CN109867490B

CN109867490B - 一种陶瓷-聚脲复合板和制备方法

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Publication number: CN109867490B
Application number: CN201910055752.0A
Authority: CN
Inventors: 肖毅华; 肖云超; 游庭顺; 吴和成
Original assignee: East China Jiaotong University
Current assignee: East China Jiaotong University
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2039-01-22
Also published as: CN109867490A

Abstract

一种陶瓷‑聚脲复合板和制备方法，包括以下步骤：陶瓷片预处理；陶瓷片定位装置安装，将定位片拼装成网格状的定位装置；垫板布置，将选择的垫板平铺于水平面上；陶瓷片定位，将拼装好的陶瓷片定位装置放置于垫板上，将陶瓷片逐片放入定位装置的每个网格中，并与垫板表面粘接；聚脲注入，将针筒的针嘴紧贴陶瓷片并沿陶瓷片间隙匀速移动针筒，使流出的聚脲注入陶瓷片间隙；聚脲固化；去除多余聚脲以及复合板成型。本发明采用硅烷偶联剂酒精溶液对陶瓷片进行预处理，有效地提高了陶瓷‑聚脲复合板中陶瓷与聚脲界面的粘结强度，设备投资少，生产成本低。

Description

一种陶瓷-聚脲复合板和制备方法

技术领域

本发明涉及陶瓷-聚脲复合板领域，具体涉及一种陶瓷-聚脲复合板和制备方法。采用硅烷偶联剂酒精溶液对陶瓷片进行预处理，有效地提高了陶瓷-聚脲复合板中陶瓷与聚脲界面的粘结强度。

背景技术

陶瓷具有强度高、质量轻、耐磨性和耐腐蚀性好等特点，具有良好的抗冲击性能，目前已广泛应用于防弹衣、防弹头盔、车辆和飞机等装备的防护装甲。但是，陶瓷脆性大，在经受高速冲击后会发生破碎，因此其抗多次冲击能力差。

为了提高陶瓷的抗多次冲击性能，人们研究了马赛克状陶瓷复合结构，将小块陶瓷片用粘接剂粘接成整体的复合结构。这种粘接的陶瓷复合结构在受到冲击时，由于陶瓷片间粘接剂的缓冲作用，相邻的陶瓷片所受到的影响会减小，从而使整个复合结构的损伤限制在局部区域；同时，这种复合结构还具有其他一些优点，如：更容易形成各种曲面，以便于制造各种形状的防护结构；更易于制造大型结构，从而降低生产成本；等等。

聚脲是一种弹性体物质，具有很高的抗冲击强度和柔韧性，还具有良好的粘接力。它是一种良好的防护材料，被用作涂层涂覆于结构的表面来加强其抗冲击性能，已用于头盔、坦克车辆等。因此，以聚脲为粘接剂将多个陶瓷片粘接在一起，制作马赛克状的单层陶瓷/聚脲复合板，不仅可以利用聚脲抗冲击性能和韧性好的优点，同时还能结合马赛克状陶瓷复合结构抗多次打击性能好的优点。另外，通过交错铺叠和粘结该复合板，还可以构造出更复杂的陶瓷/聚脲复合结构，如仿珍珠母结构的多层陶瓷/聚脲复合结构，以更好地提高陶瓷的抗冲击性能。本发明给出一种制作上述单层陶瓷/聚脲复合板的方法。该方法简单易行，所需成本低。

发明内容

根据背景技术提出的问题，本发明提供一种陶瓷-聚脲复合板和制备方法来解决，接下来对本发明做进一步地阐述。

本发明解决的技术问题是以聚脲为粘接剂将多个陶瓷片粘接在一起，制作马赛克状的单层陶瓷-聚脲复合板，利用聚脲抗冲击性能和韧性好的优点，同时结合马赛克状陶瓷复合结构抗多次打击性能好的优点，更好地提高陶瓷的抗冲击性能；技术方案如下：一种陶瓷-聚脲复合板和制备方法，其特征在于包括以下步骤：

