石油石化領(lǐng)域的爆炸破壞危及工業(yè)生產(chǎn)、人民生活乃至社會(huì)安全，提高相關(guān)結(jié)構(gòu)及設(shè)備設(shè)施的抗爆抗沖擊能力是石油石化行業(yè)亟須解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T50779—2022《石油化工建筑物抗爆設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的頒布實(shí)施，為提高既有建筑物抗爆能力提供了規(guī)范的方案。目前對(duì)于提高結(jié)構(gòu)防護(hù)性能有2種方法：一是研發(fā)和使用新的材料，提高材料本身的性能；二是改進(jìn)現(xiàn)有的防護(hù)結(jié)構(gòu)，通過(guò)結(jié)構(gòu)的吸能機(jī)理提升性能。噴涂聚脲彈性體材料（以下簡(jiǎn)稱聚脲材料）作為一種新型的高分子材料，由異氰酸酯組分和氨基化合物的加聚反應(yīng)產(chǎn)生，其中異氰酸酯是異氰酸酯組分中的主要原料之一，芳香族端氨基聚醚和脂肪族端氨基聚醚為主要的氨基化合物。聚脲材料憑借優(yōu)異的力學(xué)性能，被廣泛運(yùn)用于抗爆抗沖擊領(lǐng)域?？箾_擊結(jié)構(gòu)通過(guò)其自身吸能機(jī)理對(duì)沖擊荷載進(jìn)行吸收，從而提高了結(jié)構(gòu)本身的抗沖擊能力。由于聚脲材料作為涂層材料在面臨沖擊時(shí)可以通過(guò)變形吸收能量，極大地增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的防護(hù)性能，因此為減少受到?jīng)_擊荷載時(shí)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的破壞，將聚脲材料運(yùn)用于抗爆抗沖擊領(lǐng)域逐漸成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。

本文首先介紹了聚脲材料的抗沖擊性能，并對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)階段聚脲材料抗沖擊性能的研究工作進(jìn)行了總結(jié)，綜述了聚脲材料作為防護(hù)涂層的吸能機(jī)理，簡(jiǎn)要闡述了抗沖擊復(fù)合結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展，并提出聚脲材料及復(fù)合結(jié)構(gòu)目前在抗沖擊領(lǐng)域的研究問(wèn)題及發(fā)展方向。

一、聚脲材料的抗沖擊性能

聚脲材料具有良好的力學(xué)性能和耗能特性，科研人員通過(guò)在結(jié)構(gòu)基材上噴涂聚脲材料，以增強(qiáng)其在發(fā)生事故時(shí)抵御撞擊的能力，因此有必要對(duì)作為防護(hù)涂層的聚脲材料進(jìn)行抗沖擊性能方面的研究。

1.1 聚脲材料抗沖擊性能的研究方法

聚脲材料的抗沖擊性能研究方法按照應(yīng)變率由低到高有落錘沖擊試驗(yàn)、霍普金森壓桿試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)爆炸試驗(yàn)。落錘沖擊試驗(yàn)中由于撞擊不會(huì)對(duì)聚脲表面產(chǎn)生侵徹破壞，故可以直觀地展現(xiàn)聚脲材料在低應(yīng)變率下的抗沖擊性能。金浩法利用落球裝置對(duì)聚脲涂層施加豎向沖擊荷載，探究了聚脲涂層面對(duì)沖擊荷載時(shí)的抗沖擊性能，整體看來(lái)聚脲涂層為防護(hù)結(jié)構(gòu)提供了有效的保護(hù)作用，形變值得到有效降低，與純鋁管結(jié)構(gòu)相比變形大幅降低，發(fā)揮出了良好的抗沖擊效果。張銳等通過(guò)將聚脲涂層作為約束層附著在基材表面，并采用落球沖擊試驗(yàn)對(duì)抗沖擊結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)聚脲涂層大幅減小了鋼板表面變形，從而提高了鋼板抗沖擊性能。

