Мочевинаның полиуретанды эластомері - Polyurethane urea elastomer

The мочевина эластомері полиуретанды (ЖПБ), немесе поли (уретан мочевина) эластомері икемді полимерлі материал жасалынған байланыстардан тұрады полиуретан және полиурея қосылыстар. Гиперэластикалық қасиеттеріне байланысты, ол жоғары жылдамдықтағы баллистикалық снарядтарды соққы кезінде материал «қатып қалғандай» кері серпіле алады. ЖПБ-ны зерттеушілер әзірледі АҚШ армиясының зерттеу зертханасы (ARL) және солдат нанотехнологиялары армиясының институты Массачусетс технологиялық институты (MIT) ауыстыру полиэтилен материалдар дене сауыты сияқты басқа қорғаныс құралдары жауынгерлік дулыға, бет қалқандары, және баллистикалық көкірекше.[1]

Композиция

Жалпы алғанда, ЖПБ материалдың физикалық қасиеттерінде рөл атқаратын қатты және жұмсақ сегменттерден тұрады. Жұмсақ сегменттер ұзын тізбекті екі түрлі химиялық қосылыстардан тұрады полиолдар және диизоцианаттар, олар реактивті және уретан байланыстарымен бірге қосылады. Екінші жағынан, қысқа тізбек диаминдер реакция диизоцианаттар мочевина байланыстарымен бірге ұсталатын қатты сегменттерді қалыптастыру. ЖПУ-дің механикалық қасиеттері көбіне спецификалық диизоцианаттарға, ұзын тізбекті полиолдарға және қысқа тізбекті диаминдерге байланысты, өйткені бұл компоненттердің өзара әрекеттесуі эластомерлердің жұмсақ және қатты сегменттерінің қаншалықты жақсы болатындығын анықтайды кристалдану және өту микрофазаның бөлінуі. Нәтижесінде химиялық қосылыстардың осы молекулалық орналасуындағы ауытқулар эластомердің морфологиясына және ол көрсететін макроскопиялық, механикалық қасиеттеріне үлкен әсер ететіндігі дәлелденді.[2][3]

Гипереластикалық мінез-құлық

2017 жылы Армия ғылыми-зерттеу зертханасының және MIT зерттеушілері ЖПБ гиперпластикалық қасиеттерін көрсете алады, яғни материал қысқа мерзімде деформацияланған кезде өте қатты болады деп мәлімдеді. Нәтижесінде материал баллистикалық әсерлерге өте жоғары жылдамдықта төтеп бере алады.[4]

Зерттеу үшін зерттеушілер 4,4’-дициклогексилметан диизоцианат (әр түрлі PUU) нұсқаларының өнімділігін зерттеді (HMDI ) диизоцианат қосылысы ретінде таңдалды, диетилтолуэндиамин (DETA) қысқа тізбекті диамин қосылысы ретінде, ал поли (тетраметиленоксид) (PTMO) ұзақ тізбекті полиол қосылысы ретінде таңдалды. Бірдей химиялық қосылыстардан тұратынына қарамастан стехиометриялық қатынас 2: 1: 1 ішінен [HDMI]: [DETA]: [PTMO], сынамалар әр түрлі болды молекулалық массасы олардың сәйкес PTMO компоненті, атап айтқанда эластомерлердің жұмсақ сегменттері үшін 650 г / моль, 1000 г / моль және 2000 г / моль.[5]

Үш үлгінің әрқайсысы лазермен қоздырылған снарядтың әсер ету сынағына (LIPIT) ұшырады, ол материалдың динамикалық реакциясын импульстік лазердің көмегімен атып түсірді микробөлшектер жасалған кремний диоксиді жылдамдығы 200 м / с-ден 800 м / с-қа дейін.[5][6] Зерттеушілер 650 г / моль PTMO бар үлгінің бөлшектердің ең қатал нұсқасы болып табылатындығын анықтады, олар 195 м / с-қа көтерілгенге дейін 790 м / с жылдамдықпен жүрсе де, соққы кезінде шамамен 4 микрометр тереңдікті көрсетеді. Керісінше, 2000 г / моль PTMO үлгісі шамамен 9 микрометрдің тереңірек енуін көрсетті, бірақ бөлшектердің баяулауы 80 м / с болатын, бұл PUU үлгілері арасында ең резеңке тәрізді болды. The кернеулер осы әсерлермен байланысты біріншісіне 2,0 х 10 ^ 8 / с, ал соңғысына 8,1 х 10 ^ 7 / с болды.[5]

