硬質聚氨酯泡沫塑料在軍事領域的應用研究進展

摘 要：概述了硬質聚氨酯泡沫塑料在軍事領域的最新應用研究動向。主要介紹了硬質聚氨酯泡沫塑料在易碎式結構材料、吸波材料、軍事防寒隔熱工程及電子方艙等軍事領域的應用進展。

關鍵詞：聚氨酯 硬質泡沫 易碎結構材料 隱身材料 偽裝工程

中圖分類號：TQ328 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（a）-0248-01

硬質聚氨酯泡沫塑料質輕、絕熱、吸音、耐化學藥品及高緩沖抗震；同時其合成主原料聚酯或聚醚多元醇結構多變，使其性能變化范圍廣泛，而且加工方式靈活，受到了普遍重視而發展迅速，在民事領域得到廣闊的應用。由于具有優異的各項性能，近年來硬質聚氨酯泡沫在軍事領域也受到青睞。本文主要介紹近年來硬質聚氨酯泡沫塑料在軍事及民事領域的最新應用進展。

1 在易碎式結構材料中的應用

有一批特殊的結構材料開始在兵器工業產品結構出現：這種材料不僅要求強度和剛度要足夠，能夠承擔一定的外載荷，在達到一定的觸發條件后還要求可以自行破裂。這種功能一般在大型炮發射筒的口蓋、生化武器破擊跑的彈殼、深海導彈發射系統的隔水罩等地方使用比較多。有很多類似的結構被使用在兵器工業產品結構中，統稱他們為“易碎式結構材料”[1]。

硬質聚氨酯泡沫質輕、密封性能好，強度可調，近年來被用于易碎式結構材料。例如，用聚氨酯泡沫塑料制成的火箭助推魚雷頭部的聲納保護罩[2]，當魚雷從水中發射推進到空中高速飛行時，它必需具備足夠的強度和剛度以保護罩內的儀器裝置；當魚雷接近敵艦再入水時，它必須能夠在入水時水面反擊力作用下自行碎裂，露出聲納導航裝置使能對入水后的魚雷實施聲納導航。硬質聚氨酯泡沫塑料用于易碎式結構材料比通常的機械和高分子材料產品復雜得多，它的應用需要綜合高分子化學、結構力學、斷裂力學等學科的相關理論和試驗結果，是高分子材料在兵器工業中應用的新發展。

2 在吸波材料中的應用

根據成型工藝和承載力將吸波材料分為兩大類：結構型和涂層型。而結構隱身材料擁有疊層結構、層片復合結構和夾層結構等各種不同結構形式。其中最重要的一種結構就是泡沫夾心。將預聚體和吸波劑混合制成樹脂基體然后聚合發泡，這樣制的吸波隱身夾層結構復合材料的制備方法是較為常用的一種。

泡沫塑料夾層結構隱身復合材料不僅對雷達波、紅外線有很高的吸收率，而且具有強度高、韌性好、質量輕、各向同性、損傷容限高、易成型加工成為各種復雜型面等特點，可使武器系統明顯減重、增強機動性能[3]。由于泡沫芯具有良好的剛度，它可以有效避免材料變形問題，可以加工成曲率更加復雜的芯體而具有更廣泛的應用部位。因此，泡沫夾芯型吸波材料具有特殊而重要的地位。

中國兵器工業集團第五三研究所中的丁文皓[4]等員工，研究了一種含導電短纖維的聚氨酯泡沫塑料的吸波性能，纖維吸波劑的電導率和含量得到了探討，還研究了泡沫塑料式樣的厚度是否影響聚氨酯泡沫塑料吸波性能。研究結果顯示，纖維電導率在一定范圍內的增大，會增加聚氨酯泡沫塑料對電磁波的損耗。安徽大學的賈莉莉[5]等人，把納米管和聚氨酯泡沫摻雜，將納米管分散其中，再將納米管填充在聚氨酯泡沫的孔洞中，使納米管北汽浸漬，通過這兩種工藝別制備了吸波性聚氨酯泡沫塑料，達到了-20 dB左右的反射率。

3 在軍事防寒隔熱工程中的應用

硬質聚氨酯泡沫塑料正是一種防寒、隔熱絕熱性能很好的材料。美國寒冷地區研究工程實驗室設計制造了一種寒區使用的集裝掩蔽部，并在阿拉斯加進行了幾個冬天的氣候試驗。該掩蔽部為擴裝式集裝箱掩蔽部。夾芯為聚氨酯泡沫塑料，面板為膠合板，局部采用鋁合金加強。經過3個冬天的試驗表明，該掩蔽體的耐寒特性遠優于其它掩蔽體，它的隔熱性能比其它掩蔽部高2～4倍[6]。利用硬質聚氨酯泡沫良好的防潮，隔熱和防震性能，美國針對德克薩斯州海岸惡劣環境，設計海軍雷達天線罩的保溫隔熱材料為聚氨酯噴涂泡沫，使雷達天線罩能抵抗航海中出現的劇烈震動以及其他各種惡劣環境。

4 在電子方艙中的應用

方艙是一種獨立廂體，能在惡劣的外在環境條件下提供良好的內部工作環境，具有多種防護能力，在地面戰術電子設備中得到廣泛應用。它能適應多種運輸形式，機動性能好，可用于放置電子設備、醫療設備，可作為流動的工作站或戰地指揮系統。

在方艙的生產中，聚氨酯材料的應用比較廣泛。方艙一般是由一定密度的硬質聚氨酯泡沫塑料與鋁蒙皮構成的夾芯板組成，從結構形式上可分為框架式和大板式兩大類。框架式為用金屬材料焊制的框架作為承載基體，內外鋁蒙皮，中間為硬質聚氨酯泡沫塑料。大板式為硬質聚氨酯泡沫塑料與鋁蒙皮形成的夾芯板結構。兩種結構的差別在于前者的強度高于后者。在方艙的生產中，有60%～80%的非金屬材料與聚氨酯材料有關[7]。

5 結語

近年來，全球聚氨酯行業發展速度非常迅猛。特別是在新材料，新工藝，新設備，以及新應用等方面有了長足的進步。硬質聚氨酯泡沫塑料具有優良的物理力學性能、聲學性能、電學性能和耐化學性能，逐步作為結構材料用于支撐、填充等方面，在軍事領域的應用前景將日趨廣闊。

參考文獻

[1]魏鳳春，張曉，張秀麗，等.易碎復合材料結構研究進展[J].材料導報，2008，5（22）X：397-399.

[2]世界最新潛艇大掃描[EB/OL].http//military.china.com/zh-a11/critical3/2720050220/12118586-2.html，2005-02-20.

[3]胡愛軍.泡沫夾芯型吸波隱身結構復合材料的發展趨勢[J].宇航材料工藝， 2009（1）：1-4.

[4]丁文皓，朱洪立.含有短切導電纖維聚氨酯泡沫塑料的吸波性能研究[J].工程塑料應用，2007，35（11）：20-22.

[5]賈莉莉，畢紅.聚氨酯泡沫復合材料的制備及其吸波性能研究[J].安徽大學學報，2007，31（5）：66-68.

[6]楊大峰，劉國權，梅樹清.硬質聚氨酯泡沫塑料在野戰移動工事中應用[J].化學推進劑與高分子材料，2003，1（3）：33-36.

[7] 馬天信，姜波.聚氨酯材料在航天工業方艙中的應用[J].聚氨酯工業，2003，18（1）：32-34.