霍普金森壓桿測(cè)試系統(tǒng)是一種目前被普遍認(rèn)可并廣為應(yīng)用的材料動(dòng)力學(xué)行為測(cè)試技術(shù)，它所測(cè)量的應(yīng)變率范圍也是聚脲材料應(yīng)變率變化比較劇烈的范圍。Akl等使用霍普金森壓桿對(duì)聚脲復(fù)合材料在沖擊載荷下的行為進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在金屬層涂覆聚脲可以減少?gòu)?fù)合材料所經(jīng)歷的應(yīng)變和應(yīng)力。面對(duì)沖擊時(shí)，聚脲會(huì)對(duì)沖擊載荷產(chǎn)生抑制作用。為分析聚脲材料在動(dòng)態(tài)載荷下的力學(xué)性能變化規(guī)律，賈子健等采用霍普金森壓桿系統(tǒng)進(jìn)行了研究，觀察到聚脲材料在動(dòng)態(tài)載荷作用下切線模量不斷降低，應(yīng)力波在傳播過(guò)程中自身能量逐漸降低，形成本構(gòu)彌散。Guo等通過(guò)使用霍普金森壓桿對(duì)聚脲涂層混凝土在不同應(yīng)變率下的動(dòng)態(tài)性能和破壞模式進(jìn)行了研究，如圖1所示，由于聚脲涂層材料的保護(hù)作用，正面涂覆聚脲的混凝土試件其耗能效果較好，同時(shí)混凝土和聚脲涂層混凝土的沖擊壓縮強(qiáng)度與應(yīng)變率呈正相關(guān)，聚脲在荷載作用下通過(guò)與混凝土協(xié)同變形，抑制了混凝土裂縫的擴(kuò)展。

圖1 不同應(yīng)變率下混凝土和聚脲混凝土的動(dòng)態(tài)壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線

聚脲材料作為涂層應(yīng)用時(shí)，可能會(huì)面對(duì)火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn)情況，因此對(duì)于爆炸產(chǎn)生的高頻沖擊荷載，多使用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法進(jìn)行抗沖擊性能研究。Wu等研究了聚脲涂層對(duì)普通鋼筋混凝土（NRC）板抗爆性能的影響，爆炸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)聚脲涂層的加固有效地防止了試件的大撓度變形，聚脲材料通過(guò)吸收爆炸時(shí)的沖擊能量，減小了板的殘余位移。為了優(yōu)化聚脲的抗爆抗沖擊性能，黃微波團(tuán)隊(duì)選用抗爆專用聚脲，深入研究其抗爆抗沖擊性能及機(jī)理，進(jìn)行了大量的現(xiàn)場(chǎng)爆炸試驗(yàn)。其中，Lyu等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，聚脲材料防護(hù)的鋼筋混凝土板在爆炸沖擊荷載下，憑借迎爆面涂層和背爆面涂層抗沖擊效果的協(xié)同作用，可以良好地保證結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性。孫鵬飛等研究了聚脲涂層在爆炸載荷下對(duì)混凝土板的防護(hù)效果，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)爆炸試驗(yàn)，觀察到聚脲涂層混凝土在迎爆面出現(xiàn)了局部撕裂破壞，而內(nèi)部混凝土板并未出現(xiàn)變形。張銳等通過(guò)接觸爆炸試驗(yàn)，并對(duì)比未涂覆聚脲的混凝土板，發(fā)現(xiàn)聚脲涂層混凝土板的損傷面積在面對(duì)爆炸時(shí)產(chǎn)生的沖擊荷載下明顯減少，聚脲防護(hù)涂層在高速荷載脆性斷裂機(jī)制和拉伸斷裂機(jī)制中表現(xiàn)更佳。方志強(qiáng)等發(fā)現(xiàn)爆炸試驗(yàn)后聚脲涂層背爆面沒(méi)有發(fā)生破壞和凸起，其原因是聚脲材料優(yōu)異的力學(xué)性能導(dǎo)致材料在面對(duì)溫度升高時(shí)內(nèi)部分子鏈重新組合，最終使其能夠承受爆炸產(chǎn)生的沖擊荷載并表現(xiàn)出更強(qiáng)的包覆能力。

