一種石墨烯復(fù)合防彈材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001 ]本發(fā)明屬于防彈材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種石墨烯復(fù)合防彈材料的制備方法，采用物理混合的方法將石墨烯與高分子樹脂材料進(jìn)行復(fù)合，制成具有良好機(jī)械強(qiáng)度和耐溫性的復(fù)合防彈材料。
【背景技術(shù)】
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[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，防彈層主要是選用金屬(特種鋼、鋁合金、鈦合金)、陶瓷片(剛玉、碳化硼、碳化硅、氧化鋁)、玻璃鋼、尼龍(PA)、凱夫拉(KEVLAR)、超高分子量聚乙烯纖維(D0YENTR0NTEX Fiber)、液體防護(hù)材料等材料形成單一或復(fù)合型防護(hù)材料層，其通過將彈頭、彈片彈開和/或嵌住并消釋子彈、彈片的沖擊動能，從而對人體起到保護(hù)作用。但隨著槍械的殺傷力、射擊精度和射程等參數(shù)日益提高，恐怖活動與反恐斗爭、持槍犯罪與制止犯罪行動中人員傷害日趨嚴(yán)重，致使單兵及其隨行裝備的防彈問題日漸突出。現(xiàn)有的防彈材料大都存在單位質(zhì)量重、柔性及透氣性差，防彈性能無法達(dá)到防止現(xiàn)代槍械傷害的要求等問題，而科研人員對防彈效果的改進(jìn)大都集中在對防彈層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或位置設(shè)置方面，沒有從根本上改進(jìn)防彈材料的成分或性能。例如中國專利ZL201210429130.8公開的一種模塊化助浮、防彈、防刺衣制備方法，其通過對模塊設(shè)計(jì)和構(gòu)件組合的改進(jìn)設(shè)計(jì)以達(dá)到安全防護(hù)作用；中國專利ZL201420489632.4公開的一種防彈裝置，其通過對擋板、斜板、左右夾板的位置設(shè)置改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對子彈飛行路線的改變以降低子彈射擊力達(dá)到防彈功能。
[0003]石墨烯作為一種由碳原子組成的六邊形網(wǎng)膜二維材料，其單層厚度可達(dá)0.33nm，比表面積可達(dá)2630m2/g，具有超強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，且重量輕、柔性好、熱傳導(dǎo)力高；申請人經(jīng)多年潛心研究發(fā)現(xiàn)，將石墨烯應(yīng)用于防彈材料中能夠較好的發(fā)揮石墨烯的優(yōu)良性能達(dá)到防彈效果，因此本發(fā)明研究設(shè)計(jì)出一種石墨烯復(fù)合防彈材料的制備方法，利用石墨烯的特性優(yōu)點(diǎn)及良好的生物相容性，將石墨烯或氧化石墨烯與樹脂基體進(jìn)行混合制成復(fù)合防彈材料，能夠達(dá)到預(yù)期的提高拉伸強(qiáng)度和耐溫性的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中防彈材料存在的缺點(diǎn)，尋求設(shè)計(jì)一種石墨烯復(fù)合防彈材料的制備方法，利用物理共混法將石墨烯或氧化石墨烯與高分子量樹脂進(jìn)行復(fù)合配制，并優(yōu)化樹脂添加劑配比，以制得性能優(yōu)異的石墨烯復(fù)合防彈材料。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的石墨烯復(fù)合防彈材料的制備方法為:
[0006](I)對石墨烯或氧化石墨烯進(jìn)行偶聯(lián)處理:選用有機(jī)鉻絡(luò)合物、硅烷類、鈦酸酯類或鋁酸化合物類偶聯(lián)劑作為偶聯(lián)劑，選用水、乙醇作為溶劑，按照偶聯(lián)劑在溶劑中質(zhì)量濃度為0.1?10g/100ml的比例配置偶聯(lián)劑溶液，然后將直徑為Ο.ΟΙμπι?200μπι、厚度為0.3nm?1nm的石墨烯或氧化石墨烯置入偶聯(lián)劑溶液中進(jìn)行偶聯(lián)處理，得偶聯(lián)后的石墨烯或氧化石墨稀粉末；
