硬质聚氨酯泡沫塑料在军事领域的应用研究进展

摘 要：概述了硬质聚氨酯泡沫塑料在军事领域的最新应用研究动向。主要介绍了硬质聚氨酯泡沫塑料在易碎式结构材料、吸波材料、军事防寒隔热工程及电子方舱等军事领域的应用进展。

关键词：聚氨酯 硬质泡沫 易碎结构材料 隐身材料 伪装工程

中图分类号：TQ328 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（a）-0248-01

硬质聚氨酯泡沫塑料质轻、绝热、吸音、耐化学药品及高缓冲抗震；同时其合成主原料聚酯或聚醚多元醇结构多变，使其性能变化范围广泛，而且加工方式灵活，受到了普遍重视而发展迅速，在民事领域得到广阔的应用。由于具有优异的各项性能，近年来硬质聚氨酯泡沫在军事领域也受到青睐。本文主要介绍近年来硬质聚氨酯泡沫塑料在军事及民事领域的最新应用进展。

1 在易碎式结构材料中的应用

有一批特殊的结构材料开始在兵器工业产品结构出现：这种材料不仅要求强度和刚度要足够，能够承担一定的外载荷，在达到一定的触发条件后还要求可以自行破裂。这种功能一般在大型炮发射筒的口盖、生化武器破击跑的弹壳、深海导弹发射系统的隔水罩等地方使用比较多。有很多类似的结构被使用在兵器工业产品结构中，统称他们为“易碎式结构材料”[1]。

硬质聚氨酯泡沫质轻、密封性能好，强度可调，近年来被用于易碎式结构材料。例如，用聚氨酯泡沫塑料制成的火箭助推鱼雷头部的声纳保护罩[2]，当鱼雷从水中发射推进到空中高速飞行时，它必需具备足够的强度和刚度以保护罩内的仪器装置；当鱼雷接近敌舰再入水时，它必须能够在入水时水面反击力作用下自行碎裂，露出声纳导航装置使能对入水后的鱼雷实施声纳导航。硬质聚氨酯泡沫塑料用于易碎式结构材料比通常的机械和高分子材料产品复杂得多，它的应用需要综合高分子化学、结构力学、断裂力学等学科的相关理论和试验结果，是高分子材料在兵器工业中应用的新发展。

2 在吸波材料中的应用

根据成型工艺和承载力将吸波材料分为两大类：结构型和涂层型。而结构隐身材料拥有叠层结构、层片复合结构和夹层结构等各种不同结构形式。其中最重要的一种结构就是泡沫夹心。将预聚体和吸波剂混合制成树脂基体然后聚合发泡，这样制的吸波隐身夹层结构复合材料的制备方法是较为常用的一种。

泡沫塑料夹层结构隐身复合材料不仅对雷达波、红外线有很高的吸收率，而且具有强度高、韧性好、质量轻、各向同性、损伤容限高、易成型加工成为各种复杂型面等特点，可使武器系统明显减重、增强机动性能[3]。由于泡沫芯具有良好的刚度，它可以有效避免材料变形问题，可以加工成曲率更加复杂的芯体而具有更广泛的应用部位。因此，泡沫夹芯型吸波材料具有特殊而重要的地位。

中国兵器工业集团第五三研究所中的丁文皓[4]等员工，研究了一种含导电短纤维的聚氨酯泡沫塑料的吸波性能，纤维吸波剂的电导率和含量得到了探讨，还研究了泡沫塑料式样的厚度是否影响聚氨酯泡沫塑料吸波性能。研究结果显示，纤维电导率在一定范围内的增大，会增加聚氨酯泡沫塑料对电磁波的损耗。安徽大学的贾莉莉[5]等人，把纳米管和聚氨酯泡沫掺杂，将纳米管分散其中，再将纳米管填充在聚氨酯泡沫的孔洞中，使纳米管北汽浸渍，通过这两种工艺别制备了吸波性聚氨酯泡沫塑料，达到了-20 dB左右的反射率。

3 在军事防寒隔热工程中的应用

硬质聚氨酯泡沫塑料正是一种防寒、隔热绝热性能很好的材料。美国寒冷地区研究工程实验室设计制造了一种寒区使用的集装掩蔽部，并在阿拉斯加进行了几个冬天的气候试验。该掩蔽部为扩装式集装箱掩蔽部。夹芯为聚氨酯泡沫塑料，面板为胶合板，局部采用铝合金加强。经过3个冬天的试验表明，该掩蔽体的耐寒特性远优于其它掩蔽体，它的隔热性能比其它掩蔽部高2～4倍[6]。利用硬质聚氨酯泡沫良好的防潮，隔热和防震性能，美国针对德克萨斯州海岸恶劣环境，设计海军雷达天线罩的保温隔热材料为聚氨酯喷涂泡沫，使雷达天线罩能抵抗航海中出现的剧烈震动以及其他各种恶劣环境。

4 在电子方舱中的应用

方舱是一种独立厢体，能在恶劣的外在环境条件下提供良好的内部工作环境，具有多种防护能力，在地面战术电子设备中得到广泛应用。它能适应多种运输形式，机动性能好，可用于放置电子设备、医疗设备，可作为流动的工作站或战地指挥系统。

在方舱的生产中，聚氨酯材料的应用比较广泛。方舱一般是由一定密度的硬质聚氨酯泡沫塑料与铝蒙皮构成的夹芯板组成，从结构形式上可分为框架式和大板式两大类。框架式为用金属材料焊制的框架作为承载基体，内外铝蒙皮，中间为硬质聚氨酯泡沫塑料。大板式为硬质聚氨酯泡沫塑料与铝蒙皮形成的夹芯板结构。两种结构的差别在于前者的强度高于后者。在方舱的生产中，有60%～80%的非金属材料与聚氨酯材料有关[7]。

5 结语

近年来，全球聚氨酯行业发展速度非常迅猛。特别是在新材料，新工艺，新设备，以及新应用等方面有了长足的进步。硬质聚氨酯泡沫塑料具有优良的物理力学性能、声学性能、电学性能和耐化学性能，逐步作为结构材料用于支撑、填充等方面，在军事领域的应用前景将日趋广阔。

参考文献

[1]魏凤春，张晓，张秀丽，等.易碎复合材料结构研究进展[J].材料导报，2008，5（22）X：397-399.

[2]世界最新潜艇大扫描[EB/OL].http//military.china.com/zh-a11/critical3/2720050220/12118586-2.html，2005-02-20.

[3]胡爱军.泡沫夹芯型吸波隐身结构复合材料的发展趋势[J].宇航材料工艺， 2009（1）：1-4.

[4]丁文皓，朱洪立.含有短切导电纤维聚氨酯泡沫塑料的吸波性能研究[J].工程塑料应用，2007，35（11）：20-22.

[5]贾莉莉，毕红.聚氨酯泡沫复合材料的制备及其吸波性能研究[J].安徽大学学报，2007，31（5）：66-68.

[6]杨大峰，刘国权，梅树清.硬质聚氨酯泡沫塑料在野战移动工事中应用[J].化学推进剂与高分子材料，2003，1（3）：33-36.

[7] 马天信，姜波.聚氨酯材料在航天工业方舱中的应用[J].聚氨酯工业，2003，18（1）：32-34.