使用落球通過(guò)裝置、霍普金森壓桿等研究方法能夠?qū)垭宀牧系目贡箾_擊性能測(cè)試提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)聚脲材料能夠減小結(jié)構(gòu)受到荷載時(shí)產(chǎn)生的破壞，減小結(jié)構(gòu)的形變并保證結(jié)構(gòu)的完整性。

1.2 聚脲材料的應(yīng)變率效應(yīng)

聚脲材料獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)使得聚脲材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和復(fù)雜的應(yīng)變率效應(yīng)。Roland等研究發(fā)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)載荷下，聚脲材料由于不同的應(yīng)變率會(huì)有不同的應(yīng)力-應(yīng)變行為。聚脲材料狀態(tài)會(huì)隨著應(yīng)變率的變化而發(fā)生變化，甘云丹等通過(guò)試驗(yàn)得到了聚脲材料在準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓縮載荷下的力學(xué)響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)隨著加載速率的升高，聚脲材料表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變率效應(yīng)，其力學(xué)性能會(huì)得到一定的提升。Cui等在對(duì)不同加載速率下的聚脲材料力學(xué)性能的研究中發(fā)現(xiàn)，在拉伸載荷作用下，屈服應(yīng)力和強(qiáng)度隨著應(yīng)變率的增加而增大，而斷裂應(yīng)變則減小，并且他認(rèn)為應(yīng)變率效應(yīng)發(fā)生的關(guān)鍵因素與軟硬段在不同加載速率下的作用有關(guān)。

環(huán)境是聚脲材料應(yīng)用的重要因素，聚脲材料應(yīng)該具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。王波等通過(guò)對(duì)聚脲材料開(kāi)展準(zhǔn)靜態(tài)壓縮和動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)聚脲材料會(huì)出現(xiàn)普彈性、高彈性和非線性變形3個(gè)階段，極大地提高了聚脲材料在面對(duì)不同環(huán)境和沖擊荷載時(shí)的適應(yīng)性。面對(duì)不同應(yīng)變率下的單軸壓縮試驗(yàn)，Sarva等發(fā)現(xiàn)聚脲材料具有明顯的非線性變化和應(yīng)變率效應(yīng)，隨著應(yīng)變率的提升，聚脲材料會(huì)出現(xiàn)由橡膠態(tài)向玻璃態(tài)過(guò)渡的行為，借此提高了聚脲材料的抗沖擊性能。對(duì)于聚脲由準(zhǔn)靜態(tài)加載下的橡膠態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)加載下的玻璃態(tài)力學(xué)行為，Guo等則通過(guò)進(jìn)一步的力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，聚脲材料在這一玻璃化轉(zhuǎn)變過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的能量耗散。賈子健等發(fā)現(xiàn)聚脲材料不僅存在低應(yīng)變率下的橡膠態(tài)過(guò)渡玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變，同時(shí)在增大的應(yīng)變率作用下，聚脲材料發(fā)生斷裂的能量會(huì)逐漸增大，遞減硬化特性更加明顯。李鵬等根據(jù)時(shí)溫等效原理，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變率較低時(shí)聚脲材料表現(xiàn)出橡膠態(tài)，但當(dāng)沖擊頻率足夠高時(shí)，材料會(huì)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變，也使得涂層的力學(xué)性能顯著提高，這一現(xiàn)象與張銳等發(fā)現(xiàn)聚脲材料應(yīng)變率敏感性受頻率影響明顯的結(jié)論相吻合。Liu等分析了聚脲材料在不同應(yīng)變率和溫度下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，結(jié)論表明聚脲材料會(huì)表現(xiàn)出明顯的硬化現(xiàn)象，應(yīng)力與應(yīng)變率成正比，但由于材料本身會(huì)隨著溫度的升高出現(xiàn)軟化現(xiàn)象和應(yīng)力降低，因此聚脲材料的硬化現(xiàn)象并不明顯。

