一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種防彈裝甲板及其制造方法，尤其涉及一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，高性能防彈裝甲的目標(biāo)是在低面密度下能抗擊彈丸更大的速度沖擊。傳統(tǒng)的陶瓷復(fù)合防彈板通常以較硬的陶瓷作面板、以韌性良好的金屬或纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料做背板，首先將面板和背板單獨(dú)成型，然后再利用膠黏劑將面板和背板粘接在一起。傳統(tǒng)的陶瓷復(fù)合防彈板利用陶瓷面板的高強(qiáng)度、高硬度迫使彈丸撞擊時(shí)發(fā)生變形并碎裂，再通過背板對(duì)碎片進(jìn)行捕捉。但傳統(tǒng)陶瓷復(fù)合防彈板也存在以下問題:①由于陶瓷為脆性材料，防彈板在受到彈丸高速?zèng)_擊時(shí)，陶瓷板作為直接迎彈面，受彈丸沖擊后極易發(fā)生陶瓷板碎裂、脫落，導(dǎo)致防彈板失效，從而影響其抗多次打擊能力；②防彈板在受到子彈高速?zèng)_擊時(shí)，纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料背板中的纖維織物吸能變形，與陶瓷板的粘接處開裂，使陶瓷面板失去支撐而導(dǎo)致防彈性能下降。若使用金屬作為背板，防彈板重量增加，且受到彈丸打擊時(shí)變形能力較弱，對(duì)面板的支撐效果不好，影響復(fù)合板的整體防彈能力。
[0003]例如，美國專利US3859892公開了一種復(fù)合陶瓷裝甲板，以陶瓷作為面板、玻璃纖維層合板作背板;該復(fù)合裝甲板在受到子彈的高速?zèng)_擊時(shí)，因?yàn)闆]有高強(qiáng)度的背板作為支撐，陶瓷面板難以保持形狀完整而無法繼續(xù)為使用者提供保護(hù)，影響復(fù)合裝甲板的防彈性能。中國專利CN204007335U公開了一種超高強(qiáng)度、柔韌、輕質(zhì)的復(fù)合軟裝甲，包括防彈層和底板，其特征在于防彈層和底板之間從上往下依次設(shè)有剛玉陶瓷層，高密度纖維層和高韌性陶瓷層，所述高密度纖維層為經(jīng)過高壓定型的含有空氣間隙的無機(jī)纖維材料層，高韌性陶瓷層為氧化鋯基陶瓷，所述底板為金屬硬質(zhì)裝甲材料;雖然子彈的能量主要通過陶瓷層來吸收，但是由于氧化鋯陶瓷密度大(6.0g/cm3)，導(dǎo)致裝甲板整體偏重，而且在子彈的高速?zèng)_擊下，金屬層底板難以提供良好的支撐，從而影響復(fù)合裝甲的防彈性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種新的復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板及其制造方法，防彈板的面密度為50_80kg/m2，在較低的面密度(即單位面積重量)情況下，具有較高的防彈性能，可防7.62mm穿甲燃燒彈和12.7mm穿甲燃燒彈，可有效提高復(fù)合裝甲的防彈性能和移動(dòng)設(shè)備的機(jī)動(dòng)能力。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板，其特征在于，該防彈板包括由表及里依次層疊的保護(hù)層、陶瓷層、吸能層和支撐層，各層之間通過粘結(jié)劑粘合在一起，整板面密度為50-80kg/m2;其中，所述支撐層為由至少3塊金屬板和至少2層纖維預(yù)浸料交替鋪設(shè)復(fù)合而成的纖維金屬復(fù)合材料層合板。
[0006]所述保護(hù)層為高性能纖維機(jī)織布或無瑋布，其中，所述高性能纖維是碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的至少一種;所述保護(hù)層的面密度為0.1-0.4kg/m2，厚度為0.2-1.0mmo
[0007]所述陶瓷層的材料是氧化鋁、碳化硅或者碳化硼;所述陶瓷層為一整塊陶瓷，或者為柱狀或多邊形的陶瓷片粘接而成;所述陶瓷層的厚度為10-20_。
