (2) is applied to all warp and weft intersections of warp and weft plain weave structures. A step of weaving manufacturing of a multi-stage heterogeneous fiber preform, in which N is 2 to 7, by sufficiently coating and allowing to stand until cured to obtain an N-stage heterogeneous fiber preform; and
(5) adding graphene hydroxide having a mass fraction of 0.2% to 2.0% to the paint, and sufficiently dispersing it by ultrasonic dispersion to obtain and stockpile a modified paint; disposing one layer of multi-stage heterogeneous fiber preform on the surface of the substrate, and pouring, coating, or spraying the modified paint of 2 mm to 20 mm on the surface of the substrate to cure; and then repeating the steps to obtain the explosion-proof and impact-proof composite material, comprising the step of manufacturing an explosion-proof and impact-proof composite material.
제8항에 있어서,
단계 (2)에 따른 에폭시 수지는 비스페놀 A형 에폭시 수지(bisphenol A epoxy resin)이고; 상기 경화제는 폴리아미드(polyamide), 폴리에스테르 수지(polyester resin), 지방족 아민(aliphatic a mine)계 경화제 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방폭 및 방충격 다단 이질 섬유 프리폼 복합 재료의 제조 방법.
9. The method of claim 8,
The epoxy resin according to step (2) is a bisphenol A epoxy resin; The curing agent is polyamide (polyamide), polyester resin (polyester resin), aliphatic amine (aliphatic a mine) method of manufacturing an explosion-proof and impact-proof multi-stage heterogeneous fiber preform composite material, characterized in that at least one of the curing agent.
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