本发明涉及一种抗水下爆炸冲击涂层材料、制备方法及其应用，属于舰船防护材料
技术领域：
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背景技术：
：目前我国现役水面舰船的水下抗爆抗冲击能力仅依靠船体钢板结构强度性能决定，并没有进行额外有效的抗冲击防护处理。在大型舰艇如航母上可以采用“以空间换取防护效果”的方法，设置隔离舱来增强船体自身的防护效果，但是对于驱逐舰和护卫舰等轻型舰船，采用改进现有的结构提高防护性能将涉及许多复杂因素，比如舰船结构的重新布局，其应用受到一定局限性，同时对现役舰船防护性能的提高显得力不从心。因此，在不改变水面舰艇现有结构的基础上，在不增大排水量的前提下，如何提高在水下接触和近距非接触爆炸冲击载荷下船体结构的抗爆抗冲击性能具有重要意义。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的之一在于提供了一种抗水下爆炸冲击涂层材料，所述材料是一种高敏感率弹性体聚合物，在大范围应变率条件下表现出明显的应变率效应，是一种聚脲弹性涂料。本发明的目的之二在于提供一种抗水下爆炸冲击涂层材料的制备方法，所述方法简单易行。本发明的目的之三在于一种抗水下爆炸冲击涂层材料的应用，不改变舰船现有结构布局、不增大舰船排水量的前提下，在船体表面敷设该涂层，可提高壳体结构抗爆抗冲击性能，同时增加船体隐身性能。一种抗水下爆炸冲击涂层材料，所述材料配方由a组分和b组分组成：所述a组分的组成及其质量份数如下：二苯甲烷-4,4’-二异氰酸酯30～65份，聚四氢呋喃醚二醇30～40份，稀释剂0～20份，其中，所述稀释剂为碳酸丙烯酯；所述b组分的组成及其质量份数如下：其中，所述胺扩链剂为3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯甲烷、二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷、甲基二乙醇胺、异佛尔酮二胺、4,4’-亚甲基双(2,6-二乙基苯胺)和4,4’-亚甲基双(2-甲基-6-乙基苯胺)中的一种以上；所述偶联剂为水性硅烷偶联剂；所述填料采用钛白粉、碳酸钙、硅藻土、玻璃纤维、陶土、重晶石和颜料中的一种以上；所述助剂采用阻燃剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂和纳米金刚石中的一种以上；所述a组分和b组分的体积比为1:0.97～1.03。优选的，所述助剂为科莱恩公司生产的阻燃剂ap750、德国巴斯夫公司生产的抗氧化剂irganox1076和德国巴斯夫公司生产的紫外线吸收剂b97中的一种以上。。一种本发明所述抗水下爆炸冲击涂层材料的制备方法，所述方法步骤如下：(1)将聚四氢呋喃醚二醇加入到有氮气保护的反应釜ⅰ中，在搅拌下加热至120±5℃，在真空-0.095～0.1mpa下脱水1～2小时，去掉真空，降至室温后加入二苯甲烷-4,4’-二异氰酸酯，在80～120℃下反应2～4小时，降温至60℃以下加入稀释剂，搅拌均匀后出料，得到a组分；(2)将端氨基聚氧化丙烯醚、胺扩链剂、偶联剂、填料和助剂依次加入到反应釜ⅱ中，搅拌1～2小时，室温下混合均匀后出料，得到b组分。一种本发明所述抗水下爆炸冲击涂层材料的应用：采用双组分高温高压撞击混合无气喷涂设备将a组分和b组分混合后喷涂于舰船壳体表面的底漆上，形成抗水下爆炸冲击涂层。优选的，所述抗爆抗冲击防护涂层厚度范围为2mm～50mm，其具体厚度根据具体水面舰船的结构特性和防护要求确定。优选的，抗水下爆炸冲击涂层与底漆的粘结强度≥10mpa。优选的，每两层抗爆抗冲击防护涂层之前嵌入纤维织物，形成多层防结构。优选的，所述纤维织物为芳纶纤维或超高分子量聚乙烯纤维。优选的，所述纤维织物的纱线之间的开口距离为1mm～25mm。优选的，所述纤维织物的编制方式为平织、正交织或0°/45°织。有益效果本发明所述的一种抗水下爆炸冲击涂层材料，其独特的应变率敏感性能够提升冲击载荷下防护结构的动态力学性能；抗水下爆炸冲击涂层材料是处于玻璃态的硬段和处于高弹态的软段，软硬段的热力学不相容，出现软硬段的微相分离，有利于力学性能的发挥，同时硬段之间形成氢键，提高涂层材料的刚性。本发明所述的一种抗水下爆炸冲击涂层材料，b组分中的填料可以增强涂层抗摩擦性、耐腐蚀性、吸波性、耐老化性以及涂层与基材的黏结性，提高弹性、断裂强度及撕裂强度。纳米金刚石的加入可实现舰艇目标的隐声。本发明所述的一种抗水下爆炸冲击涂层，其力学性能参数需要同时满足：拉伸强度≥30mpa，扯断伸长率≥300％，撕裂强度≥90kn/m，硬度为85～95(邵氏a)，四个力学性能参数，它们相互制约影响，形成一个材料配方-性能表现的复杂体系，是防护涂层提高舰船抗爆抗冲击性能的核心技术。附图说明图1为本发明实施例2所述的多层防护结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。实施例1一种抗水下爆炸冲击涂层材料，由a组分和b组分组成，其组成及其质量份数如表1所示。