[0008]所述吸能層為由經(jīng)浸潤樹脂處理的高性能纖維機(jī)織布或無瑋布制成的層合板，其中，所述高性能纖維是碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的至少一種，所述樹脂是聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯、酚醛樹脂或聚乙烯醇縮醛，所述樹脂含量占所述機(jī)織布或無瑋布層合板總重的15-22% ;所述吸能層的面密度為2-8kg/m2，厚度為2-8_。
[0009]所述粘結(jié)劑為熱固或熱塑性樹脂。
[0010]所述金屬板由鈦合金、鎂合金、鋁合金或者鎂鋰合金中的至少一種壓制而成;單塊所述金屬板的厚度為0.1-2.0mm。
[0011]所述纖維預(yù)浸料為經(jīng)樹脂浸潤處理的高性能纖維，所述高性能纖維是碳纖維、芳綸纖維或者超高分子量聚乙烯纖維中的至少一種，所述樹脂是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或聚酰亞胺中的一種，所述樹脂含量占所述纖維預(yù)浸料總重的50-60%;單層所述纖維預(yù)浸料的厚度為 0.1-0.3mm ο
[0012]—種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板的制造方法，包括以下步驟:
[0013]1)根據(jù)復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板的設(shè)計(jì)需要，分別制備需要尺寸和厚度的保護(hù)層、陶瓷層、吸能層和支撐層;其中，支撐層的制備方法，包括以下步驟:
[0014]第一步:根據(jù)支撐層的需要選擇金屬板和纖維預(yù)浸料用材料的類型、尺寸、厚度及數(shù)量；
[0015]第二步:采用噴砂工藝對(duì)金屬板進(jìn)行表面處理；
[0016]第三步:將表面處理后的金屬板和纖維預(yù)浸料按照金屬板/纖維預(yù)浸料多層交替的方式進(jìn)行鋪層，金屬板至少3塊，纖維預(yù)浸料至少2層，層與層之間噴涂定型劑定型，從而制成纖維金屬復(fù)合材料層合板預(yù)制體；
[0017]第四步:將第三步制得的纖維金屬復(fù)合材料層合板預(yù)制體放置于壓機(jī)上，采用梯度升溫增壓法固化，熱壓成型得到纖維金屬復(fù)合材料層合板，即支撐層；
[0018]2)將步驟1)制備的保護(hù)層、陶瓷層、吸能層和支撐層依次鋪疊，各層之間用熱固或熱塑性樹脂的粘結(jié)劑粘合在一起，再經(jīng)過熱壓、固化成型，從而得到復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板。
[0019]所述第四步中采用梯度升溫增壓法固化纖維金屬復(fù)合材料層合板的具體工藝為:先將纖維金屬復(fù)合材料層合板預(yù)制體從室溫以低于5°C/min的速率加熱至80°C，恒溫20?30min;再以相同的升溫速率升溫至100?140°C，保溫2?3h，整個(gè)過程壓力控制在15?20MPa;最后冷卻至室溫取出，從而得到光滑平整的纖維金屬復(fù)合材料層合板。
[0020]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板，采用纖維預(yù)浸料和金屬板通過一定工藝復(fù)合而成的纖維金屬復(fù)合材料層合板作為支撐層，纖維金屬復(fù)合材料層合板既具有纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料比強(qiáng)度高、比模量大的特點(diǎn)，同時(shí)還具有金屬板優(yōu)良的斷裂韌性和抗沖擊性能。以碳纖維與鎂鋰合金復(fù)合的纖維金屬復(fù)合材料層合板為例，纖維金屬復(fù)合材料層合板密度約為1.50g/cm3，抗拉強(qiáng)度之llOOMPa，拉伸模量> 78.0GPa，而鈦合金金屬板密度為4.43g/cm3，抗拉強(qiáng)度2 900MPa;在相同面密度下，纖維金屬復(fù)合材料層合板的抗拉強(qiáng)度約為鈦合金金屬板的4倍，能夠?yàn)樘沾蓪雍臀軐犹峁┖芎玫膭傂灾?