專利名稱:防彈道和防爆的防護(hù)復(fù)合板以及防彈道和防爆系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
這里描述了防護(hù)防彈板的不同的實施例。特別地，這里描述的實施例涉及用于防爆和防彈道的多功能復(fù)合板。
背景技術(shù)：
防護(hù)防彈板典型地設(shè)計用于幾個應(yīng)用類型:人身防護(hù)，例如頭盔和背心，車輛防護(hù)，例如用于高機動性的多輪子車輛(HMMWVs)，和固定建筑，例如建筑物。用于人身防護(hù)的重要設(shè)計目標(biāo)包括例如防彈道彈丸、小重量和好的柔韌性。車輛和固定建筑通常要求出眾的防彈道和防爆性和低的每單位面積成本。
防爆典型地要求材料具有結(jié)構(gòu)的完整性，以經(jīng)受爆炸壓力的高負(fù)荷。防彈道典型地要求材料阻止大小從小于一毫米到IOmm或更大、小碎片速度超過2000米每秒的爆炸碎片的前進(jìn)。
相應(yīng)地，人身防護(hù)防彈板通常由每單位面積具有高成本的小重量、高技術(shù)材料制成。高單位面積成本對于使用者來說可能可以接受，因為相對于車輛和建筑物，人體具有小的表面面積。用于人身防護(hù)防彈板產(chǎn)品的材料不需要高的負(fù)荷承受能力，因為人體支撐材料例如背心，或者不支撐材料例如頭盔，面積都是非常小的。
對于車輛和建筑，作為所要求的爆炸、彈道和低的單位面積成本的結(jié)果，用于防爆的材料典型地為更重的材料，包括例如金屬和陶瓷。這樣的材料可能不總是低成本的。這樣的材料還可能是通常的每單位面積大重量。

發(fā)明內(nèi)容
本申請描述防彈道和防爆的復(fù)合板的不同的實施例。防彈道和防爆的復(fù)合板的一個實施例包括第一復(fù)合層和第二復(fù)合層。
此外，本申請還描述了包括多個防護(hù)復(fù)合板的防彈道和防爆系統(tǒng)的不同實施例，其中每個板包括第一復(fù)合層、第二復(fù)合層、布置于第一和第二復(fù)合層之間的芯部、布置在第二復(fù)合層的外表面的襯背層、覆蓋防護(hù)復(fù)合板的所有暴露表面的封裝層，和在襯背層和封裝層之間的纖維層。該防彈道和防爆系統(tǒng)還包括延長件和將每個復(fù)合板連接到至少一個延長件和鄰接復(fù)合板的連接系統(tǒng)。
防彈道和防爆復(fù)合板的另外一個實施例包括:包括玻璃纖維和熱塑樹脂的第一層，和包括玻璃纖維和熱塑樹脂的第二層。芯部布置在第一和第二復(fù)合層之間，該芯部由木材和木材產(chǎn)品之一形成。襯背層布置在第二復(fù)合層的外表面，該襯背層包括芳族聚酰胺(aramid)材料。聚丙烯封裝層覆蓋防護(hù)復(fù)合板的所有暴露表面。聚酯纖維層在襯背層和封裝層之間，其中該防護(hù)復(fù)合板包括形成于其上的連接槽。
該防彈道和防爆復(fù)合板的其他優(yōu)點通過閱讀下面根據(jù)相應(yīng)附圖的具體說明將對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見。


圖1是防護(hù)復(fù)合板的第一實施例的示意截面圖。
圖2是圖1所示的防護(hù)復(fù)合板的第二實施例的透視圖。
圖3是具有如圖1和2所示的防護(hù)復(fù)合板的多個第三實施例的帳篷的內(nèi)部示意圖。
圖4是圖3所示的帳篷的外部示意圖。
圖5是圖3所示的帳篷的內(nèi)部的放大示意圖。
圖6是圖3和3A所示的連接系統(tǒng)的第一實施例的示意頂視圖。
圖7是圖5所示的連接系統(tǒng)的第二實施例的示意頂視圖。
圖8是圖7所示的連接系統(tǒng)的示意頂視圖，表示在應(yīng)用爆炸力的過程中。
圖9是用于帳篷的輔助直立件的透視圖。
圖10圖1和2所示的防護(hù)復(fù)合板的第三實施例的示意前視圖。
具體實施方式
軍人或其他處于戰(zhàn)斗或敵對火力區(qū)域的人員將在臨時或半永久性建筑中工作或睡覺，這要求建筑防爆和/或防彈道彈丸。這樣的建筑的例子包括帳篷、東南亞棚屋(SEAHUTS)和集裝箱住房單元(CHU)。可以理解的是，其他類型的臨時、半永久或永久建筑可以要求防爆和/或防彈道彈丸。
