• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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高硬度聚脲涂层抗侵性能与断裂机制研究

张鹏 赵鹏铎 王志军 张磊 任杰 徐豫新

张鹏, 赵鹏铎, 王志军, 张磊, 任杰, 徐豫新. 高硬度聚脲涂层抗侵性能与断裂机制研究[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(1): 015101. doi: 10.11883/bzycj-2018-0224
引用本文: 张鹏, 赵鹏铎, 王志军, 张磊, 任杰, 徐豫新. 高硬度聚脲涂层抗侵性能与断裂机制研究[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(1): 015101. doi: 10.11883/bzycj-2018-0224
ZHANG Peng, ZHAO Pengduo, WANG Zhijun, ZHANG Lei, REN Jie, XU Yuxin. Penetration resistance and fracture mechanism of high-hardness polyurea coating[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(1): 015101. doi: 10.11883/bzycj-2018-0224
Citation: ZHANG Peng, ZHAO Pengduo, WANG Zhijun, ZHANG Lei, REN Jie, XU Yuxin. Penetration resistance and fracture mechanism of high-hardness polyurea coating[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(1): 015101. doi: 10.11883/bzycj-2018-0224

高硬度聚脲涂层抗侵性能与断裂机制研究

doi: 10.11883/bzycj-2018-0224
基金项目: 

国家自然科学基金 11302259

国家自然科学基金 11402027

详细信息
    作者简介:

    张鹏(1989-), 男, 博士研究生

    通讯作者:

    赵鹏铎, zhaopengduo@163.com

  • 中图分类号: O385

Penetration resistance and fracture mechanism of high-hardness polyurea coating

  • 摘要: 鉴于高硬度聚脲与常规聚脲弹性体的区别,研究了高硬度聚脲涂覆钢板结构的抗侵性能及涂层断裂机制。通过弹道实验加载3.3 g立方体破片撞击无涂层、迎弹面涂层、背弹面涂层与双面涂层4种涂覆类型靶板,获得靶板的弹道极限,分析了不同涂覆方式下结构的抗侵性能、涂层断裂规律与微观断口形貌。结果表明:破片冲击作用下,迎弹面涂层断裂程度高且吸能性好,能够有效提高结构抗侵性能,而背弹面涂层破坏先于钢板层且吸能性差,对结构抗侵性能无提升作用;涂层断裂呈现一定的速度效应、厚度效应与微观特征,其规律反映了不同位置涂层的吸能差异。
  • 图  1  聚脲涂覆钢板

    Figure  1.  Polyurea coated steel plate

    图  2  3.3 g立方体破片

    Figure  2.  3.3 g cubic fragments

    图  3  实验布置示意图

    Figure  3.  Schematic of experimental setup

    图  4  破片穿靶前后对比

    Figure  4.  Comparison of impact fragment

    图  5  无涂层钢板的典型失效情况

    Figure  5.  Typical failures of uncoated steel plates

    图  6  含涂层钢板的典型失效情况

    Figure  6.  Typical failures of polyurea coated steel plates

    图  7  涂层断口形貌示意图

    Figure  7.  Fracture morphology of polyurea coatings

    图  8  迎弹面涂层典型断口微观形貌

    Figure  8.  Fracture micro-morphology of front coating

    图  9  背弹面涂层典型断口微观形貌

    Figure  9.  Fracture micro-morphology of back coating

    表  1  聚脲力学性能参数

    Table  1.   Mechanical property parameters of polyurea

    产品型号 密度/(g·cm-3) 拉伸强度/MPa 撕裂强度/(kN·m-1) 断裂伸长率/% 邵氏硬度
    SPUA-307 1.02 25 81 45 D65~75
    SPUA-502[4] 1.02 15 71 200 A85~89
    SPUA-601[5] 1.02 16 50 450
    SPUA1220[6] 1.02 15 71 200
    SPUA-306[7] 1.02 24 85 400 A85~89
    Polyurea[8] 31 Elastomer A95
    Eraspray ESU630D[9-10] 1.065 Elastomer D(63±3)
    Polyurea[11-15] Elastomer
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    表  2  实验工况与结果

    Table  2.   Configurations and results of different plates

    靶板类型 钢板厚度/mm 涂层厚度/mm 面密度/(kg·m-2) 弹道极限/(m·s-1) 弹道极限提高率/% 极限比吸收能/(J·m2·kg-1) 极限比吸收能提高率/%
    钢板 3 0 23.52 367.73 0 9.49 0
    聚脲/钢板 3 6 29.64 501.99 36.5 14.03 47.8
    钢板/聚脲 3 6 29.64 377.16 2.6 7.92 -16.5
    聚脲/钢板/聚脲 3 3+3 29.64 462.17 25.7 11.89 25.3
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    表  3  3 mm涂层的破坏与断裂规律