Алайда, PUU нұсқаларының үшеуі де микробөлшектердің әсерінен кейін өлімнен кейінгі зақымдану белгілері жоқ қалпына келтіру мүмкіндіктерін көрсетті. Керісінше, LIPIT серпімді, шыны тәрізді болған кезде поликарбонат 650 г / моль PTMO PUU нұсқасының жылдамдығымен ұқсас жылдамдықтарда поликарбонат оның жоғары болуына қарамастан соққы кезінде басым деформацияны көрсетті сынудың беріктігі және баллистикалық күш.[5][7] Зерттеушілердің пікірінше, ЖПБ-нің тиімділігі молекулалардың «резонансқа» ұқсас болуынан болуы мүмкін почта әр тербеліс кезінде белгілі бір жиілікте жұтылған энергияны таратады. Салыстыру үшін поликарбонаттың кең спектрі болмады релаксация уақыты, полимер тізбегіндегі молекулалардың PUU бар екендігі белгілі сыртқы импульске қаншалықты тиімді жауап беретінін көрсететін сипаттама.[7] Нәтижесінде, зерттеушілер PUU-дің резеңке тәрізді нұсқасы, атап айтқанда 2000 г / моль PTMO үлгісі шыны тәрізді поликарбонатқа қарағанда үлкен беріктік пен динамикалық қаттылықты көрсетті деген қорытындыға келді.[5]

ARL зерттеушілері PUU-ның негізгі пайдасы оның қосымша күшінен емес, матаға ұқсас икемділіктен туындайды, бұл оның әскери шайқастарда кездесетін қатты керамика мен металл плиталарды алмастыратын материал ретінде өзінің әлеуетін көрсетеді. Алайда, 2018 жылдан бастап ЖПБ тестілеу кезеңінде әзірленуде.[8]

Әдебиеттер тізімі

  1. ^ Оуэнс, Кэтрин (23.10.2017). «Полиуретанға негізделген жаңа материал өзін-өзі қатайтатын, өтпейтін дулыға болуы мүмкін». Қорғаныс жүйелері. Алынған 30 тамыз, 2018.
  2. ^ Хсие, Алекс; Орлички, Джошуа; Бейер, Рик (наурыз 2009). «Баллистикалық және жарылысты азайту үшін шлем төсеніші ретінде жаңа поли (уретан-мочевина) гибридтерінің молекулалық дизайны». АҚШ армиясының зерттеу зертханасы - қорғаныс техникалық ақпарат орталығы арқылы.
  3. ^ Хсие, Алекс; Сарва, Сай; Райс, Норман (қыркүйек 2009). «Мөлдір бронь қолдану үшін эластомерлердегі поли (уретанды мочевина) динамикалық қатаюды жақсарту». АҚШ армиясының зерттеу зертханасы.
  4. ^ «ЖПБ әскери қызметшілерді және көлік құралдарын қорғауды жақсы деп санайды». AZO материалдары. 2017 жылғы 11 қазан. Алынған 30 тамыз, 2018.
  5. ^ а б c г. e Вейссет, Дэвид; Хсие, Алекс; Кой, Стивен; Нельсон, Кит (27 маусым, 2017). «Поли (уретан мочевина) эластомерлерінің жоғары деформациялы микробөлшектердің әсер ету реакцияларындағы молекулалық әсері». Полимер. 123: 30–38. дои:10.1016 / j.polimer.2017.06.071. hdl:1721.1/123990.
  6. ^ Мраз, Стивен (20 қараша, 2017). «Армия шлемдерге арналған жаңа, қатал материалдарды зерттейді». Машина дизайны. Алынған 30 тамыз, 2018.
  7. ^ а б «Армия болашақ сарбаздың жауынгерлік шлемі үшін берік материалдан үміт табады». АҚШ армиясы. 2017 жылғы 11 қазан. Алынған 30 тамыз, 2018.
  8. ^ Келлер, Джаред (11 қазан, 2017). «Армияның келесі қаруы күшейе түсуі мүмкін». Тапсырма және мақсат. Алынған 30 тамыз, 2018.