一種纖維增強防彈復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】一種纖維增強防彈復(fù)合材料及其制備方法，本發(fā)明通過2.5D纖維織物Z向紗線編織角的優(yōu)選，使復(fù)合材料具有優(yōu)良的防彈性能，進一步，本發(fā)明采用真空輔助工藝制備纖維增強防彈復(fù)合材料，有效的提高了生產(chǎn)效率和成型質(zhì)量，且可實現(xiàn)大尺寸、異型防彈結(jié)構(gòu)的一次成型，纖維增強防彈復(fù)合材料可用于不同部位特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位的抗侵徹防護，具有廣闊的軍事應(yīng)用前景。
【專利說明】一種纖維增強防彈復(fù)合材料及其制備方法
[0001]【【技術(shù)領(lǐng)域】】
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料及其制備方法，尤其涉及一種纖維增強防彈復(fù)合材料及其制備方法，具體涉及一種2.5D纖維增強防彈復(fù)合材料及其制備方法。
[0002]【【背景技術(shù)】】
已知的，較二維織物增強防彈復(fù)合材料，三維編織、三維縫合、三維機織、2.5D織物等三維織物增強復(fù)合材料具有優(yōu)異的面內(nèi)和面外力學(xué)性能，優(yōu)于二維織物的鋪放特性和成型工藝性，且有利于改善生產(chǎn)環(huán)境、提高生產(chǎn)效率。目前三維增強織物中，2.5D織物已實現(xiàn)規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn)，成本遠低于其他三維織物。可實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，在高性能織物增強防彈復(fù)合材料領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]無論是三維編織、機織織物、縫合織物還是2.5D織物，針對其開展除模壓工藝外的RTM或真空輔助成型工藝研究、發(fā)明專利等主要對象是小尺寸、小厚度或高樹脂含量的復(fù)合材料，用于進行材料性能(不含防彈性能)的研究分析；其織物增強復(fù)合材料的抗沖擊性能也受到廣泛關(guān)注，以研究其低速沖擊以及沖擊后的力學(xué)性能為主。
[0004]目前針對三維編織、機織織物與傳統(tǒng)二維織物開展了較多的復(fù)合材料性能、成型工藝、織物細觀結(jié)構(gòu)等方面的研究，并針對一些三維織物構(gòu)件申請相關(guān)專利。田偉等發(fā)表在《材料工程》2007年增刊I卷的《三維整體夾芯機織復(fù)合材料的抗沖擊與能量吸收性能》采用常規(guī)真空輔助工藝成型了三維整體夾芯機織復(fù)合材料板材，并采用落錘沖擊性能試驗將其與典型三維機織復(fù)合材料進行初步的抗沖擊性能比較分析。浙江理工大學(xué)王靜碩士學(xué)位論文《高性能纖維混雜方式與混雜復(fù)合材料性能關(guān)系的研究》采用真空輔助工藝制備了3D復(fù)合材料，鋪層順序由下而上依次是:玻璃模具-脫模紙-三維機織物-脫模紙-導(dǎo)流布-引流管-樹脂導(dǎo)入管和回流管-真空密封袋，研究發(fā)現(xiàn)厚度2.5-14.3mm的三維機織物增強復(fù)合材料真空輔助工藝成型時其M型模型導(dǎo)流管以及間歇式抽真空具有較好的滲透效果。焦亞男等發(fā)表在《材料工程》2008年增刊的《三維編織玻璃/環(huán)氧復(fù)合材料梁的低速沖擊和沖擊后壓縮性能研究》發(fā)現(xiàn)，三維編織復(fù)合材料在編織結(jié)構(gòu)相同時，20°、30°、40°三個編織角度中，30°編織角試樣的抗沖擊性能較好，同時其沖擊后壓縮試樣表現(xiàn)出脆性斷裂特征。
[0005]針對2.5D織物多個院校及研究機構(gòu)已開展復(fù)合材料性能、成型工藝等方面的研究。南京航空航天大學(xué)李明碩士學(xué)位論文《2.機織復(fù)合材料沖擊后剩余強度研究》指出:2.5D機織結(jié)構(gòu)是建立在平面機織結(jié)構(gòu)疊加的基礎(chǔ)上，通過在厚度方向上引入接結(jié)紗而一次成型的2.纖維集合體(2.5D是指在厚度方向紗線并未貫穿整個厚度，在空間中僅視作半維)；同時仿真計算與低速沖擊試驗研究發(fā)現(xiàn)，2.5D機織復(fù)合材料較傳統(tǒng)層合材料更耐低速沖擊。