    Table  3.   Failure patterns of 3 mm polyurea coatings

    涂层位置 破坏特征 破坏情况 断裂示意图
    vi=252.90 m/s vi=349.78 m/s vi=442.74 m/s
    迎弹面 典型破坏形貌
    径向裂纹数量 4 4
    断裂直径d/mm 42 47 50
    背弹面 典型破坏形貌
    径向裂纹数量 10 11 13
    断裂直径d/mm 16 24 30
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  • [1] 许帅.聚脲弹性体复合结构抗冲击防护性能研究[D].北京: 北京理工大学, 2015. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10007-1015030336.htm
    [2] 宋彬.聚脲弹性体夹层防爆罐抗爆性能研究[D].南京: 南京理工大学, 2016. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10288-1016222541.htm
    [3] 蔡桂杰.弹性体涂覆钢筋混凝土板抗爆作用设计方法研究[D].太原: 中北大学, 2015. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10110-1015661810.htm
    [4] 刘厚钧.聚氨酯弹性体手册[M].2版.北京:化学工业出版社, 2012:1.
    [5] 黄微波.喷涂聚脲弹性体技术[M].北京:化学工业出版社, 2005:2-3.
    [6] 王宝柱, 刘培礼.关于聚脲热点问题的探讨[J].中国涂料, 2009, 24(10):23-26. DOI: 10.3969/j.issn.1007-497X.2009.12.001.

    WANG Baozhu, LIU Peili. Discussion on hot issues of polyurea[J]. China Coatings, 2009, 24(10):23-26. DOI: 10.3969/j.issn.1007-497X.2009.12.001.
    [7] 赵鹏铎, 张鹏, 张磊, 等.聚脲涂覆钢板结构抗爆性能试验研究[J].北京理工大学学报, 2018, 38(2):118-123. DOI: 10.15918/j.tbit1001-0645.2018.02.002.

    ZHAO Pengduo, ZHANG Peng, ZHANG Lei, et al. Experimental investigation on the performance of polyurea-coated structure under blast loads[J]. Transactions of Beijing Institute of Technology, 2018, 38(2):118-123. DOI: 10.15918/j.tbit1001-0645.2018.02.002.
    [8] FEAGA M K. The effect of projectile strike velocity on the performance of polyurea coated RHA plates under ballistic impact[D]. Bethlehem, Pennsylvania: Lehigh University, 2007.
    [9] MOHOTTI D, NGO T, MENDIS P, et al. Polyurea coated composite aluminium plates subjected to high velocity projectile impact[J]. Materials and Design, 2013, 52:1-16. DOI: 10.1016/j.matdes.2013.05.060.
    [10] MOHOTTI D, NGO T, RAMAN S N, et al. Plastic deformation of polyurea coated composite aluminium plates subjected to low velocity impact[J]. Materials and Design, 2014, 56:696-713. DOI: 10.1016/j.matdes.2013.11.063.
    [11] ROLAND C M, FRAGIADAKIS D, GAMACHE R M, et al. Factors influencing the ballistic impact resistance of elastomer-coated metal substrates[J]. Philosophical Magazine, 2013, 93(5):468-477. DOI: 10.1080/14786435.2012.722235.
    [12] ROLAND C M, FRAGIADAKIS D, GAMACHE R M. Elastomer-steel laminate armor[J]. Composite Structures, 2010, 92(5):1059-1064. DOI: 10.1016/j.compstruct.2009.09.057.
    [13] BOGOSLOVOV R B, ROLAND C M, GAMACHE R M. Impact-induced glass transition in elastomeric coatings[J]. Applied Physics Letters, 2007, 90(22):221910. DOI: 10.1063/1.2745212.
    [14] GAMACHE R M, GILLER C B, MONTELLA G, et al. Elastomer-metal laminate armor[J]. Materials and Design, 2016, 111:362-368. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.08.072.
    [15] GILLER C B, GAMACHE R M, WAHL K J, et al. Coating/substrate interaction in elastomer-steel bilayer armor[J]. Journal of Composite Materials, 2016, 50(20):2853-2859. DOI: 10.1177/0021998315613131.
    [16] WINCHESTER J.战机档案: 美军战机7[M].张立功, 译.北京: 中国市场出版社, 2013: 217.
    [17] 梅志远, 朱锡.利用MSC/DYTRAN程序仿真分析导弹战斗部立方体破片的侵彻威力[J].海军工程大学学报, 2002, 14(2):39-42. DOI: 10.3969/j.issn.1009-3486.2002.02.010.

    MEI Zhiyuan, ZHU Xi. The resistance ability of steel plate for penetration by cubic fragment through MSC/Dytran[J]. Journal of Naval University of Engineering, 2002, 14(2):39-42. DOI: 10.3969/j.issn.1009-3486.2002.02.010.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-21
  • 修回日期:  2018-08-29
  • 刊出日期:  2019-01-05

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