陶瓷片预处理，将表面干净的陶瓷片放入浓度合适的硅烷偶联剂酒精溶液中浸泡，取出并在室温下晾晒后密封保存；

陶瓷片定位装置安装，将定位片拼装成网格状的定位装置；

垫板布置，将选择的垫板平铺于水平面上；

陶瓷片定位，将拼装好的陶瓷片定位装置放置于垫板上，将陶瓷片逐片放入定位装置的每个网格中，并与垫板表面粘接；定位装置的各网格被陶瓷片填充满后，沿垂直方向拔出定位装置；

聚脲注入，于针筒内装入聚脲，驱使针筒内的活塞移动，使聚脲经针嘴匀速流出，将针筒的针嘴紧贴陶瓷片并沿陶瓷片间隙匀速移动针筒，使流出的聚脲注入陶瓷片间隙；

聚脲固化，陶瓷片间注满聚脲后，在室温下放置直至聚脲完全固化；

去除多余聚脲，沿陶瓷片间隙并紧贴陶瓷片表面去除溢于表面的聚脲；

复合板成型，将复合板从垫板上剥离，并清除其下表面的双面胶，得到制备好的陶瓷-聚脲复合板。

进一步地，所述定位片上设有多个槽口，定位片通过槽口按十字交叉方式拼装成网格状的定位装置。

进一步地，所述拼装好的陶瓷片通过双面胶将其一面紧贴于陶瓷片底面，同时撕下其另一面的保护膜，再将陶瓷片逐片放入定位装置的每个网格中，并轻压陶瓷片使其底面的双面胶与垫板表面粘牢。

进一步地，所述针筒在设定合适的气压的气压驱动装置的驱动下，驱使针筒内的活塞移动，使聚脲经针嘴匀速流出；将针筒的针嘴紧贴陶瓷片，并沿陶瓷片间隙匀速移动针筒，使流出的聚脲注入陶瓷片间隙。

进一步地，所述垫板为光滑的聚丙烯塑料平板；其与聚脲容易分离，故成型的复合板容易从垫板上取下。

进一步地，所述双面胶为超薄无痕型双面胶；其粘接力良好，保证陶瓷片粘接在垫板上固定不动，且易于从陶瓷片和垫板上移除，无痕、无残留，从而保证成型的复合板具有良好的外观，并且不影响其二次加工。

进一步地，所述气压驱动装置为空压机和半自动点胶机；空压机为压力源，其排气阀通过一根导管与半自动点胶机的进气口连接；半自动点胶机为注射聚脲的压力控制器，其出气口通过一根导管与装有聚脲的针筒连接。

进一步地，所述定位片为铝合金薄片。

本发明所制备的述陶瓷-聚脲复合板包括不止一个陶瓷片，所述陶瓷片之间通过聚脲材料连接为一单层复合板。

有益效果：与现有技术相比，本发明采用硅烷偶联剂酒精溶液对陶瓷片进行预处理，有效地提高了陶瓷/聚脲复合板中陶瓷与聚脲界面的粘结强度；由定位片拼装成的定位装置可以实现陶瓷片的准确定位；相同定位片通过不同装配方式可以用于多种分布型式的陶瓷片定位；陶瓷片采用双面胶固定，固定过程简单、方便；以PP塑料板作为垫板，利用PP材料与聚脲粘结界面易于分离的特点，使得成型的陶瓷-聚脲复合板易于从垫板上取下；整个复合板制备过程对设备要求低，设备投资少，生产成本低。

