一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈防暴板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本實(shí)用新型具體涉及一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈防暴板。
【背景技術(shù)】
[0002]雖然世界范圍的大規(guī)模戰(zhàn)爭(zhēng)出現(xiàn)的幾率不大，但是局部戰(zhàn)爭(zhēng)和國(guó)際范圍的恐怖活動(dòng)以及國(guó)家內(nèi)部暴亂等小型沖突仍然層出不窮，在這種小規(guī)模暴亂或沖突的處理過(guò)程中，無(wú)論是部隊(duì)還是警察所用的運(yùn)輸武器裝備或士兵警員的裝甲車輛的防護(hù)特性尤為重要。而從二十世紀(jì)六十年代到七十年代之間，隨著世界和平的發(fā)展，各國(guó)逐漸對(duì)裝甲車輛的防暴特性有所忽視，而這種趨勢(shì)帶來(lái)了嚴(yán)重的后果，特別是隨著裝甲車輛使用規(guī)模的減少和裝甲編隊(duì)中坦克數(shù)量的減少，裝甲車輛成本材質(zhì)降低、裝甲厚度減少使得車輛很容易遭到地雷的襲擊，所以地雷又成為恐怖分子或叛亂分子以及地方反動(dòng)武裝對(duì)付裝甲車輛的首選武器。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，在越南戰(zhàn)爭(zhēng)中美軍損毀的裝甲車輛中有69%是由地雷造成的，但是美軍并沒(méi)有對(duì)這種情況做出較大改進(jìn)，而只是在M113裝甲輸送車和M551輕質(zhì)坦克的鋁合金裝甲車體下加裝了鋼板。
[0003]這種忽視也不是沒(méi)有原因的，主要是目前能夠兼顧防彈和防暴特性的裝甲材料主要仍然以特種鋼質(zhì)板材為主，金屬材料的密度較大、重量重帶來(lái)了車輛機(jī)動(dòng)性嚴(yán)重不足，這也是裝甲材料遲遲沒(méi)有得到提升的重要原因。隨著新型有機(jī)纖維材料的發(fā)展，高強(qiáng)度、高韌性的特種纖維形成的復(fù)合材料具備了金屬材料所不具備的強(qiáng)度，同時(shí)特種陶瓷又有超越金屬的超強(qiáng)壓縮強(qiáng)度特性，再者隨著無(wú)機(jī)纖維復(fù)合材料的發(fā)展，尤其是碳纖維復(fù)合材料在軍工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，復(fù)合材料也被賦予了前所未有的超高剛度特點(diǎn)。有機(jī)纖維復(fù)合材料、無(wú)機(jī)纖維復(fù)合材料和陶瓷復(fù)合材料的組合應(yīng)用，使得先進(jìn)防護(hù)材料具備了幾種單一材質(zhì)材料的綜合特性，也成為取代特種鋼質(zhì)板材的特種防彈防暴材料的主要研究重點(diǎn)，組合多種復(fù)合材料的另一個(gè)重要的特點(diǎn)就是他們的綜合密度均要低于金屬材質(zhì)，這也是提升裝甲車輛防護(hù)材料輕質(zhì)特性和機(jī)動(dòng)性的主要方式。然而，目前多種材質(zhì)復(fù)合的防彈防暴板的制備技術(shù)仍不成熟，特別是材質(zhì)之間的界面強(qiáng)度較為薄弱，在地雷近距離破片襲擊車輛底盤(pán)時(shí)，巨大的爆炸破壞力不可避免帶來(lái)了多相材質(zhì)之間的界面脫粘分層，嚴(yán)重影響了防護(hù)特性的發(fā)揮；同時(shí)目前使用的特種防彈復(fù)合材料均以聚乙烯纖維復(fù)合材料或芳綸纖維復(fù)合材料為主，這種材料的高溫蠕變性和耐候性均有缺陷，因此材料在復(fù)雜環(huán)境下的使用壽命和力學(xué)剛度均面臨著嚴(yán)重威脅。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，提供一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈防暴板，該復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈防暴板具有輕質(zhì)、低背凸、高低溫結(jié)構(gòu)穩(wěn)定以及使用壽命較長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)。
[0005]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0006]—種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈防暴板，包括依次疊加結(jié)合的碳纖維表面剛性層、陶瓷復(fù)合片組合層、有機(jī)纖維防彈防暴層和金屬背板，其中，碳纖維表面剛性層包括改性熱固性樹(shù)脂基體和碳纖維織物增強(qiáng)體，改性熱固性樹(shù)脂中填充有短切碳纖維填料;陶瓷復(fù)合片組合層包括若干層陶瓷復(fù)合片層，有機(jī)纖維防彈防暴層由有機(jī)纖維UD材料制備而成。