如同人身防護(hù)防彈板，而不同于為車輛和永久建筑提供的防護(hù)防彈板，這樣的防護(hù)的重量因為二個理由而成為重要考慮因素。第一，板狀的材料需要足夠輕以便人員例如軍人移動和安裝，而無需提升設(shè)備。第二，板需要足夠輕，從而不會使帳篷框架承受過度的靜態(tài)或動態(tài)壓力。理想地，用于臨時或半永久性建筑的防爆和防彈道件將有低的單位面積成本，因為需要覆蓋這樣的臨時或半永久性建筑的表面面積很大。此外，防彈道件必須具有充分的結(jié)構(gòu)完整性，以在相對長的跨度上經(jīng)受爆炸力，因為許多這樣的臨時或半永久建筑具有間隔很寬的支撐或框架件。
現(xiàn)在參考圖1，圖1大體上在附圖標(biāo)記10處示例了防護(hù)復(fù)合板的第一實施例的示意圖。該示例的復(fù)合板10包括芯部12、第一復(fù)合層或沖擊面14、第二復(fù)合層或背面16、襯背層18和外層或封裝層20，對它們中每一個的具體描述將在下面進(jìn)行。
該芯部12可以由木材或木材產(chǎn)品制成，例如定向結(jié)構(gòu)刨花板(OSB)、輕木、膠合板和其他任何需要的木材或木材產(chǎn)品。此外，該芯部12可以由塑料或其他任何需要的非木材料制成。例如，該芯部12可以形成為由熱塑樹脂、熱固樹脂或其他任何需要的塑料材料制成的蜂窩狀芯部。在示例的實施例中，該芯部12在從約1/8英寸到約3/8英寸的厚度范圍內(nèi)。可選地，該芯部12可以是其他任何需要的厚度。
該沖擊面14可以包括一個或多個基于耐久性、防護(hù)水平、減小制造成本和提高芯部12和沖擊面14之間粘附力而選擇的高性能的纖維和熱塑樹脂層。該沖擊面14可以包括玻璃纖維，包括例如玻璃纖維和編織或非編織的玻璃氈席。例如，該沖擊面14可以包括:
E玻璃纖維；S玻璃纖維；編織Kevlar ，例 如K760或Hexform ，由HexceICorporationof Connecticut 生產(chǎn)的材料；非編織J^evlai* 織物，例如由 Polystrand Corporation ofColorado生產(chǎn)，和任何其他具有需要的防彈道彈丸碎片穿透的材料。該沖擊面14還可以包括E玻璃纖維、S玻璃纖維、編織ICevlai. 纖維和非編織Kevlar纖維的任意組合。將會理解的是，其他任何需要的玻璃和非玻璃纖維也可以被使用。
該沖擊面14還可以包括熱塑樹脂，例如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等。如果需要，該沖擊面14可以形成為具有添加劑，例如紫外抑制劑以提高耐久性、耐火劑和其他任何合意的提高性能或耐久性的添加劑。有利地，在木材基芯部12與沖擊面14和背面16兩者之一或兩者之間的界面使用熱塑樹脂促進(jìn)了芯部12與面14和16之間的粘附。
在沖擊面14的第一實施例中，該沖擊面14可以由布置在一個或多個熱塑樹脂片或熱塑樹脂膜上和/或之間的干玻璃纖維制成。在這樣的實施例中，纖維和樹脂可被加熱以使纖維與樹脂粘結(jié)。
在沖擊面14的第二實施例中，可以提供一個或多個有熱塑樹脂封裝或混合于其中的玻璃纖維片。
該背面16可以與該沖擊面大體相同，將不獨立說明。
襯背層18可以由提供額外防爆和防彈道彈丸碎片穿透的材料制成，例如由芳族聚酰胺纖維形成的材料。在襯背層18的第一實施例中，該襯背層18由JCevlar 片或膜形成。在襯背層18的第二實施例中，該襯背層18由非編織的;Kevlai. 纖維形成。在襯背層18的第三實施例中，該襯背層18可以由編織的K:evlai. 纖維形成，例如K760和
Hexform 。在襯背層18的第四實施例中，該襯背層18可以由其他任何具有所需的防彈道彈丸碎片穿透的片或膜形成。
現(xiàn)在參考圖2，圖2大體上在附圖標(biāo)記1(V處示例了防護(hù)復(fù)合板的第二實施例的透視圖。該示例的復(fù)合板10'包括用于封裝沖擊面14、芯部12、背面16和襯背層18的外層或封裝層20。該示例的封裝層20由聚丙烯制成?？蛇x地，該封裝層20可以由其他任何材料制成，例如任何與沖擊面14和背面16的熱塑樹脂兼容的材料。這樣的封裝層20保護(hù)沖擊面14、芯部12、背面16和襯背層18不受環(huán)境、例如過度的濕氣的負(fù)面影響。該示例的復(fù)合板1(V包括多個槽或提把104，這將在下面具體說明。