，減少復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板的變形，提高防護(hù)能力。因此，在相同面密度下，纖維金屬復(fù)合材料層合板作為支撐層具有高的比剛度、比強(qiáng)度以及較高的斷裂韌性，其抗沖擊及抗多次打擊性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于單純的纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料層合板或者金屬板，可以為陶瓷層提供良好的剛性支撐，使陶瓷發(fā)揮其高硬度特性，最大限度破碎彈丸，分散沖擊能量，從而大大提高防護(hù)能力。2、本發(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板，可以廣泛應(yīng)用于輕質(zhì)防彈裝甲領(lǐng)域，為車輛等提供有效保護(hù)。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是本發(fā)明支撐層的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024]如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供的復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板，其包括由表及里依次層疊的保護(hù)層1、陶瓷層2、吸能層3和支撐層4，各層之間通過粘結(jié)劑5粘合在一起，整板面密度為50-80kg/m2;其中，支撐層4為由至少3塊金屬板6和至少2層纖維預(yù)浸料7交替鋪設(shè)復(fù)合而成的纖維金屬復(fù)合材料層合板。
[0025]上述實(shí)施例中，保護(hù)層1為高性能纖維機(jī)織布或無瑋布，其中，高性能纖維可以是碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的至少一種;保護(hù)層1的面密度為0.1-0.4kg/m2，厚度為 0.2-1.0mm。
[0026]上述實(shí)施例中，陶瓷層2的材料可以是氧化鋁、碳化硅或者碳化硼，陶瓷層2可以為一整塊陶瓷，或者為柱狀或多邊形的陶瓷片粘接而成;陶瓷層2的厚度為10-20_。
[0027]上述實(shí)施例中，吸能層3為由經(jīng)浸潤樹脂處理的高性能纖維機(jī)織布或無瑋布制成的高性能纖維機(jī)織布或無瑋布層合板，其中，高性能纖維可以是碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維中的至少一種，樹脂可以是聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯、酚醛樹脂或聚乙烯醇縮醛，樹脂含量占機(jī)織布或無瑋布層合板總重的15-22%;吸能層3的面密度為2-8kg/m2，厚度為2-8mm。
[0028]上述實(shí)施例中，粘結(jié)劑5為熱固或熱塑性樹脂，可以是環(huán)氧樹脂或聚氨酯樹脂。
[0029]上述實(shí)施例中，金屬板6由鈦合金、鎂合金、鋁合金或者鎂鋰合金等輕質(zhì)合金中的至少一種壓制而成;單塊金屬板6的厚度為0.1-2.0_。
[0030]上述實(shí)施例中，纖維預(yù)浸料7為經(jīng)樹脂浸潤處理的高性能纖維，高性能纖維可以是碳纖維、芳綸纖維或者超高分子量聚乙烯纖維中的至少一種，樹脂可以是環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂或聚酰亞胺中的一種，樹脂含量占纖維預(yù)浸料總重的50-60%;單層纖維預(yù)浸料7的厚度為0.1-0.3mmο
[0031]本發(fā)明通過在陶瓷層2前復(fù)合保護(hù)層1，減少陶瓷層2受到彈丸高速?zèng)_擊破碎后碎片的散落;通過在陶瓷層2后復(fù)合吸能層3，利用高性能纖維優(yōu)異的變形吸能特性，緩沖彈丸磨蝕穿透陶瓷后的繼續(xù)侵徹，提高防彈板對(duì)破碎彈丸剩余能量的吸收能力;通過在吸能層3后復(fù)合支撐層4，利用支撐層4纖維金屬復(fù)合材料層合板的高比剛度