[发明专利]一种轻质模块化防弹异形结构及制备方法

说明书

本发明公开了一种轻质模块化防弹异形结构及制备方法，属于装备材料技术领域。本发明采用陶瓷材料和高性能纤维树脂复合材料板制备的复合装甲板，具有优异的防弹性能并且可显著降低装甲板的面密度。本发明通过UD结构纤维都伸直排列，无交织点，冲击波传播距离远，利用UD增强的复合材料具有更高的弹道极限速度。本发明制备的防弹异形结构不受产品尺寸和形状限制，适宜尺寸大、形状复杂的产品的生产，设备简单、投资少、见效快，且工艺简单、生产技术易掌握；且材料利于运输和组装、施工/连接复杂，防护覆盖率高和重复使用效率提高。

技术领域

本发明涉及一种轻质模块化防弹异形结构及制备方法，属于装备材料技术领域。

背景技术

目前随着军事化领域的不断发展，对于防护工程或地面军事设施中人员装备出入口及其他功能性通道口等特殊部件，主要采用的防护材料为钢筋混凝土/钢板和陶瓷/钢板材料。虽然这类材料具有优异的防弹性能，但是制备周期长、面密度大、产品形状单一，同时，在形成孔、口、井等结构件时，存在不利运输和组装、施工/连接复杂等问题，导致防护覆盖率低和重复使用效率差，严重影响到防护构件的使用可靠性和经济性。因此，如何在充分理解防弹抗爆机理基础上，开展轻质、高强模块化防弹板的研究，建立防弹异形结构力学构造及快速增强设计体系，突破异型结构型谱及制备关键技术，形成防护/承载一体化、低成本、快速成型的防弹异形构件成为必须解决的技术方向。

子弹接触并侵彻高性能纤维树脂基复合材料时，子弹携带的动能以冲击波的形式作用于复合材料，并导致复合材料出现不同程度的破坏。冲击波的传播表现为复合材料中质点的速度和相应的应力、应变状态的变化，冲击波传播速度越快，材料吸收子弹动能的速度越快，材料防弹性能越好。子弹在侵彻复合材料过程中，子弹作为扰动源，不停地向复合材料施加冲击波，冲击波以脉冲的形式通过纤维、树脂和纤维树脂间的界面在复合材料中传播。纤维作为各向异性材料，冲击波主要沿纤维轴向传播，纤维和树脂间的冲击波传播主要通过界面来实现。

防弹领域常用的增强体结构有UD结构、2D机织物结构、3D正交机织物结构、3D正交机织物结构、3D角联锁结构。其中UD结构纤维都伸直排列，无交织点，冲击波传播距离远，因而具有更高的弹道极限速度。相比二维或三维机织物以及针刺非织造结构增强材料，三维编织复合材料具有更高的抗侵彻性能以及结构的整体性。

发明内容

基于UHMWPE纤维具有优异的防弹性能，本发明采用UHMWPE纤维增强聚烯烃类和水性聚氨酯类热塑性树脂，制备单向(UD)结构的防弹复合材料，再通过桥接的技术形成轻质、高强、模块化的“陶瓷/UHMWPE纤维树脂基复合材料”模块化防弹板，并且通过加筋补强、3D打印、真空辅助成型工艺等技术，形成涵盖编织止裂层、防弹抗爆层、轻质承载层的防弹异形结构。

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种轻质、高强、模块化的防弹板的制备方法，是以对位芳纶、碳纤维与玻璃纤维复合材料作为轻质承载层，以含有纤维树脂基复合材料和陶瓷的材料作为防弹爆破层，以纤维织物作为编织止裂层，依次固定在塑形模具上；所述纤维树脂基复合材料通过改性胶粘剂固定；所述改性胶粘剂的制备方法如下：将60～80份环氧树脂、30～50份马来酞亚胺树脂和0.8～1份乙二胺加入反应釜中，在100～120°下搅拌1.5～3小时，冷却至90°以下，加入20～25份亚烷基缩水甘油醚，继续搅拌,0.5～1小时，加入1～2份甲基四氢苯酐和1～1.5份二苯基硫脲，充分混合均匀，从而获得改性胶粘剂。

在本发明的一种实施方式中，所述纤维树脂基复合材料为UHMWPE纤维树脂基复合材料。

在本发明的一种实施方式中，所述UHMWPE纤维树脂基复合材料按下述方法制备：

(1)将规格为3K-12K的纤维束按相同方向排列并均匀铺展，浸润基体树脂，使单丝连成一个整体，形成单UD片材；

(2)将n层(n为2～10)单UD片材按照垂直方向交叉铺层，通过复合机结合在一起，除去支撑膜，制成n UD结构片材；