本發(fā)明涉及新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于防爆頭盔的一體成型復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

頭盔是警察執(zhí)勤單兵作戰(zhàn)時不可或缺的防護(hù)用具，起到保護(hù)頭部的作用。金屬頭盔尤其是鋼制頭盔從二次大戰(zhàn)開始得到了廣泛的引用。鋼制頭盔在防彈及防暴領(lǐng)域發(fā)揮著極大的作用，但同時也存在一定的缺陷，主要表現(xiàn)在金屬頭盔質(zhì)量大，佩戴舒適性差、導(dǎo)電性能高、隔熱性能低等問題。隨著紡織用高性能纖維的出現(xiàn)，高韌性、高模量高拉伸強(qiáng)度的高性能纖維作為增強(qiáng)體的復(fù)合材料逐漸用作金屬制頭盔的替代材料。復(fù)合材料制非金屬頭盔顯著降低頭盔質(zhì)量的同時，保證了防護(hù)性能與佩戴舒適性的結(jié)合。非金屬制頭盔中，與錦綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料和玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料頭盔相比較，芳綸纖維和超高分子量聚乙烯纖維增強(qiáng)復(fù)合材料頭盔具有更好的防護(hù)性能。

普通織物中由于存在經(jīng)緯紗線的交織，因而限制了紗線的移動，難以適應(yīng)頭盔中大曲率曲面，因此在制作頭盔用復(fù)合材料時會將織物裁剪成小塊后鋪覆在模具中制備復(fù)合材料頭盔。由此方法制備的頭盔材料由于纖維的不連續(xù)性導(dǎo)致部分性能喪失，因此需要尋找一種能夠適應(yīng)頭盔這種大曲率曲面的具有較大變形能力的織物作為頭盔的增強(qiáng)材料。

真空輔助樹脂傳遞成型法(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding，簡稱VARTM) 是一種較先進(jìn)的高性能低成本纖維強(qiáng)化樹脂基復(fù)合材料制備工藝。該技術(shù)在提高樹脂傳遞的動力，排除模具及纖維增強(qiáng)體中的空氣的同時，為樹脂在纖維增強(qiáng)體中的流動打開通道并形成完整的通路，使得制備的復(fù)合材料具有較低的孔隙率和較高的纖維體積含有率，并且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、適合不同尺寸產(chǎn)品的加工。

目前以超高分子量聚乙烯或凱夫拉織物作為增強(qiáng)材料的頭盔殼體都采用無緯布或裁剪方式以適應(yīng)頭盔殼體對織物大變形能力的需求，其缺陷主要在于成型工藝的不連續(xù)性和由于織物中纖維不連續(xù)造成的纖維防護(hù)能力未能充分發(fā)揮。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于防爆頭盔的一體成型復(fù)合材料及其制備方法，

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種用于防爆頭盔的一體成型復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.通過混雜織造制備預(yù)設(shè)層數(shù)的角聯(lián)鎖織物；

S2.依次將角聯(lián)鎖織物、脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)鋪覆在頭盔模具中，留出樹脂流動通道后進(jìn)行密封處理；