綜上，聚脲材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能，在受到頻率、溫度等環(huán)境影響時(shí)，具有不同的應(yīng)變率敏感性；同時(shí)在較寬的應(yīng)變率區(qū)段內(nèi)，隨著應(yīng)變率的增加，聚脲的力學(xué)性能有一定的提高，會(huì)從橡膠態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變，并在變形過(guò)程中消耗大量能量，從而提高抗沖擊性能。

1.3 聚脲材料抗沖擊性能的影響因素

1.3.1涂層厚度

聚脲材料作為吸能涂層時(shí)，其涂層厚度對(duì)結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力有著巨大影響。Chu等研究了在破片模擬彈（FSP）沖擊下聚脲涂層厚度的影響，結(jié)果表明增加涂層厚度可以降低FSP在侵徹過(guò)程中的能量耗散，加強(qiáng)涂層的抗沖擊能力。Tao等通過(guò)對(duì)涂覆聚脲材料的墻體進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)噴涂3mm聚脲材料的磚墻出現(xiàn)輕微凹陷但墻體并未產(chǎn)生碎片，而噴涂4mm聚脲材料的墻體則未出現(xiàn)破壞，顯示出良好的抗沖擊能力。Mohotti等對(duì)彈丸速度為5~15m/s下不同厚度的聚脲涂層的復(fù)合板進(jìn)行試驗(yàn)，推導(dǎo)出復(fù)合板結(jié)構(gòu)降低撞擊的能力。由圖2可以看出，彈丸動(dòng)能為508J時(shí)的12mm厚的聚脲涂層吸收了約20%的耗散能量，而在圖3中，厚度為前者一半的聚脲涂層在彈丸動(dòng)能為423J時(shí)僅吸收約9%的能量，通過(guò)兩圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚脲作為抗沖擊材料時(shí)，其涂覆厚度越大，越有助于降低殘余速度，從而吸收能量，減小沖擊破壞。Liu等對(duì)相同面密度下的聚脲鋼與裸鋼之間吸能差異進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，表面噴涂聚脲材料可延緩金屬頸縮失效，同時(shí)聚脲材料的楊氏模量在80~160MPa時(shí)，最佳厚度比會(huì)由2.2增加到4.6。因此可以發(fā)現(xiàn)涂層厚度對(duì)于提高聚脲材料變形時(shí)消耗能量的能力有著重要的作用，有利于增加聚脲材料的防護(hù)效果。

圖2 涂有12 mm聚脲涂層的復(fù)合板的能量吸收能力

圖3 涂有6 mm聚脲涂層的復(fù)合板的能量吸收能力

1.3.2復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)

目前聚脲涂層的構(gòu)造主要是進(jìn)行單一材料涂層的抗沖擊性研究，但由于基材會(huì)出現(xiàn)變形或表面不規(guī)則引起應(yīng)力集中，因此加固材料將無(wú)法達(dá)到極限應(yīng)變狀態(tài)，而采用復(fù)合涂層的方法能夠更好地提高聚脲材料的抗沖擊性。孫鵬飛對(duì)比了聚脲涂層鋼板和改性玻纖/聚脲涂層鋼板的宏觀破壞模式，發(fā)現(xiàn)復(fù)合涂層鋼板的變形程度降低幅度最大，并由于玻纖/聚脲界面的存在，吸收了大量的應(yīng)力波能量，導(dǎo)致涂層的耗能能力更強(qiáng)。Ak?n等通過(guò)在混凝土與纖維增強(qiáng)聚合物之間填充聚脲涂層來(lái)增加約束效果，結(jié)果表明，聚脲涂層提高了極限應(yīng)變能力，并借助材料對(duì)應(yīng)變?cè)鰪?qiáng)率的影響，提高了加載循環(huán)次數(shù)。張銳等使用與前者不同的方法，采用纖維增強(qiáng)的方式合成了纖維增強(qiáng)聚脲材料，發(fā)現(xiàn)相比傳統(tǒng)聚脲材料，纖維增強(qiáng)聚脲材料的抗拉和撕裂強(qiáng)度得到明顯增強(qiáng)，并且提升了阻尼涂層的防護(hù)效率。

