專利名稱：一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料板，尤其是涉及一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料及其制備方法。背景資料防彈材料是提高人員及裝備戰(zhàn)場生存能力的關(guān)鍵要素，各國都在大力研發(fā)。裝甲鋼是第一代防彈材料，強度高、硬度高、模量高，可作為坦克殼體，輕質(zhì)裝甲車披掛裝甲，靠硬碰硬的剛性變形原理吸收彈頭的動能，然而密度太高，為了防高速穿甲彈，鋼板厚度甚至達到100 500mm，增加了車輛的重量，降低了車輛的靈活性。陶瓷是第二代防彈材料，因其硬度更高、模量更高，耐磨性優(yōu)良且密度低，成為輕質(zhì)防彈材料的代表，現(xiàn)在更多的是將 陶瓷材料粘接到金屬板或復(fù)合材料板表面，依賴其高耐磨高硬度毀傷彈丸、迫其減速碎裂，再通過背板對降速后的彈丸進行捕捉。然而，當彈頭擊中陶瓷板時，陶瓷板分裂成很多碎片，導(dǎo)致一整塊材料的破碎、脫落，增大了未防彈面積，造成失效。凱夫拉等高性能高分子纖維是第三代防彈材料，依賴彈性變形吸收彈頭的能量，能有效應(yīng)對手槍、微沖鋒槍和鉛芯彈頭。因其密度僅O. 85 I. Og/cm3，凱夫拉復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于防彈衣和防彈頭盔，輕型艦船艦體，但不能抵抗高速動能穿甲燃燒彈。金屬材料、陶瓷材料、高分子材料各有特點，然而單獨一種材料不能勝任任意場合，因此近年來，先進的防彈材料都是多種類材料的混雜和組合。申請?zhí)枮?00520037954. 6的專利公開了一種多層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料防彈板和防彈裝置，公開了兩種五層結(jié)構(gòu)，第一種是一、二、四層為陶瓷層，三層為金屬層，五層為纖維層，第二種是一、三、五層為陶瓷層，二層為金屬層，四層為纖維層，所述的陶瓷薄板厚度為1mm。該專利所述結(jié)構(gòu)對于低速手槍彈是合適的，但是對于中小口徑高速穿甲燃燒彈，因其陶瓷板太薄而難以發(fā)揮作用。另外，依據(jù)貝殼仿生學(xué)原理，軟硬交替的多層結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的抗擊打性能，多層硬質(zhì)材料疊層因其聲阻抗差異小對激波的反射和衰減作用作用小。申請?zhí)枮?2256789. 5的專利公開了一種復(fù)合材料防彈承力裝甲板，其特征在于表面采用碳化硼材料、背板依次為碳纖維鋪層、超高分子量聚乙烯纖維板。專利給出了子彈型號，但是未給出彈丸的速度。從目前的實驗數(shù)據(jù)及相關(guān)公開文獻表明，這種結(jié)構(gòu)針對12. 7mm 口徑穿甲燃燒彈，可防御的速度為488m/s，或小于500m/s。彈丸穿過碳纖維復(fù)合材料后，在超高分子量聚乙烯纖維板中產(chǎn)生非常大的變形，盡管防彈承力裝甲板主要是通過表面碳化硼和碳纖維鋪層來吸收子彈能量，但是由于變形大，通常增加背板的厚度來實現(xiàn)對彈丸的捕獲。美軍標MIL-PRF-46103E中Type III中2C防護標準規(guī)定為12. 7mm穿甲燃燒彈，且V50為869m/s。V50即6 10發(fā)彈丸靶試后，50%彈丸穿透，50%彈丸未穿透條件下，彈丸距靶板100米處的平均速度。對應(yīng)國內(nèi)外規(guī)范，Type III中2C標準一般是針對12. 7mm穿甲燃燒彈，要求V50大于869m/s或著革巴速度大于818m/s。國內(nèi)外資料表明，要能夠有效防護12. 7mm穿甲燃燒彈，即達到Type III中2C標準，防彈板面密度均需達到100Kg/m2以上，這大大增加了防彈板的重量。目前，高性能防彈材料的核心技術(shù)是在低面密度以及可控制的厚度條件下能抗擊彈丸更大的速度沖擊。低密度、可控厚度即要具有高的防護系數(shù)，又要具有抗多發(fā)彈的能力，且低成本、易維護，是抗中小型口徑穿甲燃燒彈的防彈板的目標。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本發(fā)明公開一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板，面密度為60 90Kg/m2，能夠應(yīng)對7. 62mm、12. 7mm、14. 5mm等中小型口徑穿甲燃燒彈,或者與其動能類似的炮彈碎片，或者其他中小型口徑彈丸。