[0007](2)制備分散劑樹脂:選用聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇作為分散劑，按照分散劑:樹脂=0.0l?10:99.99?90的重量比例將分散劑和樹脂在高速攪拌條件下混合，攪拌速度為1?5000r/min，混合均勻后制得分散劑樹脂；
[0008](3)制備防彈材料:按照偶聯(lián)處理后石墨烯或氧化石墨烯:分散劑樹脂中固體含量=0.01?20:99.99?80的重量比例，將步驟(I)中偶聯(lián)后的石墨稀或氧化石墨稀粉末與步驟(2)中制得的分散劑樹脂在超聲剪切條件下，控制超聲功率為100?500W、剪切速度為10?3000r/min進(jìn)行均勻分散混合，待分散均勻后干燥成膜得用于防彈材料的石墨烯復(fù)合樹脂。
[0009]進(jìn)一步的，所述步驟(I)中石墨烯或氧化石墨烯為具有單層或多層結(jié)構(gòu)的粉末或者分散液;所述步驟(2)中樹脂為熱固性樹脂或熱塑性樹脂，優(yōu)選為水溶性聚氨酯;樹脂中固體的質(zhì)量百分含量為10?100%;所述步驟(3)制備的石墨烯復(fù)合樹脂能夠作為防彈材料應(yīng)用于特種車輛、船舶、飛機(jī)和軍用/民用等防護(hù)裝備中，或應(yīng)用于制備抗沖擊材料和/或減震材料。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，從成分構(gòu)成上對防彈材料進(jìn)行了實(shí)質(zhì)性改進(jìn)設(shè)計(jì)，利用物理共混法將石墨烯或氧化石墨烯與樹脂基體進(jìn)行分散混合，制備出能夠作為防彈材料的石墨烯復(fù)合樹脂;所得石墨烯復(fù)合樹脂經(jīng)測定:100 %定伸強(qiáng)度可達(dá)20MPa以上，耐溫性可達(dá)300°C以上，能夠應(yīng)用于工程材料、防彈材料、特種纖維等多種領(lǐng)域，具有良好的應(yīng)用前景；該方法原理可靠，過程簡單，過程簡單，操作簡易，成本低，可控性強(qiáng)，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
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[0011]下面通過實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施方式。
[0012]實(shí)施例1:
[0013]本實(shí)施例中涉及的石墨烯復(fù)合防彈材料的制備方法包括以下步驟:
[0014](I)對石墨烯或氧化石墨烯進(jìn)行偶聯(lián)處理:選用有機(jī)鉻絡(luò)合物、硅烷類、鈦酸酯類或鋁酸化合物類偶聯(lián)劑作為偶聯(lián)劑，優(yōu)選為乙烯基硅烷偶聯(lián)劑，選用水、乙醇作為溶劑;按照偶聯(lián)劑在溶劑中質(zhì)量濃度為0.1?10g/100ml，優(yōu)選為2g/100ml的比例配置偶聯(lián)劑溶液，然后將直徑為0.0lWIi?200μηι、厚度為0.3nm?1nm的石墨稀或氧化石墨稀置入偶聯(lián)劑溶液中回流處理5h，制得偶聯(lián)后的石墨烯或氧化石墨烯粉末；
[0015](2)制備分散劑樹脂:選用聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇作為分散劑，按照分散劑:樹脂=0.01?10:99.99?90的重量比例將分散劑和樹脂在高速攪拌條件下混合，攪拌速度為1?5000r/min，混合均勻后制得分散劑樹脂；
[0016](3)制備防彈材料:按照偶聯(lián)處理后石墨烯或氧化石墨烯:分散劑樹脂中固體含量= 0.01?20:99.99?80的重量比例，將步驟(I)中偶聯(lián)處理后的石墨烯或氧化石墨烯粉末與步驟(2)中制得的分散劑樹脂在超聲剪切條件下，控制超聲功率為100?500W、剪切速度為10?3000r/min進(jìn)行均勻分散混合，待分散均勻后干燥成膜制得用于防彈材料的石墨烯復(fù)合樹脂。
[0017]本實(shí)施例涉及的步驟(I)中石墨烯或氧化石墨烯為具有單層或多層結(jié)構(gòu)的粉末或者分散液，其直徑優(yōu)選為0.8μηι、Ιμπι、1.2μηι、1.4μηι，厚度優(yōu)選為0.5nm、0.9nm、1.5nm、2.0nm；步驟(2)中所述樹脂為熱固性樹脂或熱塑性樹脂，優(yōu)選為水溶性聚氨酯，所述水溶性聚氨酯