[发明专利]用于制造多层制品的方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合制品的制造方法。复合制品由通过压力和热循环的同时施加固结的多层材料堆构造而成。复合制品可以给弹道保护装置和/或结构配筋提供所述多层堆，所述多层堆包括但不限于单片陶瓷、粘合膜以及包含加强纤维和复合材料的单层

背景技术

通常被称为防护具的对射弹具有弹性的制品使用不同方法由专用材料构造而成，以阻止诸如子弹和碎片的射弹射孔。

通常被称为人体盔甲的冲击个人防护设备（PPE）制品包括头盔和防护衣，所述防护衣包括‘柔软的’柔性盔甲插入物和‘坚硬的’刚性盔甲插入物。防护具还用于保护陆地、海洋和航空器中的乘客和设备。

被称为小型武器防护板(SAPI)的刚性防护具插入物被设计用于抵抗高速步枪射弹并与头盔和车辆防护具共享相似的使用材料和构造技术。虽然SAPI可用于许多级别的保护装置，但是存在两种基本构造。

第一种是设计成抵抗装填有‘软’铅的全金属包覆(FMJ)射弹的100%纤维基复合SAPI(该种射弹的一个示例是为7.62x51mm的美国NIJ0101.04III-6级冲击的NATO FMJ)。第二种为包括用于抵抗含有‘硬’压头的穿甲(AP)射弹(该种射弹的一个示例是美国NIJ0101.04IV-1级冲击的30.06M2AP)。

100%纤维基复合SAPI可以由诸如帕拉胶-芳族聚酸胺(例如凯夫拉尔或者特沃纶的材料制成或者在与适当的树脂基体系统相化合时由诸如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的材料制成。材料是在市场上可买到的被预浸树脂基体(例如迪尼玛HB产品和以使该阶段变得简单。

传统的100%纤维基复合SAPI制造技术通常被称为‘高压轴向挤压’，该高压轴向挤压需要诸如迪尼玛HB产品的‘预浸’材料，以便被切成期望的形状和堆。所述堆接着被定位在连接在轴向压力机内的相配对的一对金属模之间，并且在施加(来自电加热元件或者通过金属模的热油的循环的)热量同时进行压缩以符合预定压力和热循环。压缩仅在材料已经被充分冷却时停止。如果需要，则使用粘附有接触粘合剂的织物覆盖SAPI。

众所周知的是对于这种类型的防护具，较高压力下的固结等同于较高弹道性能。迪尼玛HB产品的制造商DSM规定他们的材料必须以至少180巴的轴向压力固结，但是优选地采用350巴的轴向压力以使性能增加大约10%。这表示制作单个10”x12”SAPI的至少需要140吨的压力，但是优选地需要270吨压力。因此，如果需要一平方米的防护具，则需要3,570吨压力以便以350巴固结材料。这种压力机很昂贵且不是普通的。由于压力机以轴向方式施加压力，因此固结为不同于平直的产生压力梯度和不一致的固结水平成形的制品。平坦的形状使得该作用最小化，然而类似于头盔的物品会显著经历不均匀的固结。

轴向推压的SAPI内的滞留空气是个问题。常见的是需要50-200个‘预浸料’层以制造符合美国NIJ0101.04III级标准的SAPI。当‘预浸料’被堆叠和挤压时，空气被限制在所述层之间并被压缩，从而在从移除压力时表现为表明层离区域的气泡。为了防止此现象，压力必须递增地斜线上升，然而这不是理想的且延长了周期时间。

与传统挤压SAPI有关的主要成本为工具。对于要制造的所有几何结构均需要刚性金属合模组。如果压力机大到足以加工多个SAPI，则需要多个工具组。除了模具组之外，还需要冷却压板和加热压板。这种类型的SAPI的生产速度低，这是因为材料必须自始至终达到一致的温度，而不是局限于将永久损坏材料的‘热点’。典型的周期为每个美国NIJ0101.04III级标准SAPI为大约45分钟。

传统的制造包括陶瓷冲击面的层叠SAPI的方法是将单片瓷砖粘结到轴向挤压的100%纤维基复合‘衬里’的前表面。树脂或弹性化合物通常被用作粘合剂，并且所述组合在抽成真空的袋子中固化的同时被夹紧。抽成真空的袋子提供接近大气压的均一夹持力。如果需要，则使用粘附有接触粘合剂的织物覆盖层叠SAPI。

这类层叠SAPI制造很耗时且可能会自始至终明显具有不一致的厚度。通常，所有窑烘的陶瓷都表现出翘曲，在一些情况下翘曲多于3mm。由于100%纤维基复合‘衬里’通过精密加工的模具而成形且弯曲得最小，因此瓷砖与‘衬里’之间的几何结构的偏差被剩余的粘合胶填充。这增加了重量并降低了弹道性能。