本發(fā)明所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料，其特征在于包括五層材料，各層通過粘結(jié)劑牢固粘接，由表及里依次為纖維復(fù)合材料或聚碳酸酯薄膜材料組成的防崩落層10，優(yōu)先選用碳纖維或玻璃纖維復(fù)合材料；剛玉或碳化硅或碳化硼元件組成的陶瓷層20，陶瓷元件可以是顆粒狀，也可以是板狀，顆粒包括球形、兩端面平行的柱形、兩端面鼓起的柱形，空心的柱形，優(yōu)先選用兩端面鼓起的剛玉陶瓷柱，陶瓷柱的直徑為10 20mm ;TC4鈦合金或纖維復(fù)合材料組成的碰撞層30，對于小口徑穿甲燃燒彈，優(yōu)先選用碳纖維復(fù)合材料或凱夫拉纖維復(fù)合材料，對于中口徑穿甲燃燒彈，優(yōu)先選用TC4鈦合金；超高分子量聚乙烯 纖維無緯布或泡沫鋁與超高分子量聚乙烯纖維無緯布組成的低密度吸能反彈層40，若碰撞層30為纖維復(fù)合材料，該層優(yōu)先選用超高分子量聚乙烯纖維無緯布，若碰撞層30為鈦合金，該層優(yōu)先選用泡沫鋁與超高分子量聚乙烯纖維無緯布疊層，其中泡沫鋁與碰撞層30相鄰；TC4鈦合金或纖維復(fù)合材料組成的抵抗層50，對于小口徑穿甲燃燒彈或面密度要求較低的復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料，優(yōu)先選用碳纖維或凱夫拉纖維復(fù)合材料。各層的厚度隨著穿甲燃燒彈的口徑的不同而有差異，防崩落層10厚度為I 3mm,陶瓷層20厚度為10 25mm,碰撞層30厚度為2 6mm,吸能反彈層40厚度為4 7mm,抵抗層50厚度為I 4mm。本發(fā)明還提供上述一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈板的制備方法，其特征在于包括下述順序的步驟(I)將抵抗層50放置在模具底部，在其表面涂膠，然后將吸能反彈層40粘貼在其上,順序地涂膠,再將碰撞層30牢固粘貼；(2)把陶瓷元件60密排在碰撞層30上，并澆注液態(tài)橡膠或環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂或它們的組合，然后固化得到陶瓷層20，若采用液態(tài)橡膠，則固化溫度為20 100°C，若采用樹脂，則與第3步驟中纖維預(yù)浸布固化同時進行；(3)在密排的陶瓷層上粘貼聚碳酸酯板，若鋪疊纖維預(yù)浸布，需經(jīng)過熱壓固化后得到防崩落層10，固化溫度70 200°C ；(4)整體結(jié)構(gòu)從模具中起出，側(cè)壁加工平整即得到復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料板。該發(fā)明所述的復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料還可以修復(fù)，圖2為修復(fù)過程圖片，圖中陶瓷層20內(nèi)一個或多個陶瓷柱被擊碎后出現(xiàn)空缺位70，先將破碎的陶瓷元件粉末或碎塊清除，可以是一個，也可以是多個，然后將新的陶瓷柱60按照箭頭所示方向楔入空缺位70，再澆注液態(tài)橡膠，表面抹平，常溫固化后即完成修復(fù)，修復(fù)后的陶瓷層20性能與原件一致。本發(fā)明優(yōu)點在于(I)多層防護，陶瓷、金屬、塑料防彈性能充分發(fā)揮，整體結(jié)構(gòu)防彈性能均優(yōu)于單一的材料或其中任意兩種所組成的防彈材料或結(jié)構(gòu)，具有可靠性；(2)陶瓷元件碎裂后，可在原位補充陶瓷元件，然后注入液體橡膠或其他樹脂材料，固化后達到初始性能；(3)根據(jù)實際需要設(shè)計成任何尺寸，可對曲面或大面積一次成形。
圖I復(fù)合防彈材料結(jié)構(gòu)示意圖圖中10為防崩落層，20為陶瓷層，30為碰撞層，40為吸能反彈層，50為抵抗層。圖2復(fù)合防彈材料結(jié)構(gòu)彈擊后修復(fù)圖圖中60為陶瓷柱，70為空缺處或已碎裂彈丸處。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定。 實施例I防崩落層10為Imm厚聚碳酸酯板,面密度為O. lg/cm2 ;陶瓷層20為高18mm的剛玉陶瓷柱，兩端為半球面，面密度為5. 24g/cm2 ;碰撞層30為3mm厚TC4板，面密度為I. 335g/cm2 ;吸能反彈層40為5mm厚超高分子量聚乙烯纖維無纟韋布板,面密度為O. 445g/cm2 ;抵抗層50為2mm厚TC4鈦合金板，面密度為O. 89g/cm2。復(fù)合后整板面密度為8. O 8. 2g/cm2,亦即80 82Kg/m2,整板厚度為29 30mm,整板為正方形平板,長寬均為150mm。