綜合以上國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究，分析不同研究方法獲得的試驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)聚脲材料可以減小結(jié)構(gòu)面對(duì)沖擊荷載時(shí)的表面變形，表現(xiàn)出良好的抗沖擊性能，而涂層厚度和復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)可以影響到聚脲材料的抗沖擊性能。聚脲材料在不同應(yīng)變率下會(huì)有不同的應(yīng)力-應(yīng)變行為，高應(yīng)變率下材料狀態(tài)出現(xiàn)由橡膠態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，同時(shí)具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，保證了結(jié)構(gòu)可靠性和功能穩(wěn)定性。

二、聚脲材料的抗沖擊機(jī)理

2.1 材料與基材之間的阻抗失配

壓力波在受到爆炸或沖擊時(shí)會(huì)在結(jié)構(gòu)中進(jìn)行傳播，其中能量可以通過(guò)塑性和黏彈性變形等機(jī)制在結(jié)構(gòu)中耗散，Rahimzadeh等認(rèn)為黏彈性材料可以保護(hù)多種結(jié)構(gòu)，但為了實(shí)現(xiàn)這一概念，必須以多層設(shè)計(jì)的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，其中應(yīng)力波在外層調(diào)整到與黏彈性層相匹配的臨界阻尼頻率，而后通過(guò)多次加載-卸載循環(huán)后完成短時(shí)間內(nèi)的能量耗散，由于阻抗失配可以控制傳輸壓力，因此聚脲與基材之間需要較合適的阻抗失配來(lái)進(jìn)行調(diào)諧，從而提高應(yīng)力波的傳輸效率，將損傷模式轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫刂啤?

在Chen等的研究中，聚脲襯墊層在吸收因剝落和變形產(chǎn)生的能量的同時(shí)會(huì)吸收前后層脫黏的能量，聚脲碎片剝落時(shí)的動(dòng)能會(huì)影響到襯墊層的能量吸收，因此在應(yīng)力波傳輸過(guò)程中聚脲與基材之間的阻抗失配是導(dǎo)致聚脲抗沖擊性的主要原因。在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，Hou等通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析，從應(yīng)力波傳輸?shù)慕嵌妊芯苛瞬煌Y(jié)構(gòu)的聚脲涂層鋼板的耗能機(jī)理，基于復(fù)合材料之間的阻抗失配，聚脲涂層鋼板的失效模式會(huì)由于結(jié)構(gòu)的變化產(chǎn)生變化，聚脲涂層和夾層聚碳纖維主要通過(guò)剝落和變形的方式耗散能量。Wu等發(fā)現(xiàn)了面對(duì)爆炸產(chǎn)生的高頻沖擊荷載時(shí)，聚脲材料與基材的阻抗失配對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，當(dāng)聚脲涂層與金屬基材之間黏結(jié)不夠牢固的話，界面連接處的慣性變形使得兩者產(chǎn)生分離現(xiàn)象，會(huì)削弱應(yīng)力波在復(fù)合結(jié)構(gòu)中的反射卸載效應(yīng)，導(dǎo)致變形撓度增加，從而相對(duì)增大基材的損傷程度。綜上，當(dāng)聚脲與基材之間阻尼頻率不匹配時(shí)，兩者之間會(huì)出現(xiàn)阻抗失配現(xiàn)象，這一現(xiàn)象能夠影響到材料的能量吸收效果，進(jìn)一步影響到結(jié)構(gòu)的失效模式。

2.2 聚脲材料的微結(jié)構(gòu)與氫鍵化作用

聚脲的軟段由聚醚鏈形成無(wú)定形結(jié)構(gòu)域，而硬段由尿素鍵組成，形成由氫鍵連接的硬段微相結(jié)構(gòu)域，在其分子鏈中，軟段以高彈態(tài)形式出現(xiàn)，而硬段則處于玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài)，Yao等研究了聚脲的減振和抗沖擊原理，發(fā)現(xiàn)與硬段相比，軟段可以存儲(chǔ)更多的應(yīng)變能量，而硬段通過(guò)硬鏈段的結(jié)構(gòu)破壞和氫鍵解離來(lái)耗散塑性，這種現(xiàn)象使得聚脲具有良好的抗沖擊性能。