附图说明

图1：定位片结构示意图；

图2：定位装置结构示意图；

图3：陶瓷片在垫板上的定位示意图；

图4：聚脲注入过程示意图；

图5：陶瓷-聚脲复合板实物图；

图6：本发明的流程图；

图中：10-定位片、11-凹槽、20-定位装置、30-垫板、40-空压机、50-点胶机、51-针筒、52-针嘴、60-陶瓷片、70-聚脲。

具体实施方式

接下来结合附图对本发明的一个具体实施例来做详细地阐述。

一种陶瓷-聚脲复合板和制备方法，包括：

陶瓷片预处理，将表面干净的陶瓷片放入合适浓度的硅烷偶联剂酒精溶液中浸泡，然后取出陶瓷片并在室温下晾晒24小时，之后将其装入密封塑料袋保存备用；

陶瓷片定位装置安装，将带有多个槽口的定位片，按十字交叉方式拼装成网格状的定位装置；定位片的凹槽间的距离根据陶瓷片的大小确定，定位片的凹槽宽度根据陶瓷片间的间隙即聚脲厚度来确定，定位装置按照所需制备的复合板中陶瓷片的数目和排列形式进行拼装；

垫板布置，根据所需制备的复合板的尺寸，选择平整的、合适尺寸的垫板，平铺于水平面上；

陶瓷片定位，将拼装好的陶瓷片定位装置放置于垫板上，然后使用超薄无痕型双面胶，将其一面贴于陶瓷片底面，并撕下其另一面的保护膜，再将陶瓷片放入定位装置的网格中，并轻压陶瓷片使其底面的双面胶与垫板表面粘牢；将定位装置的各网格用陶瓷片填充满后，沿垂直方向拔出定位装置，这样，陶瓷片就按目标结构形式均匀分布在垫板上，如附图3；

聚脲注入，取适当容量的针筒，先在其中装入聚脲，然后采用气压驱动装置，设定合适的气压，驱使针筒内的活塞移动，使聚脲经针嘴匀速流出；将针筒的针嘴紧贴着陶瓷片，并沿陶瓷片间隙匀速移动针筒，使流出的聚脲注入陶瓷片间隙；注入时，保证聚脲填充满陶瓷片间隙并稍溢出陶瓷片表面；

聚脲固化，在陶瓷片间注满聚脲后，将其在室温下放置一段时间，使聚脲完全固化；

去除多余聚脲，在聚脲完全固化后，用锋利的刀片沿陶瓷片间隙并紧贴陶瓷片表面去除溢于表面的聚脲；

复合板成型，将固化成型的陶瓷-聚脲复合板从垫板上剥离，并清除其下表面的双面胶，最终得到制备好的陶瓷/聚脲复合板。

具体来说，本实施例以4×4陶瓷片构成的陶瓷-聚脲复合板制备，陶瓷片尺寸为25mm×25mm×2mm，陶瓷片间聚脲厚度为1mm，陶瓷材料为96％氧化铝陶瓷，聚脲为SWD9526单组份聚脲。

陶瓷片预处理，将陶瓷片放入硅烷偶联剂酒精溶液中浸泡；硅烷偶联剂酒精溶液的浓度为0.5％，浸泡时间为1小时；取出浸泡好的陶瓷片，在室温下晾晒24小时，之后将其装入密封塑料袋保存。

陶瓷片定位装置20安装，采用1mm厚的6061铝合金属板，通过线切割加工出10块总长125mm、总宽20mm和厚1mm的定位片10；定位片10上每隔12mm切制一条宽1mm、深10mm的凹槽11，如附图1所示；将上述切制的定位片10按十字交叉方式在凹槽11处相互嵌套，拼装出一个具有4×4网格且单个网格尺寸为25mm×25mm的定位装置20，如附图2所示。

垫板30布置，根据所需制备的复合板的尺寸，选择平整的、合适尺寸的垫板30，平铺于水平面上；

陶瓷片定位，采用一块125mm×125mm×1mm的正方形PP塑料板作为垫板，将上述制作好的定位框架放置到垫板中央；采用宽25mm、胶膜厚度为0.05mm的德莎双面胶带，撕下其一面的保护膜，粘贴于经偶联剂浸泡的陶瓷片背面；然后，撕下陶瓷片上粘结的双面胶的另一面保护膜，将陶瓷片依次放入定位装置的网格中，并轻压陶瓷片使其底面的双面胶与垫板表面粘牢；将定位装置20的各网格用陶瓷片填充满后，沿垂直方向拔出定位装置，如附图3所示。

