[发明专利]一种用于防弹头盔的复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于防弹头盔的复合材料及其制备方法，属于人体防护用品技术领域。

背景技术

防弹头盔是一种重要的单兵防护用具。最初防弹头盔的材料大多以优质合金钢为主，但由于钢盔的重量大，导热系数高，导电性强，反弹而引起二次杀伤等固有缺陷使得它的应用受到限制，而由于钢材本身的抗枪击能力和厚度成正比，所以提高抗枪击能力的唯一手段，是加大防弹头盔的厚度，而厚度的提高势必使得防弹头盔的重量加大，没有实用性。代替钢盔发展的是防护性能好、重量轻、导电率低的纤维增强复合材料，在纤维增强复合非金属头盔种类中，主要有玻璃纤维头盔、锦纶头盔、芳纶头盔、超高分子量聚乙烯头盔等。

目前，超高分子量聚乙烯纤维（PE纤维）是当今世界的一种高科技产品，具有高强度、高模量、高韧性、低密度的特点，是当今世界比强度最高的高性能纤维，是关系国家安全和国民经济发展的重要基础材料。研究表明，超高分子量聚乙烯纤维无纬布（PE无纬布）的防弹效果较好，在制备防弹头盔时，将多层无纬布叠加，放在模具内，在一定温度和压强下热压成型，相邻无纬布纤维排列成非零角度。由于无纬布的形成是“单向排列”，有利于冲击波的瞬间扩散范围的增大，产生协同的防弹效果。

现有技术中，中国发明专利（公开号：CN102555353A）公开了一种以PE纤维嵌入热塑性聚合物树脂的无纬布为内层主要材料，内外表面铺覆加固材料的防弹头盔。该防弹头盔通过在内外表面铺覆加固材料解决头盔表面需要经过喷砂、刮平等复杂的处理方法才能达到要求以及表面涂覆油漆的附着力不大等问题。此外，该防弹头盔因在内外表面铺覆加固材料，该加固材料需另外进行成型，导致该防弹头盔的制造方法相对较复杂。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于防弹头盔的复合材料，使防弹头盔的防弹性能好。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种用于防弹头盔的复合材料，所述的复合材料是由芳纶无纬布层与树脂层交替叠放后，经模压制成，其中复合材料中所述的芳纶无纬层的重量百分含量为70-90%，所述树脂层的重量百分含量为10-30%。

本发明经实验研究，将用于防弹头盔的复合材料按芳纶无纬布层和树脂层交替叠合的复合结构可提高防弹头盔的综合性能。其原因在于，芳纶纤维具有优良的物理机械性能，其比强度、比模量比金属材料还高，其抗声震疲劳性、减震性也大大超过金属材料，且它具有很好的动能吸收性，无二次杀伤效应。用芳纶纤维加工而成的头盔复合材料重量大大减轻，防护效果好。而树脂在防弹头盔复合材料中的作用是传递载荷和均衡载荷，以使纤维发挥协同作用。若树脂质量分数过高，会导致复合材料的刚度偏高，纤维的拉伸断裂的比例越小，不利于弹体动能的吸收。若树脂质量分数偏低，复合材料成型不够，会限制纤维协同作用的发挥，从而导致复合材料制得的防弹头盔不能起到很好的防弹作用。适量树脂的存在，有利于应力波沿厚度方向的传递和投射，使头盔的防弹防刺性能达到最佳效果。

大量实验表明，在相同条件下，相对于各种结构形式的织物，如平纹布和穿刺无纬布，芳纶无纬布具有更好的抗弹性能。因为在芳纶无纬布的制造过程中，纤维材料已被充分展开，被胶粘剂固定，且纤维之间没有相互的交错点，在受到弹丸的冲击作用时，有利于能量的分散，可以有更多的纤维参与，能量可以在较大的面积上得到吸收，所以可使头盔的抗弹性能较好。此外，芳纶无纬片的形式是“单向排列”，有利于增大冲击波的瞬间扩散范围，产生协同防弹效果。

在上述的用于防弹头盔的复合材料中，作为优选，所述复合材料中芳纶无纬层的重量百分含量为80-85%，树脂层的重量百分含量为15-20%。

其中，芳纶无纬布层的制备工艺如下所示：

（1）在PU预聚体中加入适量丙酮，搅拌均匀，制得胶液，待用；

（2）将芳纶固定于纱架上，牵出纤维的一端经过张力器、展开器后固定于缠绕机的缠绕辊上，开动缠绕机进行缠绕，并根据设计要求涂刷胶液，到达规定宽度后，将制得的预浸料沿缠绕辊母线割下，于通风处晾干；

（3）将预浸料按规定规格裁剪，按照0°/90°/0°的方式进行正交铺层，在压力成型机上进行热压成型，制得芳纶无纬布层。