為了了解氫鍵對(duì)聚脲抗沖擊性能的影響，Grujicic等采用非平衡分子動(dòng)力學(xué)方法研究了聚脲遭遇沖擊波時(shí)出現(xiàn)的分子現(xiàn)象，從而確定聚脲能量吸收和沖擊波傳播機(jī)制的性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)聚脲在完全混合狀態(tài)和微相分離狀態(tài)中都有明顯的橫向原子運(yùn)動(dòng)，確定沖擊引起的氫鍵斷裂在聚脲優(yōu)異的沖擊緩解能力中起著重要作用。這與方志強(qiáng)等的結(jié)論一致。在上述基礎(chǔ)上，Manav等對(duì)聚脲進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)研究，通過(guò)計(jì)算玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和多尺度沖擊模擬研究區(qū)域的沖擊響應(yīng)，結(jié)果表明，通過(guò)氫鍵斷裂的能量耗散可以觀察硬段的沖擊響應(yīng)，與此同時(shí)聚脲在遭受高沖擊壓力時(shí)，硬段中的苯環(huán)會(huì)發(fā)生斷裂現(xiàn)象。

從微觀結(jié)構(gòu)而言，聚脲材料受到?jīng)_擊荷載時(shí)出現(xiàn)原子運(yùn)動(dòng)，氫鍵斷裂吸收能量，提高了聚脲的吸能特性。而從宏觀角度來(lái)看，應(yīng)力波傳播過(guò)程中聚脲與基材之間的阻抗失配會(huì)影響到聚脲涂層對(duì)于沖擊荷載的吸收，并且成為聚脲具有良好抗沖擊性的關(guān)鍵因素。

三、抗沖擊復(fù)合結(jié)構(gòu)

性能優(yōu)異的防護(hù)結(jié)構(gòu)不僅要求防護(hù)基材擁有抵抗動(dòng)態(tài)載荷的能力，而且通常要求結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的耗能特性。目前抗沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)由墊高結(jié)構(gòu)和波紋夾芯結(jié)構(gòu)等復(fù)合結(jié)構(gòu)組成，這些抗沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)在面對(duì)沖擊荷載作用時(shí)，會(huì)發(fā)生均勻的塑性變形，從而有效消耗沖擊能量，但由于結(jié)構(gòu)的不同，其消耗能量的方式同樣有所不同。而將聚脲材料應(yīng)用在抗沖擊領(lǐng)域中，可以通過(guò)增強(qiáng)防護(hù)材料的方式進(jìn)一步提高復(fù)合結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力。

3.1 墊高結(jié)構(gòu)

在沖擊過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)噪音與振動(dòng)問(wèn)題，墊高結(jié)構(gòu)是一種重要的減振抗沖擊結(jié)構(gòu)，其通過(guò)在基層與阻尼層之間敷設(shè)隔離層從而增加阻尼層的耗能形變。梁龍強(qiáng)等利用硬質(zhì)聚氨酯泡沫和橡膠制成墊高結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)分段式隔離層的方法可以有效地提高結(jié)構(gòu)的損耗因子并改善結(jié)構(gòu)的阻尼性能，同時(shí)當(dāng)隔離層與阻尼層的厚度比在1~3時(shí)，能夠持續(xù)增加結(jié)構(gòu)的減振效果。然后以此為基礎(chǔ)制備了隔層阻尼懸臂梁，并采用聚氨酯泡沫作為隔離層，發(fā)現(xiàn)隔離層起到了擴(kuò)大阻尼層變形和輔助耗能的作用，改善了結(jié)構(gòu)面對(duì)沖擊荷載時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)情況。