該示例的封裝層20包括布置在復(fù)合板1(V寬面上的第一部20A。在示例的實施例中，該封裝層20的第一部20A在從約0.05毫米(0.002英寸)到約0.254毫米(0.010英寸)的厚度范圍內(nèi)。可以理解的是，該封裝層20的第一部20A可以具有其他任何所需的厚度。該示例的封裝層20包括圍繞復(fù)合板1(V外周邊緣布置的第二部20B。在示例的實施例中，該封裝層20的第二部20B在從約3.175毫米(1/8英寸)到約12.7毫米(1/2英寸)的厚度范圍內(nèi)?？梢岳斫獾氖牵摲庋b層20的第二部20B可以具有其他任何需要的厚度。該封裝層20還可以包括布置在槽104內(nèi)表面上的第三部20C。
如果需要，該復(fù)合板10'可以在背面16和/或襯背層18和封裝層20之間及在沖擊面14和封裝層20之間提供纖維層22。示例在圖1中的該纖維層22是由具有從約8.475克每平方米(g/m2) (1/4盎司每平方碼(oz/yd2))到約50.85克每平方米(g/m2) (11/2( —又二分之一)oz/yd2)范圍的重量的非編織聚酯纖維層。該纖維層22可以由任何其他材料制成，例如任何具有熔點高于聚丙烯封裝層20或其他封裝層材料的熔點的纖維，并具有任何其他需要的重量。[0033]現(xiàn)在參考圖10，圖10大體上在10"處示例了防護(hù)復(fù)合板的第三實施例的示意前視圖。該示例的復(fù)合板10"與復(fù)合板10'基本相同，并包括提把104'這個備選的布置。
在該防護(hù)復(fù)合板10制造的過程的第一實施例中，沖擊面14、芯部12、背面16和襯背層18可以互相鄰接地布置成多層，并加壓和加熱以熔化在面12、16處的熱塑樹脂，加熱的樹脂由此將面12、16粘結(jié)到芯部12上，并將襯背層18粘結(jié)到背面16上。該加壓可以提供從約344.75kPa(50psi)到約1034.25kPa(150psi)范圍內(nèi)的壓力和從約300度F到約400度F范圍內(nèi)的熱到所述層上。
如果需要，材料的層(也即限定沖擊面14、芯部12、背面16和襯背層18的層)可以從連續(xù)的輥等處供應(yīng)，并通過連續(xù)加壓以形成連續(xù)板。這樣的連續(xù)板然后可以切割成任意需要的長度和/或?qū)挾取?br>如果需要，沖擊面14、芯部12、背面16和襯背層18可以預(yù)切成需要的尺寸，例如
1.2192米X 2.4384米(4英尺X 8英尺)，并在上面所述的熱和壓力下進(jìn)行壓制，以形成該復(fù)合板10。可選地，該復(fù)合板10可以形成為沒有襯背層18和/或沒有芯部12。
當(dāng)形成相對較薄的復(fù)合板10時，例如具有小于約6.35毫米(1/4英寸)的厚度的板，芯部12和面層14和16可以供給到壓機內(nèi)，在壓力下在壓機中加熱和壓緊，以形成該復(fù)合板10,并在從壓機中移出時冷卻。
當(dāng)形成相對較厚的復(fù)合板10時，例如具有大于約15.875毫米(5/8英寸)的厚度的板，面層14和16可以首先預(yù)熱。芯部12和面層14和16然后可以供給到壓機內(nèi)，在壓力下在壓機中進(jìn)一步加熱和壓緊，以形成該復(fù)合板10，并在從壓機中移出時冷卻。厚度在從約6.35毫米(1/4英寸)到約15.875毫米(5/8英寸)范圍內(nèi)的復(fù)合板10可以既視為相對薄，又可以視為相對厚的復(fù)合板10，這依賴于板的專門的熱傳遞屬性。將會理解的是，對于厚度范圍從約6.35毫米(1/4英寸)到約15.875毫米(5/8英寸)的復(fù)合板10，本領(lǐng)域技術(shù)人員通過常規(guī)實驗將能夠決定需要的形成方法。
當(dāng)形成封裝的復(fù)合板10'時，帶有封裝層20的第一部20A和第二部20B的壓制板10'可以放入壓機內(nèi)，在壓力下在壓機中加熱和壓緊，以形成該封裝的復(fù)合板10'，并在從壓機中移出時冷卻。
表I列出了沖擊面14、芯部12、背面16和襯背層材料組合的24個可選實施例，它們中的每一個都限定了復(fù)合板10的獨特的實施例。該復(fù)合板10可以由任何需要的層組合形成。復(fù)合板10，例如在表I中列出的典型的板，結(jié)合了每個復(fù)合層的獨特屬性，以滿足彈道和結(jié)構(gòu)爆炸性能的要求，如同板的使用者可以想要的。將會理解的是，沖擊面14、芯部