S3.在抽真空下，將樹脂灌入樹脂流動通道中，固化，脫模，裁剪，得到用于防爆頭盔的一體成型復(fù)合材料。

進(jìn)一步地，所述角聯(lián)鎖織物和樹脂中，角聯(lián)鎖織物的體積分?jǐn)?shù)為70-90%，余量為樹脂。

進(jìn)一步地，所述角聯(lián)鎖織物的層數(shù)為至少一層。

進(jìn)一步地，所述角聯(lián)鎖織物由高性能纖維織造而成。

進(jìn)一步地，所述高性能纖維為聚對苯二甲酰對苯二胺纖維、聚乙烯纖維、聚對苯撐苯并二噁唑纖維中的至少一種。

進(jìn)一步地，所述樹脂為熱固性聚合物樹脂或熱可塑性聚合物樹脂。

進(jìn)一步地，所述樹脂為環(huán)氧樹脂。

進(jìn)一步地，所述步驟S2中密封是實用真空袋膜進(jìn)行密封處理。

進(jìn)一步地，所述步驟S3中固化是在65-80℃下進(jìn)行，固化時間為2-5h。

一種用于防爆頭盔的一體成型復(fù)合材料，由上述方法制備而成。

本發(fā)明采用角聯(lián)鎖織物通過真空輔助樹脂傳遞成型法制得用于防爆頭盔的一體成型復(fù)合材料，其中角聯(lián)鎖織物為2.5維角聯(lián)鎖織物，2.5維角聯(lián)鎖織物一般由緯紗系統(tǒng)、接結(jié)經(jīng)紗系統(tǒng)、襯經(jīng)系統(tǒng)、襯緯系統(tǒng)組成，前兩個系統(tǒng)構(gòu)成主體結(jié)構(gòu)，后兩個系統(tǒng)可靈活選擇，不同的織物結(jié)構(gòu)具有不同的性能特點，最大的特點是一部分紗線沿織物厚度方向呈一定角度配置，起到增強(qiáng)層間斷裂韌性，改善織物厚度方向上的力學(xué)性能的作用，克服了傳統(tǒng)復(fù)合材料層板受到層問應(yīng)力時易分層的性能缺陷，以正交角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)最為突出；其次織物的成型性與結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，合理的織物結(jié)構(gòu)可以獲得良好的變形，以斜交角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)最為優(yōu)異；角聯(lián)鎖織物在平面狀態(tài)下單位面積內(nèi)經(jīng)緯紗交織點少，織物結(jié)構(gòu)松散，變形時紗線所受摩擦力較小，能夠發(fā)生較大的相對滑移，有平面向立體變化的過程中紗線滑移并伴隨有層內(nèi)滑移和層間滑移紗線取向發(fā)生變化、重新排列，適應(yīng)立體形狀；2.5維角聯(lián)鎖織物實現(xiàn)了在頭盔大曲率曲面上的無褶皺、非裁剪、無搭接的一體鋪覆成形。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明使用的角聯(lián)鎖織物在織造階段經(jīng)設(shè)計達(dá)到需要的層數(shù)及厚度，得到的織物是一個整體，沒有分層的缺陷，同時角聯(lián)鎖織物能夠很好地貼合模具，無需對織物裁剪，能夠?qū)崿F(xiàn)一體成型，克服了現(xiàn)有技術(shù)中易產(chǎn)生層間剝離、增強(qiáng)體與模具不貼合的問題；另外，纖維在增強(qiáng)織物中連續(xù)不斷，使能量具有很好的傳遞性，具有更好的防護(hù)效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一體成型模具剖面示意圖；

圖中，1-頭盔模具，2-角聯(lián)鎖織物，3-真空袋膜，4-樹脂，5-樹脂入口，6-通過真空泵管道。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于以下所述。

實施例1

一種用于防爆頭盔的一體成型復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.采用芳綸通過織造制備3層的角聯(lián)鎖織物；

S2.依次將角聯(lián)鎖織物、脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)鋪覆在頭盔模具中，采用真空輔助樹脂傳遞成型法，留出樹脂流動通道后進(jìn)行密封處理；

S3.在抽真空下，將環(huán)氧樹脂灌入樹脂流動通道中，浸潤織物一體成型，固化，脫模，裁剪，得到厚度為1.5±0.1mm的防暴頭盔殼體。

實施例2

一種用于防爆頭盔的一體成型復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.采用芳綸/碳纖維通過混雜織造制備5層的角聯(lián)鎖織物，經(jīng)紗為芳綸，3層緯紗使用芳綸纖維，2層緯紗使用T300碳纖維；

S2.依次將角聯(lián)鎖織物、脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)鋪覆在頭盔模具中，采用真空輔助樹脂傳遞成型法，留出樹脂流動通道后進(jìn)行密封處理；

S3.在抽真空下，將環(huán)氧樹脂灌入樹脂流動通道中，浸潤織物一體成型，固化，脫模，裁剪，得到外層為兩層碳纖維層，內(nèi)層為3層芳綸層的防暴頭盔殼體，厚度為2.3±0.1mm。

實施例3

一種用于防爆頭盔的一體成型復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

S1.采用聚對苯二甲酰對苯二胺纖維、聚乙烯纖維、聚對苯撐苯并二噁唑纖維通過混雜織造制備5層的2.5維角聯(lián)鎖織物，經(jīng)紗為聚對苯二甲酰對苯二胺纖維，3層緯紗使用聚乙烯纖維，2層緯紗聚對苯撐苯并二噁唑纖維；

S2.依次將角聯(lián)鎖織物、脫模布、導(dǎo)流網(wǎng)鋪覆在頭盔模具中，采用真空輔助樹脂傳遞成型法，留出樹脂流動通道后進(jìn)行密封處理；

S3.在抽真空下，將環(huán)氧樹脂灌入樹脂流動通道中，浸潤織物一體成型，固化，脫模，裁剪，得到厚度為2.3±0.1mm的防暴頭盔。

優(yōu)選地，所述實施例3中固化是在65-80℃下進(jìn)行，固化時間為2-5h。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述構(gòu)想范圍內(nèi)，通過上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識進(jìn)行改動。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。