張銳通過(guò)采用聚脲作為阻尼膠黏劑，將蜂窩結(jié)構(gòu)與墊高結(jié)構(gòu)相結(jié)合，研究了蜂窩墊高自由阻尼結(jié)構(gòu)的阻尼性能，研究表明蜂窩墊高自由阻尼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量較輕，由于聚脲材料的力學(xué)性能偏黏性，具備更好的耗能特性，能夠保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此提高了傳統(tǒng)墊高結(jié)構(gòu)的減振抗沖擊性能。桑英杰認(rèn)為降低墊高結(jié)構(gòu)的彎曲剛度能夠提高墊高結(jié)構(gòu)的性能，為此他對(duì)聚氨酯泡沫材料形成的墊高層進(jìn)行了開(kāi)孔處理并分析了其在單點(diǎn)錘擊法下的振動(dòng)特性，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的復(fù)合損耗因子呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律，有利于墊高結(jié)構(gòu)擴(kuò)大阻尼層的耗能形變，降低結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)。

3.2 波紋夾芯結(jié)構(gòu)

波紋夾芯結(jié)構(gòu)由于其較高的結(jié)構(gòu)效率和對(duì)沖擊載荷的顯著緩解，正成為取代傳統(tǒng)整體和加筋結(jié)構(gòu)的沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)，因此對(duì)波紋夾芯結(jié)構(gòu)的研究著重于其對(duì)沖擊荷載的防護(hù)效果。Yu等認(rèn)為波紋夾芯結(jié)構(gòu)主要存在面板屈服、屈曲和芯層屈曲3種破壞模式，其中面板屈服是沖擊下的主要破壞模式，并且沖擊角會(huì)通過(guò)影響波紋夾芯的變形方式繼而影響到波紋夾芯結(jié)構(gòu)的能量吸收效率。Cheng等采用以艦船側(cè)板為基礎(chǔ)的波紋夾芯板的全尺寸模型，對(duì)波紋夾芯結(jié)構(gòu)的變形模式做出了評(píng)估，實(shí)驗(yàn)表明前端面面對(duì)沖擊荷載時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部壓痕和裂紋的破壞變形，波紋夾芯則是出現(xiàn)壓痕和全部彎曲，并且波紋夾芯板的橫向抗沖擊性能要明顯優(yōu)于縱向抗沖擊性能。

為改善波紋夾芯結(jié)構(gòu)在高強(qiáng)度沖擊下的脆弱性，研究人員提出了在波紋板面或波紋板的間隙中填充某些新材料。Qin等發(fā)現(xiàn)將泡沫金屬填充至波紋夾芯結(jié)構(gòu)中后，面板和芯層的應(yīng)變硬化現(xiàn)象對(duì)填充后的波紋夾芯結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)不大。Zhang等發(fā)現(xiàn)相對(duì)于未填充泡沫波紋夾芯結(jié)構(gòu)，泡沫填充行為雖對(duì)面板的破壞模式影響不大，但可以減小腹板和面板的變形，是一種緩解面板和波紋夾芯腹板出現(xiàn)脫黏破壞的有效途徑。Wang等則是對(duì)裝有聚脲材料的金屬波紋夾芯板進(jìn)行了高速?gòu)椡铔_擊試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)和有限元模擬發(fā)現(xiàn)金屬波紋結(jié)構(gòu)憑借噴涂于結(jié)構(gòu)沖擊面的聚脲涂層對(duì)沖擊能量的吸收，會(huì)明顯提升抗彈道沖擊性能，同時(shí)保持了結(jié)構(gòu)本身的高比強(qiáng)度和能量吸收能力。

綜上所述，抗沖擊復(fù)合結(jié)構(gòu)具有良好的吸能特性，墊高結(jié)構(gòu)的隔離層加入聚脲材料后會(huì)大幅增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的耗能特性達(dá)到減振抗沖擊的效果，面對(duì)沖擊荷載時(shí)波紋結(jié)構(gòu)主要出現(xiàn)面板屈服的變形破壞模式，通過(guò)填充材料的方式將聚脲材料填充進(jìn)波紋結(jié)構(gòu)可以有效提高結(jié)構(gòu)的能量吸收能力，復(fù)合結(jié)構(gòu)會(huì)借助自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)吸收并轉(zhuǎn)化沖擊能量，從而減少結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的變形破壞，同時(shí)研究人員發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)改變彎曲剛度、填充材料和改變芯材的方式提高結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能。

四、結(jié)語(yǔ)

