[发明专利]一种抗低速冲击组合夹层防护结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种防护结构，尤其是涉及一种抗低速冲击组合夹层防护结构。

背景技术

现有的抗低速冲击防护结构大部分采用的是单一结构，或者是刚性材料或者是可压缩的柔性材料，其余的采用刚性材料和可压缩柔性材料的简单组合。单一结构的缺陷是非常明显的，比如，纯刚性材料防护结构在接受冲击时，仅仅防止了冲击物对被保护对象的直接冲击，但是由于冲击物的冲击力或者说冲击能量并没有消失，而是会通过刚性防护层传递到被保护对象产生间接的冲击损伤。而柔性的可压缩材料虽然可以以压缩功、断裂功的形式吸收一部分能量，但是很难在能量吸收、轻便化和防止穿透造成直接损伤之间取得一个令人满意的平衡。

采用刚性材料和可压缩柔性材料的简单组合，可以大幅度提高防护结构对能量或冲击力的吸收，并可在能量吸收、轻便化和防止穿透造成直接损伤之间取得一个较为令人满意的平衡。但是这种结构依然存在缺陷。冲击物撞击到刚性材料时，如果材料未能破碎，那么冲击能量就转换成刚性材料的整体动能对柔性可压缩层进行压缩，间接推动被保护对象，使被保护对象获得加速度，间接形成冲击。如果冲击超过刚性材料的压缩极限或者弯曲极限，材料就会破裂，一部分冲击动能消耗做刚性材料的断裂功，剩余的动能则对柔性层作用，使冲击延缓，但是最终依然会有很大一部分施加到被保护对象。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能高效率将冲击能量耗散吸收、降低单位面积上被保护对象所受冲击力的抗低速冲击组合夹层防护结构。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种抗低速冲击组合夹层防护结构，该结构用于保护人体或设备，包括面板、单向纤维层和易压缩材料层，所述的面板、单向纤维层和易压缩材料层由上至下通过粘接剂依次叠层连接，所述的易压缩材料层对着被保护的人体或设备。

所述的面板采用具有抗弯刚性和压缩刚性的刚性材料，面板的厚度为1mm-30mm。

所述的刚性材料包括聚碳酸酯、高模量纤维复合材料、钢板、铝板、氧化铝或碳化硼。

所述的单向纤维层由同向铺排的多个高模量纤维通过粘接剂结合而成，单向纤维层的厚度为0.01mm-1mm。

所述的粘接剂包括环氧树脂、酚醛树脂、热熔性高分子聚合物或无机粘接剂。

所述的高模量纤维为腈纶基碳纤维、对位芳香族聚酰胺、玄武岩纤维或玻璃纤维。

所述的单向纤维层设有多层，多层单向纤维层交错叠放。

所述的单向纤维层的层数为1-10层。

所述的易压缩材料层采用有孔隙率材料，所述的有孔隙率材料包括羊毛毡、泡沫硅胶、经编多层织物、聚苯乙烯泡沫、瓦楞纸、蜂窝中的一种或几种。

所述的易压缩材料层的厚度5mm-50mm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)由于采用高模量纤维制作的单向纤维层粘接于面板，对面板起了一个增强的作用，使面板可以因打击而碎裂，但不容易彻底失效，或者是延缓了失效，从而即以碎裂转换了一部分冲击能量，又不至于失效致使冲击物快速、直接作用柔性可压缩层；

2)由于采用高模量纤维制作的单向纤维层粘接于面板，当冲击力作用于面板时，因高模量单向铺排的纤维对应力波的高效率和快速的传递，冲击应力在平面内得到快速和充分的扩展和分散，单位时间内有更多的柔性可压缩层接收到刚性层传递过来的冲击应力，即大幅度分散了冲击力，又由于柔性可压缩层的阻尼特性，耗散了一部分冲击动能；

3)因高模量单向铺排的纤维对应力波的高效率和快速的传递，冲击应力在平面内得到快速和充分的扩展和分散，单位时间内有更多的柔性可压缩层接收到刚性层传递过来的冲击应力，易压缩材料层参与了接收剩余冲击能量，减低了单位面积上被保护对象所受的冲击力；

4)由于采用高模量纤维制作的单向纤维层的存在，延缓了面板的完全失效，这样就延长了冲击作用时间，将作用分散在一个长的时间段里，不仅仅降低了冲击力的绝对值，而且延长冲击应力周期，这对于保护人体的骨骼是有很大好处的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的剖面示意图；

图3为以某一冲击能量对一块模拟人体皮肤和软组织的硅胶板进行冲击的冲击力特征值示意图；

图4为2倍于图3中实验能量对采用本发明进行冲击的冲击力特征值示意图。

图3和图4中，横坐标为时间，纵坐标为以钢板模拟人体骨骼所接收到冲击力值。

具体实施方式