[0006]【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
為克服【背景技術(shù)】中存在的不足，本發(fā)明提供了一種纖維增強防彈復(fù)合材料及其制備方法，本發(fā)明由多層2.纖維織物鋪覆通過真空輔助灌注熱固性樹脂固化成型獲得，本發(fā)明的防彈復(fù)合材料通過優(yōu)選使其具有較好的防護性能，采用合適的真空輔助工藝成型在保證成型質(zhì)量的如提下可提聞成型效率等。
[0007]為實現(xiàn)如上所述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下所述的技術(shù)方案:
一種纖維增強防彈復(fù)合材料，所述纖維增強防彈復(fù)合材料通過低粘度樹脂體系與2.5D纖維織物復(fù)合形成，厚度為0.8?60mm，所述樹脂體系為具有阻燃功能的樹脂基體，其中復(fù)合材料層的基體樹脂質(zhì)量含量為整體的20?45%，所述2.5D纖維織物結(jié)構(gòu)形式為淺交直聯(lián)或深交直聯(lián)或淺交彎聯(lián)，單層2.5D纖維織物的厚度為0.8?2mm，在相同2.5D纖維織物厚度情況下，優(yōu)選的2.纖維織物Z向紗線的編織角Θ為30°?80°，其中Z向紗線的編織角越大其防護性能越好。
[0008]所述的纖維增強防彈復(fù)合材料，所述阻燃功能的樹脂基體為阻燃環(huán)氧樹脂或阻燃不飽和聚酯樹脂或阻燃乙烯基脂樹脂。
[0009]所述的纖維增強防彈復(fù)合材料，所述2.5D纖維織物為無機纖維或有機纖維。
[0010]所述的纖維增強防彈復(fù)合材料，所述無機纖維為玻璃纖維或碳纖維或石英纖維。
[0011]所述的纖維增強防彈復(fù)合材料，所述有機纖維為芳綸纖維或高密度聚乙烯纖維。
[0012]所述的纖維增強防彈復(fù)合材料的制備方法，所述2.纖維織物由于具有較二維織物復(fù)雜的織物交互編織方式，纖維束內(nèi)與纖維束間的樹脂滲透率有明顯差別，通過控制真空輔助成型工藝參數(shù)，可以獲得成型質(zhì)量良好的纖維增強防彈復(fù)合材料。
[0013]一種纖維增強防彈復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法采用真空輔助成型工藝制備，所述真空輔助成型工藝簡便、無污染，可一次成型大尺寸、復(fù)雜型面的防彈復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
[0014]所述的纖維增強防彈復(fù)合材料的制備方法，所述真空輔助成型工藝制備纖維增強防彈復(fù)合材料，鋪覆的導(dǎo)流布為非單向?qū)Я餍?，?dǎo)流布厚度為0.3?1.0mm，采用該類型導(dǎo)流布可降低樹脂在纖維水平方向的滲透速率，從而使樹脂在纖維水平方向與垂直方向“即厚度方向”、纖維束內(nèi)與纖維束間的滲透速率接近，利于纖維束內(nèi)的樹脂滲透，可提高纖維增強防彈復(fù)合材料的成型質(zhì)量。
[0015]采用如上所述的技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下所述的優(yōu)越性:
本發(fā)明所述的一種纖維增強防彈復(fù)合材料及其制備方法，本發(fā)明通過2.5D纖維織物Z向紗線編織角的優(yōu)選，使復(fù)合材料具有優(yōu)良的防彈性能，進一步，本發(fā)明采用真空輔助工藝制備纖維增強防彈復(fù)合材料，有效的提高了生產(chǎn)效率和成型質(zhì)量，且可實現(xiàn)大尺寸、異型防彈結(jié)構(gòu)的一次成型，纖維增強防彈復(fù)合材料可用于不同部位特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位的抗侵徹防護，具有廣闊的軍事應(yīng)用前景。
[0016]【【具體實施方式】】
