[发明专利]抗爆抗冲击负泊松比梯度复合阻尼材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种具备显著负泊松比效应的抗爆抗冲击梯度复合阻尼材料及其制备方法。所述抗爆抗冲击负泊松比梯度复合阻尼材料，由至少一个内表粘弹层‑内部刚性层‑中间弹性层‑外表高强层的层状单元结构组成。所述复合阻尼材料的相邻两层之间均设置界面连接层。所述中间弹性层包括基体材料以及设置在基体材料中的具有负泊松比效应的多级异质纤维预制体。所述多级异质纤维预制体由若干根多级异质纤维经纬平织而成。本发明所述的抗爆抗冲击负泊松比梯度复合阻尼材料，不但大幅度提高了对冲击破坏的抵抗能力，并且能够吸收高的冲击能量，避免碰撞冲击过程中刚性的冲击力对内部人员造成伤害，从而实现对人身安全最大限度的保护，具有重要的社会意义。

技术领域

本发明属于防灾减灾与防护工程材料领域，涉及抗爆抗冲击材料，具体地说，涉及一种抗爆抗冲击负泊松比梯度复合阻尼材料及其制备方法。所述抗爆抗冲击负泊松比梯度复合阻尼材料可应用于动车撞击、舰船车撞击、飞机撞击、弹道侵彻、常规武器爆炸、燃气爆炸、地下综合管廊燃气爆炸等建筑以及交通工程防护等领域。

背景技术

近年来，国内外爆炸、高速撞击事故频繁发生，对建筑物乃至人的生命财产等造成严重的威胁。这主要是由于爆炸事故或撞击事故发生时间短，遭受冲击载荷非常大，且变化时间非常快，难以做出有效的应对措施以降低伤害。基于此，目前相关领域对防护材料的性能要求也越来越高。具体来说，在动车撞击、地下综合管廊燃气爆炸、飞机撞击、弹道侵彻、常规武器爆炸、燃气爆炸、交通工程等领域中，单一的均质材料不但比较重、使用不便，而且无法解决高强度与高韧性之间的矛盾，早已不能满足人们的需求。陶瓷材料具有高硬度、高强度、高耐压强度和耐高温的性能，金属具有高韧性和高塑性的性能，因此，纤维增强复合材料在单位重量或面密度下具有高的冲击能吸收能力。

发明专利ZL200610113399.X公开了“纤维增强的金属/陶瓷层状复合材料防护板”。该发明提供了一种纤维增强的金属/陶瓷层状复合材料防护板，所述防护板具有至少一个金属层/纤维层/陶瓷层三明治结构，所述三明治结构是在高温下，通过活性铸接工艺、粉末烧结工艺或活性金属钎焊工艺将金属层、纤维层和陶瓷层焊接在一起。该防护板硬度高，抗撕裂能力好，而且韧性好、重量轻，具有较好的防护高速弹丸打击的能力，可广泛应用在防弹衣、装甲车辆和需要装甲防护的飞行器上。但该专利所述的复合材料防护板仍然存在以下问题：(1)三明治结构的相邻两层之间参数相差较大，容易导致在受到高速冲击载荷作用时，因层间连接不紧密且结合强度低而出现分层现象，导致抗冲击能力不能很好实现。(2)各层的性能仍然不足以实现冲击能量的大幅吸收，在高速弹丸或爆炸冲击波的作用下，吸收强动载能量的效果不理想。

发明内容

针对现有技术中抗爆抗冲击复合材料所存在的问题，本发明提供了一种具备显著负泊松比效应的抗爆抗冲击梯度复合阻尼材料及其制备方法，通过负泊松比梯度式设计大幅提高其抗爆抗冲击能力。

本发明的技术方案：

抗爆抗冲击负泊松比梯度复合阻尼材料，由至少一个内表粘弹层-内部刚性层-中间弹性层-外表高强层的层状单元结构组成。所述复合阻尼材料的相邻两层之间均设置界面连接层，所述界面连接层为添加偶联剂的酚醛树脂、双酚A型环氧树脂、有机硅树脂、醇酸树脂、聚酯树脂中的一种或几种。所述中间弹性层包括基体材料以及设置在基体材料中的具有负泊松比效应的多级异质纤维预制体。所述基体材料为添加增韧剂的环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、有机硅树脂、聚氨酯、聚脲中的一种或几种。所述具有负泊松比效应的多级异质纤维预制体为1-4层，相邻所述多级异质纤维预制体的层间距为2mm-20mm。