噴涂聚脲彈性體材料作為一種被廣泛運(yùn)用于建筑防水、結(jié)構(gòu)防腐的新型功能材料，在動(dòng)態(tài)載荷下憑借其優(yōu)秀的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率以及能量吸收機(jī)制等，可以提高結(jié)構(gòu)與材料的穩(wěn)定性，因此從材料的防護(hù)角度而言，聚脲彈性體十分適合應(yīng)用于抗沖擊領(lǐng)域，但由于聚脲結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能較為復(fù)雜，故結(jié)合聚脲的發(fā)展現(xiàn)狀，有如下幾點(diǎn)研究展望。

（1）由于對(duì)結(jié)構(gòu)的保護(hù)主要原因來(lái)自結(jié)構(gòu)本身受到?jīng)_擊荷載時(shí)出現(xiàn)損壞變形現(xiàn)象，故目前關(guān)于聚脲抗爆抗沖擊性能的研究主要集中在如何利用其本身特性對(duì)結(jié)構(gòu)施加影響，而將聚脲材料與其抗沖擊復(fù)合結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)，強(qiáng)化聚脲自身特性，是當(dāng)今聚脲領(lǐng)域的一項(xiàng)必要研究?jī)?nèi)容。

（2）聚脲彈性體作為涂層材料應(yīng)用于爆炸沖擊防護(hù)結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力會(huì)得到顯著提升，但結(jié)構(gòu)所處環(huán)境多樣且復(fù)雜，因此研究人員需要通過(guò)改進(jìn)材料配方使聚脲適應(yīng)不同的環(huán)境，強(qiáng)化聚脲自身特性，解決不同應(yīng)用領(lǐng)域的使用需求，提高聚脲彈性體材料的適用性。

（3）目前關(guān)于聚脲涂層抗爆抗沖擊研究方面，無(wú)法明確獲悉其在動(dòng)態(tài)荷載下的能量耗散機(jī)制，所以加強(qiáng)理論研究是必不可少的重要環(huán)節(jié)，關(guān)于聚脲與基材之間阻抗失配的影響，有待進(jìn)一步深入研究。

六、夢(mèng)能服務(wù)與支持

1、免費(fèi)樣品

如果您對(duì)我公司的工業(yè)重防腐油漆產(chǎn)品有需要或者申請(qǐng)樣品試用，請(qǐng)與我們的客服人員取得聯(lián)系。400-878-0506

油漆樣品適用范圍：

用于新建項(xiàng)目：驗(yàn)證油漆配套的可行性、檢驗(yàn)附著力、效果圖與實(shí)際顏色的色差。

用于維修項(xiàng)目：驗(yàn)證與舊涂層的兼容性。

用于日常修補(bǔ)：提供少量樣品用于修補(bǔ)破損處。

申請(qǐng)用量：在1KG以內(nèi)免費(fèi)送貨上門(mén)。

2、免費(fèi)打樣

如果您想看到工業(yè)重防腐油漆在產(chǎn)品上的實(shí)際應(yīng)用、外觀、性能測(cè)試，請(qǐng)與我們客服人員聯(lián)系，將樣板寄往夢(mèng)能科技營(yíng)銷部，由專業(yè)噴涂人員為樣板提供油漆打樣。

3、服務(wù)團(tuán)隊(duì)

夢(mèng)能對(duì)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢(mèng)能公司每年都會(huì)對(duì)技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì)，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn)，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購(gòu)買通道

零售：購(gòu)買50kg以內(nèi)，線上購(gòu)買，抖店直接下單購(gòu)買。

工廠業(yè)務(wù)：長(zhǎng)期合作、量大從優(yōu)、生產(chǎn)調(diào)試、質(zhì)量檢測(cè)、開(kāi)具13%專用發(fā)票

貿(mào)易、代理：提供代工業(yè)務(wù)支持，項(xiàng)目保護(hù)。

業(yè)主、總包、設(shè)計(jì)院：提供防腐方案設(shè)計(jì)、性能檢測(cè)、施工方案、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。

涂裝施工：提供解決方案、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)。