聚脲注入，采用空压机(550W，8L)40和HB-982半自动点胶机50作为气压驱动装置，空压机40为聚脲注射提供驱动压力，半自动点胶机控制注射聚脲的压力，点胶机的针筒51的容量选择为30cc，针嘴52规格选择为18G(内径：0.84mm；外径：1.27mm)；通过半自动点胶机，设定聚脲注射压力为大小45kPa；将针筒的针嘴52紧贴陶瓷片，并沿陶瓷片间隙匀速移动针筒，使流出的聚脲注入陶瓷片间隙，如附图4所示。

聚脲固化，在陶瓷片间注满聚脲后，将其在室温下放置72小时，使聚脲完全固化。

用锋利的刀片沿陶瓷片间隙并紧贴陶瓷片表面去除溢于表面的聚脲。

将陶瓷-聚脲复合板与垫板分离，并清除其下表面的双面胶。

附图5为按上述方法制备出的陶瓷-聚脲复合板。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种陶瓷-聚脲复合板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

陶瓷片预处理，将表面干净的陶瓷片放入硅烷偶联剂酒精溶液中浸泡，取出并在室温下晾晒后密封保存；

陶瓷片定位装置安装，将定位片拼装成网格状的定位装置；

垫板布置，将选择的垫板平铺于水平面上；

陶瓷片定位，将拼装好的陶瓷片定位装置放置于PP塑料板上，且PP塑料板作为垫板，将陶瓷片逐片放入定位装置的每个网格中，并与垫板表面粘接；定位装置的各网格被陶瓷片填充满后，沿垂直方向拔出定位装置；

复合板成型，将复合板从垫板上剥离，并清除其下表面的双面胶，得到制备好的陶瓷-聚脲复合板；

所述针筒在设定合适的气压的气压驱动装置的驱动下，驱使针筒内的活塞移动，使聚脲经针嘴匀速流出；将针筒的针嘴紧贴陶瓷片，并沿陶瓷片间隙匀速移动针筒，使流出的聚脲注入陶瓷片间隙；

所述气压驱动装置为空压机和半自动点胶机；空压机为压力源，其排气阀通过一根导管与半自动点胶机的进气口连接；半自动点胶机为注射聚脲的压力控制器，其出气口通过一根导管与装有聚脲的针筒连接。

2.根据权利要求1所述的陶瓷-聚脲复合板的制备方法，其特征在于：所述定位片上设有多个槽口，定位片通过槽口按十字交叉方式拼装成网格状的定位装置。

3.根据权利要求1所述的陶瓷-聚脲复合板的制备方法，其特征在于：所述拼装好的陶瓷片通过双面胶将其一面紧贴于陶瓷片底面，同时撕下其另一面的保护膜，再将陶瓷片逐片放入定位装置的每个网格中，并轻压陶瓷片使其底面的双面胶与垫板表面粘牢。

4.根据权利要求1所述的陶瓷-聚脲复合板的制备方法，其特征在于：所述垫板为光滑的聚丙烯塑料平板。

5.根据权利要求3所述的陶瓷-聚脲复合板的制备方法，其特征在于：所述双面胶为超薄无痕型双面胶。

6.根据权利要求2所述的陶瓷-聚脲复合板的制备方法，其特征在于：所述定位片为铝合金薄片。

7.根据权利要求1所述的陶瓷-聚脲复合板的制备方法制备的复合板，其特征在于：所述陶瓷-聚脲复合板包括不止一个陶瓷片，所述陶瓷片之间通过聚脲材料连接为一单层复合板。