通過下面的實施例可以更詳細的解釋本發(fā)明，本發(fā)明并不局限于下面的實施例；本發(fā)明所述的一種纖維增強防彈復(fù)合材料，所述纖維增強防彈復(fù)合材料通過低粘度樹脂體系與2.5D纖維織物復(fù)合形成，厚度為0.8?60mm，所述樹脂體系為具有阻燃功能的樹脂基體，所述阻燃功能的樹脂基體為阻燃環(huán)氧樹脂或阻燃不飽和聚酯樹脂或阻燃乙烯基脂樹脂，其中復(fù)合材料層的基體樹脂質(zhì)量含量為整體的20?45%，2.5D纖維織物為無機纖維或有機纖維，所述無機纖維為玻璃纖維或碳纖維或石英纖維，所述有機纖維為芳綸纖維或高密度聚乙烯纖維；所述2.5D纖維織物結(jié)構(gòu)形式為淺交直聯(lián)或深交直聯(lián)或淺交彎聯(lián)，單層2.5D纖維織物的厚度為0.8?2mm，在相同2.5D纖維織物厚度情況下，優(yōu)選的2.5D纖維織物Z向紗線的編織角Θ為30°?80°，其中Z向紗線的編織角越大其防護性能越好，所述Z向紗線的編織角Θ為Z向紗線與2.5D布層厚度方向的夾角，其中2.5D纖維織物由于具有較二維織物復(fù)雜的織物交互編織方式，纖維束內(nèi)與纖維束間的樹脂滲透率有明顯差別，通過控制真空輔助成型工藝參數(shù)，可以獲得成型質(zhì)量良好的2.5D纖維增強防彈復(fù)合材料。
[0017]一種纖維增強防彈復(fù)合材料的制備方法，所述制備方法采用真空輔助成型工藝制備，所述真空輔助成型工藝簡便、無污染，可一次成型大尺寸、復(fù)雜型面的防彈復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，所述真空輔助成型工藝制備2.5D纖維增強防彈復(fù)合材料，鋪覆的導(dǎo)流布為非單向?qū)Я餍停瑢?dǎo)流布厚度為0.3?1.0mm，采用該類型導(dǎo)流布可降低樹脂在纖維水平方向的滲透速率，從而使樹脂在纖維水平方向與垂直方向“即厚度方向”、纖維束內(nèi)與纖維束間的滲透速率接近，利于纖維束內(nèi)的樹脂滲透，可提高2.5D纖維增強防彈復(fù)合材料的成型質(zhì)量。
[0018]本發(fā)明提出優(yōu)選2.纖維增強防彈復(fù)合材料的Z向紗線的編織角度，并通過導(dǎo)流布參數(shù)設(shè)定提供簡便高效的真空輔助制備方法，使該防彈復(fù)合材料的防護性能不低于模壓成型的二維織物增強防彈復(fù)合材料層合板。
[0019]本發(fā)明所述的真空輔助成型2.5D纖維增強防彈復(fù)合材料，采用的導(dǎo)流布為1.0mm厚度非單向?qū)Я餍?，成型的防彈?fù)合材料包括16mm厚度淺交彎聯(lián)防彈復(fù)合材料(Z向紗線編織角Θ為60° )、20mm厚度淺交彎聯(lián)防彈復(fù)合材料(Z向紗線編織角Θ為60° )、20mm厚度淺交直聯(lián)防彈復(fù)合材料(Z向紗線編織角Θ為75° )，樹脂均采用低粘度阻燃乙烯基脂樹月旨，纖維紗線類型均為高強玻璃纖維，單層2.纖維織物的厚度為1.3mm，16mm和20mm厚淺交彎聯(lián)防彈復(fù)合材料的基體樹脂質(zhì)量含量為37%，20mm厚度淺交直聯(lián)防彈復(fù)合材料的基體樹脂質(zhì)量含量為38%。
[0020]制備的16mm厚度淺交彎聯(lián)防彈復(fù)合材料與16mm厚度模壓成型的二維高強玻璃纖維增強層合板進行12.7mm穿甲燃燒彈打靶測試，淺交彎聯(lián)防彈復(fù)合材料的面密度為29.5kg/m2,單位面密度吸能為65J.m2/kg ;模壓成型層合板的面密度為32kg/m2,單位面密度吸能為62J.m2/kg。
[0021]制備的20mm厚度淺交彎聯(lián)防彈復(fù)合材料和20mm厚度淺交直聯(lián)防彈復(fù)合材料進行4.4gFSP破片打靶測試，淺交彎聯(lián)防彈復(fù)合材料的面密度為36kg/m2，單位面密度吸能為39J.m2/kg ;淺交直聯(lián)防彈復(fù)合材料的面密度為36kg/m2,單位面密度吸能為48J.m2/kg。
[0022]本發(fā)明的目的是提供一種防彈性能優(yōu)良、成型工藝簡單高效的高性能2.5D纖維增強防彈復(fù)合材料。本發(fā)明的2.5D纖維增強防彈復(fù)合材料其防彈性能不低于模壓成型的二維織物增強防彈復(fù)合材料層合板，具有優(yōu)良的層間抗沖擊能力，損傷面積小，較傳統(tǒng)模壓工藝成型效率高、一次成型尺寸大、質(zhì)量穩(wěn)定。本發(fā)明的2.5D纖維增強防彈復(fù)合材料可用于不同部位特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位的抗侵徹防護，其不同規(guī)格類型的防彈復(fù)合材料適合直接使用或與其他防護材料配合使用。