12、背面16和襯背層材料的任何其他需要的組合也可以使用。表I還列出了復(fù)合板10的每個實施例的面密度(磅/英尺2，I磅/英尺2 = 0.0479千帕)。如在這里使用的，面密度定義為復(fù)合板10每單位面積的質(zhì)量。
例如，復(fù)合板10的一個實施例可以由一個或多個S玻璃(帶熱塑樹脂)層、輕木(balsa)層，一個或多個S玻璃(帶熱塑樹脂)層，和芳族聚酰胺層例如Kevlar 制成。
板10的另外一個實施例可以依次由一個或多個E玻璃(帶熱塑樹脂)層、0SB、一個或多個E玻璃(帶熱塑樹脂)層制成。
板10的另外一個實施例可以依次由:E玻璃層；S玻璃(帶熱塑樹脂)層；0SB層、輕木層或膠合板層；E玻璃層和S玻璃(帶熱塑樹脂)層制成。[0044]板10的另外一個實施例可以依次由:E玻璃層；S玻璃(帶熱塑樹脂)層；0SB層、輕木層或膠合板層；E玻璃層和S玻璃(帶熱塑樹脂)層，和芳族聚酰胺層例如Kevlai. .制成。
板10的另外一個實施例可以依次由一個或多個S玻璃(帶熱塑樹脂)層、輕木層和一個或多個S玻璃(帶熱塑樹脂)層制成。
將會理解的是，具有芳族聚酰胺襯背層例如JCevlar 的防護(hù)板，相對于不含芳族聚酰胺襯背層的類似性能的板，可以形成為具有更小的理想的重量。還將理解的是，不含芳族聚酰胺襯背層的防護(hù)板相對于含有芳族聚酰胺層的類似性能的板的成本，可以形成為具有較低的成本。
將會理解的是，防護(hù)板10可以形成為具有不同于表I所述或本申請以上所述示例板的材料層組合。
表I所列復(fù)合板10的實施例的一個優(yōu)點是達(dá)到了美國國家司法研究所標(biāo)準(zhǔn)0101.04 (National Institute of Justice (NIJ) StandardOlOl.04)定義的彈道性能水平。表I所列每個復(fù)合板10的實施例的另外一個優(yōu)點是每個板可以經(jīng)受和提供來自非常接近的爆炸力的防護(hù)，例如類似于來自非常接近于板10的迫擊炮的爆炸(如箭頭40所指)的爆炸力。
另外一個優(yōu)點是，用于形成沖擊面14和背面16的熱塑樹脂,例如PP和PE,相對于面14和16采用熱固基合成物形成的板，已經(jīng)表現(xiàn)出能減小制造成本。
另外一個優(yōu)點是，在面14和16和芯部12之間的界面使用更高含量的熱塑樹脂已經(jīng)表現(xiàn)出能促進(jìn)提高面14和16與芯部12的粘附力。
另外一個優(yōu)點是，樹脂中UV抑制劑的使用表現(xiàn)出能提高板10的耐久性。
表I列出的板10的另外一個優(yōu)點是，所列的24個實施例中的大多數(shù)具有從約2.0psf到約4.25psf范圍內(nèi)的面密度，并且制造板10的成本相對于已知復(fù)合板的典型的相關(guān)制造的制造成本要更低。
表I列出的板10的另外一個優(yōu)點是,它們達(dá)到了美國材料和試驗協(xié)會(AmericanSociety for Testing and Materials (ASTM))標(biāo)準(zhǔn) ASTM E 1925 所述的可燃性標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種防彈道和防爆的防護(hù)復(fù)合板，所述防護(hù)復(fù)合板具有相對的主面和外周邊緣，所述防護(hù)復(fù)合板包括: 第一復(fù)合層； 第二復(fù)合層； 布置在所述第一和第二復(fù)合層之間的芯部，所述芯部由木材和木材產(chǎn)品中之一形成；以及 覆蓋所述防護(hù)復(fù)合板的所有外表面的封裝層； 其中，所述防護(hù)復(fù)合板的所述外表面包括所述相對的主面和所述外周邊緣；以及 其中，所述封裝層保護(hù)所述防護(hù)復(fù)合板的所有外表面免受環(huán)境的負(fù)面影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的防護(hù)復(fù)合板，其特征在于:所述第一和第二復(fù)合層包括玻璃纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的防護(hù)復(fù)合板，其特征在于:所述第一和第二復(fù)合層中之一還包括熱塑樹脂。