[0007]高剛度特性的碳纖維表面剛性層、可有效抵抗彈丸的侵徹并保證彈丸頭部的最大程度變形的陶瓷復(fù)合材料組合層、具有防破片特性的有機(jī)纖維防彈防暴層以及防背凸作用的背板協(xié)同作用，使本實(shí)用新型的防彈防暴板具有輕質(zhì)、低背凸以及使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]優(yōu)選的，所述每層陶瓷復(fù)合片層均包括陶瓷纖維織物增強(qiáng)纖維和陶瓷基體。陶瓷復(fù)合片層之間采用微孔縫編技術(shù)使多片形成一個(gè)整體，利用陶瓷單片加工過(guò)程中預(yù)留的微孔，在多片陶瓷材質(zhì)之間采用高強(qiáng)度、高韌性纖維進(jìn)行縫編組合，有效提高了陶瓷復(fù)合片組合層的強(qiáng)度和高壓縮強(qiáng)度。
[0009]進(jìn)一步優(yōu)選的，陶瓷復(fù)合片組合層與有機(jī)纖維防彈防暴層之間設(shè)置有用于將兩者結(jié)合的鉚接結(jié)構(gòu)。
[0010]進(jìn)一步優(yōu)選的，每層陶瓷復(fù)合片層上均預(yù)留微孔，相鄰陶瓷復(fù)合片層之間通過(guò)預(yù)留的微孔縫編在一起，用于縫編的纖維為碳纖維、超高分子量聚乙烯纖維或芳綸纖維中的一種或多種。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述陶瓷纖維織物中的增強(qiáng)纖維為碳化硅纖維、氧化鋁纖維、氮化硼纖維或碳化硼纖維中的一種或多種，所述陶瓷基體的材質(zhì)為碳化硅、氧化鋁、氮化硼或碳化硼。
[0012]優(yōu)選的，陶瓷復(fù)合片組合層與有機(jī)纖維防彈防暴層之間粘結(jié)而成，陶瓷復(fù)合片組合層和有機(jī)纖維防彈防暴層的表面均粗糙化處理。粗糙化處理的目的是保證界面上有足夠的含膠量。
[0013]優(yōu)選的，所述金屬背板為鋼質(zhì)背板，鋼質(zhì)背板由錳鋼或硬度為480?520HB的裝甲鋼制備而成。鋼板材質(zhì)的背板可根據(jù)裝甲車輛的外型要求設(shè)計(jì)成平板、弧面板等異形形狀，容易加工定型。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選的，所述金屬背板的厚度為2-20mm，并且在金屬背板與有機(jī)纖維防彈防暴層接觸的表面上加工用于與有機(jī)纖維防彈防暴層進(jìn)行機(jī)械嚙合的毛刺結(jié)構(gòu)。
[0015]更進(jìn)一步優(yōu)選的，金屬背板的表面粗糙化處理，金屬背板與有機(jī)纖維防彈防暴層之間涂有用于將金屬背板與有機(jī)纖維防彈防暴層結(jié)合的粘合劑層。金屬背板的表面粗糙化處理和背板上的毛刺結(jié)構(gòu)均可以提高金屬背板與有機(jī)纖維復(fù)合材料材質(zhì)的界面結(jié)合的牢固性。
[0016]進(jìn)一步優(yōu)選的，有機(jī)纖維防彈防暴層的厚度為5-20mm。
[0017]優(yōu)選的，所述改性熱固性樹(shù)脂為熱固性樹(shù)脂改性的聚氨酯、聚乙烯、不飽和聚酯樹(shù)脂或橡膠彈性體。
[0018]一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈防暴板的制備方法，包括如下步驟:
[0019]1)金屬背板的預(yù)處理
[0020]將金屬板材的一個(gè)表面進(jìn)行粗糙化處理，并且在金屬板材粗糙化處理的表面加工毛刺結(jié)構(gòu)，將處理后的金屬板材加工到設(shè)定形狀，制得金屬背板；
[0021]2)在步驟1)中制得的金屬背板的加工毛刺結(jié)構(gòu)的表面涂覆膠黏劑，將有機(jī)纖維防彈防暴層以熱沖壓的方式固定在金屬背板上，有機(jī)纖維防彈防暴層上預(yù)留用于和金屬背板的毛刺結(jié)構(gòu)進(jìn)行機(jī)械嚙合的孔；
[0022]3)陶瓷復(fù)合片組合層的制備
[0023]制備陶瓷復(fù)合片層，在每層陶瓷復(fù)合片層上預(yù)留用于縫編的微孔，微孔直徑在
0.2-0.8_;用于陶瓷復(fù)合片層與復(fù)合材料層的縫編結(jié)合。
[0024]4)將多層陶瓷復(fù)合片層進(jìn)行縫編得到陶瓷復(fù)合片組合層;通過(guò)陶瓷復(fù)合片組合層和有機(jī)纖維防彈防暴層上的預(yù)留微孔，將增加纖維進(jìn)行縱向穿刺鉚接；
[0025]5)碳纖維表面剛性層的制備
[0026]首先在陶瓷復(fù)合片組合層表面鋪設(shè)設(shè)定厚度的碳纖維二維織物，然后將添加了短切碳纖維填料的改性熱固性樹(shù)脂真空導(dǎo)入碳纖維二維織物，固化，即得。
[0027]優(yōu)選的，步驟2)中，將有機(jī)纖維防彈防暴層與金屬背板固定的表面鏤空處理。鋼板表面的毛刺結(jié)構(gòu)完全預(yù)埋入U(xiǎn)D疊層材料內(nèi)部形成勾嵌整體，大大提高了兩層結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合強(qiáng)度。
[0028]優(yōu)選的，步驟2)中，熱沖壓處理的具體步驟為，首先將金屬背板和有機(jī)纖維防彈防暴層同時(shí)預(yù)熱，預(yù)熱的時(shí)間為5_20min，預(yù)熱溫度為70-90°C;預(yù)熱完成后，將金屬背板沖壓至有機(jī)纖維防彈防暴層的表面，熱沖壓壓強(qiáng)為5_25MPa，熱沖壓時(shí)間為5-20min;沖壓完成后，將工件在5-10min內(nèi)冷卻到70°C以下。
[0029]采用快速熱沖壓有利于降