[0023]本發(fā)明的市場預(yù)測或應(yīng)用開發(fā)前景，潛在的效益或作用為，本發(fā)明所述的纖維增強防彈復(fù)合材料防彈性能優(yōu)良、成型工藝簡單環(huán)保，可用于不同部位特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜部位的抗侵徹防護，針對不同防護性能要求其不同規(guī)格類型的防彈復(fù)合材料適合直接使用或與其他防護材料配合使用，具有廣闊的軍事應(yīng)用前景。
[0024]本發(fā)明未詳述部分為現(xiàn)有技術(shù)。
[0025]為了公開本發(fā)明的目的而在本文中選用的實施例，當(dāng)前認為是適宜的，但是，應(yīng)了解的是，本發(fā)明旨在包括一切屬于本構(gòu)思和發(fā)明范圍內(nèi)的實施例的所有變化和改進。
【權(quán)利要求】
1.一種纖維增強防彈復(fù)合材料，其特征是:所述纖維增強防彈復(fù)合材料通過低粘度樹脂體系與2.5D纖維織物復(fù)合形成，厚度為0.8?60mm，所述樹脂體系為具有阻燃功能的樹脂基體，其中復(fù)合材料層的基體樹脂質(zhì)量含量為整體的20?45%，所述2.5D纖維織物結(jié)構(gòu)形式為淺交直聯(lián)或深交直聯(lián)或淺交彎聯(lián)，單層2.5D纖維織物的厚度為0.8?2mm，在相同
2.纖維織物厚度情況下，優(yōu)選的2.纖維織物Z向紗線的編織角Θ為30°?80°，其中Z向紗線的編織角越大其防護性能越好。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強防彈復(fù)合材料，其特征是:所述阻燃功能的樹脂基體為阻燃環(huán)氧樹脂或阻燃不飽和聚酯樹脂或阻燃乙烯基脂樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強防彈復(fù)合材料，其特征是:所述2.5D纖維織物為無機纖維或有機纖維。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的纖維增強防彈復(fù)合材料，其特征是:所述無機纖維為玻璃纖維或碳纖維或石英纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的纖維增強防彈復(fù)合材料，其特征是:所述有機纖維為芳綸纖維或高密度聚乙烯纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維增強防彈復(fù)合材料的制備方法，其特征是:所述2.5D纖維織物由于具有較二維織物復(fù)雜的織物交互編織方式，纖維束內(nèi)與纖維束間的樹脂滲透率有明顯差別，通過控制真空輔助成型工藝參數(shù)，可以獲得成型質(zhì)量良好的纖維增強防彈復(fù)合材料。
7.實施權(quán)利要求1?6任一權(quán)利要求所述的一種纖維增強防彈復(fù)合材料的一種纖維增強防彈復(fù)合材料的制備方法，其特征是:所述制備方法采用真空輔助成型工藝制備，所述真空輔助成型工藝簡便、無污染，可一次成型大尺寸、復(fù)雜型面的防彈復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的纖維增強防彈復(fù)合材料的制備方法，其特征是:所述真空輔助成型工藝制備纖維增強防彈復(fù)合材料，鋪覆的導(dǎo)流布為非單向?qū)Я餍停瑢?dǎo)流布厚度為.0.3?1.0_，采用該類型導(dǎo)流布可降低樹脂在纖維水平方向的滲透速率，從而使樹脂在纖維水平方向與垂直方向“即厚度方向”、纖維束內(nèi)與纖維束間的滲透速率接近，利于纖維束內(nèi)的樹脂滲透，可提高纖維增強防彈復(fù)合材料的成型質(zhì)量。
【文檔編號】B29C70/24GK104385612SQ201410522180
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月8日
【發(fā)明者】張笑梅, 李想, 馬武偉 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所