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的防護(hù)復(fù)合板，其特征在于:還包括布置在所述第二復(fù)合層的外表面上的襯背層。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的防護(hù)復(fù)合板，其特征在于:所述襯背層包括芳族聚酰胺材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的防護(hù)復(fù)合板，`其特征在于:所述襯背層包括編織的芳族聚酰胺纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的防護(hù)復(fù)合板，其特征在于:所述襯背層包括非編織的芳族聚酰胺纖維。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的防護(hù)復(fù)合板，其特征在于:所述封裝層包括聚丙烯。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的防護(hù)復(fù)合板，其特征在于:所述防護(hù)復(fù)合板具有從0.0958千帕(2.0磅每平方英尺)到0.2036千帕(4.25磅每平方英尺)范圍內(nèi)的面密度。
10.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的防護(hù)復(fù)合板，其特征在于:所述防護(hù)復(fù)合板包括形成于其中的連接槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的防護(hù)復(fù)合板，其特征在于:所述防護(hù)復(fù)合板包括在所述襯背層和所述封裝層之間的纖維層。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的防護(hù)復(fù)合板，其特征在于:所述纖維層包括聚酯纖維。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12所述的防護(hù)復(fù)合板，其特征在于:所述纖維層是非編織的聚酯纖維層。
14.一種防彈道和防爆系統(tǒng),包括: 多個防護(hù)復(fù)合板，每個所述防護(hù)復(fù)合板包括: 第一復(fù)合層； 第二復(fù)合層； 布置在所述第一和第二復(fù)合層之間的芯部； 布置在所述第二復(fù)合層的外表面上的襯背層； 覆蓋所述防護(hù)復(fù)合板的所有暴露表面的封裝層；和 所述襯背層和所述封裝層之間的纖維層； 其中每個防護(hù)復(fù)合板包括形成于其中的多個連接槽；延長件；和 連接系統(tǒng)，所述連接系統(tǒng)包括至少一個條帶，所述條帶延伸穿過所述防護(hù)復(fù)合板的相鄰復(fù)合板中的所述連接槽中至少之一，所述連接系統(tǒng)將每個所述復(fù)合板連接到所述延長件和相鄰復(fù)合板中至少之一。
15.—種防彈道和防爆復(fù)合板,包括: 包括玻璃纖維和熱塑樹脂的第一復(fù)合層； 包括玻璃纖維和熱塑樹脂的第二復(fù)合層； 布置在所述第一和第二復(fù)合層之間的芯部，所述芯部由木材和木材產(chǎn)品中之一形成； 布置在所述第二復(fù)合層的外表面上的襯背層，所述襯背層包括芳族聚酰胺材料； 覆蓋所述防護(hù)復(fù)合板的所有暴露表面的聚丙烯封裝層；和 在所述襯背層和所述封裝層之間的聚酯纖維層； 其中，所述防護(hù)復(fù) 合板包括形成于其中的多個連接槽。
專利摘要
一種防彈道和防爆復(fù)合板，包括第一復(fù)合層和第二復(fù)合層。
文檔編號B32B27/32GKCN101400964 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200780008810
公開日2013年6月12日 申請日期2007年2月2日
發(fā)明者H·J·戴格, K·M·高斯林, E·D·卡斯蒂, L·R·帕倫特, E·N·納吉 申請人:緬因大學(xué)系統(tǒng)理事會導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (5),