表1一种本发明所述抗水下爆炸冲击涂层材料的制备方法，所述方法步骤如下：(1)将聚四氢呋喃醚二醇加入到有氮气保护的反应釜ⅰ中，在搅拌下加热至120℃，在真空-0.05mpa下脱水2小时，去掉真空，降至室温后加入二苯甲烷-4,4′-二异氰酸酯，在110℃下反应2.5小时，降温至60℃以下加入碳酸丙烯酯，搅拌均匀后得到a组分。(2)将端氨基聚氧化丙烯醚jeffaminet-5000、端氨基聚氧化丙烯醚jeffamined-2000、端氨基聚氧化丙烯醚jeffamined-400、胺扩链剂二乙基甲苯二胺、偶联剂z6040、填料二氧化钛r902、纳米金刚石和紫外线吸收剂b97依次加入到反应釜ⅱ中，搅拌2小时，室温下混合均匀后出料得到b组分。一种本实施例所述抗水下爆炸冲击涂层材料的应用：由于聚合物防护层要求附着力高，需对舰艇壳体表面实施预处理和净化处理，具体实施工艺为：首先采取水面舰艇的常规维护保养规范对外表面除锈处理，使壳体表面无杂质、锈蚀和氧化物(按照gb8923-88《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》sa2.5，要求完全除去金属表面上的油脂、氧化皮、锈蚀产物等一切杂物，并用吸尘器、干燥洁净的压缩空气或刷子清除粉尘。残存的锈斑、氧化皮等引起轻微变色的面积在任何100×100mm2的面积上不得超过5％，粗糙度应达到40～70μm；然后，进行表面喷砂处理(砂粒要求：砂粒是粒径为1-3.2mm,其中1-1.5mm的粒径不少于40％；钢丸的粒径为0.63-1.60mm，其中0.63-0.8mm的粒径应不少于40％。施工工艺：喷嘴直径6-10mm，喷射角30～75度，喷距80-200mm)，增加综合防护层附着力。之后对舰艇壳体表面进行磷化处理，最后采用聚氨酯粘结底漆进行外表面喷涂。采用gusmer公司生产h-20/35喷涂设备进行喷涂施工，a、b两组分由各自的抽料泵从料桶按照体积比1:1输送至主机进行计量、加压、升温，然后输送至喷枪。物料在喷枪内的流动受到绝对的控制，不允许自由流动，使物料以最快的方式在喷枪的混合室内混合，然后在舰船壳体表面的底漆上喷出形成一层抗水下爆炸冲击涂层，厚度为30mm。根据gb/t5210-2006色漆和清漆拉开法开展附着力试验测得抗水下爆炸冲击涂层与舰船壳体底漆的粘结强度为12mpa。所述抗水下爆炸冲击涂层材料的物理性能如表2所示。表2物理性能测试标准测试结果拉伸强度astmd63830.6mpa断裂伸长率astmd638340％撕裂强度astmd624106kn/m邵氏硬度astmd224090(邵a)附着力mpaastmc29710耐人工加速老化gb/t23987-20093000h由于抗爆防弹涂层材料密度接近于水，水介质中主动探测声波在传播到防护层表面时，可以几乎没有反射就进入到防护层材料中，而加入纳米金刚石抗爆防弹涂层材料的特殊弹性态性质可以消耗入射声波的强度，使反射回水介质中的反射声波强度大幅度降低，从而实现舰艇目标隐声。根据吸波材料反射率测试方法(gjb2038-1994)，在50khz～500khz频段范围内，能减小目标强度的大小10db以上，提高现役水面舰船的声隐身性能。所述抗水下爆炸冲击涂层的抗水下爆炸冲击性能结果为：根据船型参数和防护指标，将优化得到的抗水下爆炸冲击涂层直接喷涂于舰船船体湿表面上，旨在不改变现有船体防护结构的基础上，大幅度提高船体水中爆炸的防御能力：典型鱼雷近场爆炸作用下，双层底内底无显著破口；典型鱼雷近场爆炸作用下，双层底内底无显著破口；舭部及舷侧能抵御蛙人和无人潜航器攻击以及恐怖袭击；结构破口尺寸较无防护条件下破口尺寸减少约120％。同时，防护层结构能够维持其技术指标的使用寿命大于50年。实施例2本实施例中所述抗水下爆炸冲击涂层材料及其制备方法同实施例1。一种本实施例所述抗水下爆炸冲击涂层材料的应用：采用gusmer公司生产h-20/35喷涂设备进行喷涂施工，a、b两组分由各自的抽料泵从料桶按照体积比1:1输送至主机进行计量、加压、升温，然后输送至喷枪。物料在喷枪内的流动受到绝对的控制，不允许自由流动，使物料以最快的方式在喷枪的混合室内混合，然后在舰船壳体表面的底漆上喷出形成一层抗水下爆炸冲击涂层，厚度为6mm，然后覆盖一层纤维织物，之后再喷涂一层抗水下爆炸冲击涂层，厚度为6mm，该涂层通过织物开口与初始涂层结合，同时完全覆盖基材和织物层；形成多层防护结构。所述纤维织物为芳纶纤维。所述纤维织物的纱线之间的开口距离为15mm。纤维织物的编织方式为正交织。其结构如图1所示。根据gb/t5210-2006色漆和清漆拉开法开展附着力试验测得所述抗水下爆炸冲击涂层与舰船壳体底漆的粘结强度为12mpa。本实施例中所述抗水下爆炸冲击涂层的物理性能同实施例1。所述多层防护结构的抗水下爆炸冲击性能结果为：典型鱼雷近场爆炸作用下，双层底内底无显著破口；典型鱼雷近场爆炸作用下，双层底内底无显著破口；舭部及舷侧能抵御蛙人和无人潜航器攻击以及恐怖袭击；结构破口尺寸较无防护条件下破口尺寸减少约120％。同时，防护层结构能够维持其技术指标的使用寿命大于50年。本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明的精神和原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。当前第1页12