一種石墨烯復合防彈材料的制備方法
【技術領域】
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[0001 ]本發(fā)明屬于防彈材料制備技術領域，涉及一種石墨烯復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行復合，制成具有良好機械強度和耐溫性的復合防彈材料。
【背景技術】
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[0002]現(xiàn)有技術中，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)、液體防護材料等材料形成單一或復合型防護材料層，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重，致使單兵及其隨行裝備的防彈問題日漸突出?，F(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大都集中在對防彈層結構設計或位置設置方面，沒有從根本上改進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，其通過對模塊設計和構件組合的改進設計以達到安全防護作用；中國專利ZL201420489632.4公開的一種防彈裝置，其通過對擋板、斜板、左右夾板的位置設置改進，實現(xiàn)對子彈飛行路線的改變以降低子彈射擊力達到防彈功能。
[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0.33nm，比表面積可達2630m2/g，具有超強的機械強度，且重量輕、柔性好、熱傳導力高；申請人經(jīng)多年潛心研究發(fā)現(xiàn)，將石墨烯應用于防彈材料中能夠較好的發(fā)揮石墨烯的優(yōu)良性能達到防彈效果，因此本發(fā)明研究設計出一種石墨烯復合防彈材料的制備方法，利用石墨烯的特性優(yōu)點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行混合制成復合防彈材料，能夠達到預期的提高拉伸強度和耐溫性的效果。

【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)有技術中防彈材料存在的缺點，尋求設計一種石墨烯復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行復合配制，并優(yōu)化樹脂添加劑配比，以制得性能優(yōu)異的石墨烯復合防彈材料。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明涉及的石墨烯復合防彈材料的制備方法為:
[0006](I)對石墨烯或氧化石墨烯進行偶聯(lián)處理:選用有機鉻絡合物、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合樹脂。
[0009]進一步的，所述步驟(I)中石墨烯或氧化石墨烯為具有單層或多層結構的粉末或者分散液;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)制備的石墨烯復合樹脂能夠作為防彈材料應用于特種車輛、船舶、飛機和軍用/民用等防護裝備中，或應用于制備抗沖擊材料和/或減震材料。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，從成分構成上對防彈材料進行了實質(zhì)性改進設計，利用物理共混法將石墨烯或氧化石墨烯與樹脂基體進行分散混合，制備出能夠作為防彈材料的石墨烯復合樹脂;所得石墨烯復合樹脂經(jīng)測定:100 %定伸強度可達20MPa以上，耐溫性可達300°C以上，能夠應用于工程材料、防彈材料、特種纖維等多種領域，具有良好的應用前景；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，適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
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[0011]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施方式。
[0012]實施例1:
[0013]本實施例中涉及的石墨烯復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行偶聯(lián)處理:選用有機鉻絡合物、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合樹脂。
[0017]本實施例涉及的步驟(I)中石墨烯或氧化石墨烯為具有單層或多層結構的粉末或者分散液，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