經(jīng)過12. 7mm穿甲燃燒彈的抗彈性能靶試，兩發(fā)彈丸著靶速度分別為826m/s和820m/s，靶板整體未被彈丸穿透。經(jīng)過實彈兩次試驗后發(fā)現(xiàn)第一發(fā)穿甲燃燒彈著靶處與第二發(fā)穿甲燃燒彈著靶處，陶瓷層20和整個靶板沒有碎裂，表明該復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料能夠防多發(fā)彈。實施例2防崩落層10為2mm碳纖維復(fù)合材料板,面密度為O. 2g/cm2 ;陶瓷層20為15mm厚碳化硼板，面密度為3. 82g/cm2 ;碰撞層30為3mm厚凱夫拉復(fù)合材料板,面密度為O. 3g/cm2 ;吸能反彈層40為2mm厚泡沫鋁疊加5mm厚超高分子量聚乙烯纖維無緯布板，面密度為O. 6g/cm2 ;抵抗層50為3mm厚TC4板，面密度為I. 335g/cm2。復(fù)合后整板面密度為6. 3 7. Og/cm2,亦即63 70Kg/m2,整板厚度為30 32mm,整板為正方形平板,長寬均為150mm。經(jīng)過12. 7mm穿甲燃燒彈的抗彈性能祀試,著祀速度819m/s,祀板整體結(jié)構(gòu)未被彈丸穿透。經(jīng)過實彈射擊試驗后發(fā)現(xiàn)背板會發(fā)生微型凸起變形，但是不能被子彈穿透，表明該結(jié)構(gòu)能防住12. 7mm穿甲燃燒彈。上述僅為本發(fā)明的幾個具體實施方式
，但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護的范圍的行為。
權(quán)利要求1.一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料板，其特征在于包括五層材料，由表及里依次為防崩落層、陶瓷層、碰撞層、吸能反彈層、抵抗層，各層通過粘結(jié)劑粘接，面密度為60 90Kg/m2。
2.依據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料板，其特征在于防崩落層由纖維復(fù)合材料或聚碳酸酯薄膜材料組成，厚度為I 3mm。
3.依據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料板，其特征在于陶瓷層由剛玉或碳化硅或碳化硼組成，厚度為10 25mm，可以是顆粒狀，也可以是板狀，顆粒包括球形、兩端面平行的柱形、兩端面鼓起的柱形，空心的柱形。
4.依據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料板，其特征在于碰撞層由TC4鈦合金或纖維復(fù)合材料組成，厚度為2 6mm，對于小口徑穿甲燃燒彈，選用碳纖維復(fù)合材料或凱夫拉纖維復(fù)合材料，對于中口徑穿甲燃燒彈，選用TC4鈦合金。
5.依據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料板，其特征在于吸能反彈層由超高分子量聚乙烯纖維無緯布或泡沫鋁與超高分子量聚乙烯纖維無緯布疊層組成，厚度為4 7mm,若碰撞層為纖維復(fù)合材料,該層選用超高分子量聚乙烯纖維無纟韋布，若碰撞層為鈦合金，該層選用泡沫鋁與超高分子量聚乙烯纖維無緯布疊層，其中泡沫鋁與碰撞層相鄰。
6.依據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料板，其特征在于抵抗層由TC4鈦合金或纖維復(fù)合材料組成，厚度為I 4mm。
專利摘要本實用新型公開一種復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料板，其特征在于包括五層材料，由表及里依次為聚碳酸酯或纖維復(fù)合材料組成的防崩落層、板或顆粒陶瓷元件組成的陶瓷層、TC4鈦合金或纖維復(fù)合材料組成的碰撞層、超高分子量聚乙烯纖維無緯布或泡沫鋁與超高分子量聚乙烯纖維無緯布組成的吸能反彈層、TC4鈦合金或纖維復(fù)合材料組成的抵抗層，各層之間采通過粘結(jié)劑粘接，面密度為60～90Kg/m2。該復(fù)合結(jié)構(gòu)防彈材料具有低容重、高抗彈性能，且能抗多發(fā)彈的優(yōu)點，可作為7.62mm及其以上中小型口徑穿甲燃燒彈的防護材料，也可以作為艦船甲板、盾牌。
文檔編號B32B27/02GK202770328SQ20122001029
公開日2013年3月6日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者陳照峰, 陳照海 申請人:陳照峰, 陳照海