一种石墨烯复合防弹材料的制备方法
【技术领域】
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[0001 ]本发明属于防弹材料制备技术领域，涉及一种石墨烯复合防弹材料的制备方法，采用物理混合的方法将石墨烯与高分子树脂材料进行复合，制成具有良好机械强度和耐温性的复合防弹材料。
【背景技术】
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[0002]现有技术中，防弹层主要是选用金属(特种钢、铝合金、钛合金)、陶瓷片(刚玉、碳化硼、碳化硅、氧化铝)、玻璃钢、尼龙(PA)、凯夫拉(KEVLAR)、超高分子量聚乙烯纤维(D0YENTR0NTEX Fiber)、液体防护材料等材料形成单一或复合型防护材料层，其通过将弹头、弹片弹开和/或嵌住并消释子弹、弹片的冲击动能，从而对人体起到保护作用。但随着枪械的杀伤力、射击精度和射程等参数日益提高，恐怖活动与反恐斗争、持枪犯罪与制止犯罪行动中人员伤害日趋严重，致使单兵及其随行装备的防弹问题日渐突出。现有的防弹材料大都存在单位质量重、柔性及透气性差，防弹性能无法达到防止现代枪械伤害的要求等问题，而科研人员对防弹效果的改进大都集中在对防弹层结构设计或位置设置方面，没有从根本上改进防弹材料的成分或性能。例如中国专利ZL201210429130.8公开的一种模块化助浮、防弹、防刺衣制备方法，其通过对模块设计和构件组合的改进设计以达到安全防护作用；中国专利ZL201420489632.4公开的一种防弹装置，其通过对挡板、斜板、左右夹板的位置设置改进，实现对子弹飞行路线的改变以降低子弹射击力达到防弹功能。
[0003]石墨烯作为一种由碳原子组成的六边形网膜二维材料，其单层厚度可达0.33nm，比表面积可达2630m2/g，具有超强的机械强度，且重量轻、柔性好、热传导力高；申请人经多年潜心研究发现，将石墨烯应用于防弹材料中能够较好的发挥石墨烯的优良性能达到防弹效果，因此本发明研究设计出一种石墨烯复合防弹材料的制备方法，利用石墨烯的特性优点及良好的生物相容性，将石墨烯或氧化石墨烯与树脂基体进行混合制成复合防弹材料，能够达到预期的提高拉伸强度和耐温性的效果。
【发明内容】
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[0004]本发明的发明目的在于克服现有技术中防弹材料存在的缺点，寻求设计一种石墨烯复合防弹材料的制备方法，利用物理共混法将石墨烯或氧化石墨烯与高分子量树脂进行复合配制，并优化树脂添加剂配比，以制得性能优异的石墨烯复合防弹材料。
[0005]为了实现上述目的，本发明涉及的石墨烯复合防弹材料的制备方法为:
[0006](I)对石墨烯或氧化石墨烯进行偶联处理:选用有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类或铝酸化合物类偶联剂作为偶联剂，选用水、乙醇作为溶剂，按照偶联剂在溶剂中质量浓度为0.1?10g/100ml的比例配置偶联剂溶液，然后将直径为Ο.ΟΙμπι?200μπι、厚度为0.3nm?1nm的石墨烯或氧化石墨烯置入偶联剂溶液中进行偶联处理，得偶联后的石墨烯或氧化石墨稀粉末；
[0007](2)制备分散剂树脂:选用聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇作为分散剂，按照分散剂:树脂=0.0l?10:99.99?90的重量比例将分散剂和树脂在高速搅拌条件下混合，搅拌速度为1?5000r/min，混合均匀后制得分散剂树脂；
[0008](3)制备防弹材料:按照偶联处理后石墨烯或氧化石墨烯:分散剂树脂中固体含量=0.01?20:99.99?80的重量比例，将步骤(I)中偶联后的石墨稀或氧化石墨稀粉末与步骤(2)中制得的分散剂树脂在超声剪切条件下，控制超声功率为100?500W、剪切速度为10?3000r/min进行均匀分散混合，待分散均匀后干燥成膜得用于防弹材料的石墨烯复合树脂。
[0009]进一步的，所述步骤(I)中石墨烯或氧化石墨烯为具有单层或多层结构的粉末或者分散液;所述步骤(2)中树脂为热固性树脂或热塑性树脂，优选为水溶性聚氨酯;树脂中固体的质量百分含量为10?100%;所述步骤(3)制备的石墨烯复合树脂能够作为防弹材料应用于特种车辆、船舶、飞机和军用/民用等防护装备中，或应用于制备抗冲击材料和/或减震材料。
[0010]本发明与现有技术相比，从成分构成上对防弹材料进行了实质性改进设计，利用物理共混法将石墨烯或氧化石墨烯与树脂基体进行分散混合，制备出能够作为防弹材料的石墨烯复合树脂;所得石墨烯复合树脂经测定:100 %定伸强度可达20MPa以上，耐温性可达300°C以上，能够应用于工程材料、防弹材料、特种纤维等多种领域，具有良好的应用前景；该方法原理可靠，过程简单，过程简单，操作简易，成本低，可控性强，适合大规模工业化生产。
【具体实施方式】
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[0011]下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不局限于以下实施方式。
[0012]实施例1:
[0013]本实施例中涉及的石墨烯复合防弹材料的制备方法包括以下步骤:
[0014](I)对石墨烯或氧化石墨烯进行偶联处理:选用有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类或铝酸化合物类偶联剂作为偶联剂，优选为乙烯基硅烷偶联剂，选用水、乙醇作为溶剂;按照偶联剂在溶剂中质量浓度为0.1?10g/100ml，优选为2g/100ml的比例配置偶联剂溶液，然后将直径为0.0lWIi?200μηι、厚度为0.3nm?1nm的石墨稀或氧化石墨稀置入偶联剂溶液中回流处理5h，制得偶联后的石墨烯或氧化石墨烯粉末；
[0015](2)制备分散剂树脂:选用聚乙烯吡咯烷酮或聚乙二醇作为分散剂，按照分散剂:树脂=0.01?10:99.99?90的重量比例将分散剂和树脂在高速搅拌条件下混合，搅拌速度为1?5000r/min，混合均匀后制得分散剂树脂；
[0016](3)制备防弹材料:按照偶联处理后石墨烯或氧化石墨烯:分散剂树脂中固体含量= 0.01?20:99.99?80的重量比例，将步骤(I)中偶联处理后的石墨烯或氧化石墨烯粉末与步骤(2)中制得的分散剂树脂在超声剪切条件下，控制超声功率为100?500W、剪切速度为10?3000r/min进行均匀分散混合，待分散均匀后干燥成膜制得用于防弹材料的石墨烯复合树脂。
[0017]本实施例涉及的步骤(I)中石墨烯或氧化石墨烯为具有单层或多层结构的粉末或者分散液，其直径优选为0.8μηι、Ιμπι、1.2μηι、1.4μηι，厚度优选为0.5nm、0.9nm、1.5nm、2.0nm；步骤(2)中所述树脂为热固性树脂或热塑性树脂，优选为水溶性聚氨酯，所述水溶性聚氨酯