[发明专利]一种轻量化纤维/陶瓷基复合防弹结构

权利要求书

1.一种轻量化纤维/陶瓷基复合防弹结构，其特征在于：由迎弹层、缓冲层、过渡层和背弹层依次安装构成；所述迎弹层由高性能碳纤维布结构层交替层叠设置，所述背弹层为硬质芳纶板；所述缓冲层为单层碳化硼陶瓷与UHMWPE纤维布的组合结构层，UHMWPE纤维布结构层在碳化硼陶瓷的下侧；所述过渡层为单层碳化硼陶瓷与芳纶纤维布的组合结构层，芳纶纤维布结构层在碳化硼陶瓷的下侧；

所述迎弹层和缓冲层主要起防弹作用；迎弹层由高性能碳纤维布结构层交替层叠设置，当子弹冲击到迎弹层时，对高性能碳纤维布造成剪切破坏并释放应力波，能够显著降低其能量；当子弹冲击到缓冲层时，碳化硼陶瓷能够使子弹变形，并大量吸收子弹的动能，防止子弹穿透，同时，子弹冲击对UHMWPE纤维布造成拉伸断裂破坏，UHMWPE纤维布进一步吸收子弹动能并释放应力波，能够有效保护后续结构层，而高性能碳纤维布能够对缓冲层碳化硼陶瓷的撞击碎片进行有效收集与包覆，避免了陶瓷碎片对人体的二次伤害；当冲击波经过缓冲层后，仍然会继续冲击过渡层，过渡层碳化硼陶瓷进一步吸收其动能，使子弹进一步变形，弹头进一步钝化，穿透能力显著下降，更好地保护后续结构层，降低背弹层的变形，同时，芳纶纤维布能够进一步释放应力波，并阻隔过渡层碳化硼陶瓷碎片对背弹层的冲击破坏；背弹层的硬质芳纶板为前端结构更好地发挥防弹作用提供有效的支撑面，是整个轻量化纤维/陶瓷基复合防弹结构中的结构支撑；此外，在整个防弹过程中，子弹多次通过不同的介质，其产生的冲击波会被界面以及被层层复合结构所吸收从而实现阻隔，使得冲击波的能量逐渐递减，并最终衰减到零，而且产生的碎片被不同层级的纤维布阻隔，能够在最大程度上发挥防护性能；

所述迎弹层的外表面喷涂1~3 mm改性防弹聚脲涂层；

所述改性防弹聚脲涂层的制备方法为：按质量比4:1：0.3~0.5：20称取TDI预聚体、平均粒径为5~10 μm的碳化硅陶瓷粉末、有机锆酸酯偶联剂与四氢呋喃溶液，将有机锆酸酯偶联剂加入到四氢呋喃溶液中，超声分散30分钟，得到混合溶液A；然后将TDI预聚体、碳化硅陶瓷粉末加入到混合溶液A中，进行机械搅拌，搅拌速率为300~500 r/min，1~2小时后得到混合溶液B；将混合溶液B抽滤后放入70~80 ℃鼓风烘箱中进行干燥，2~3小时取出研细，即得到改性TDI预聚体；然后按质量比30:10:0.3~0.5:0.5~1:70~100称取改性TDI预聚体、聚天门冬氨酸酯、磷酸酯钙、硅丙乳液与乙酸乙酯溶液，并将乙酸乙酯倒入到塑料桶中；然后将称取的改性TDI预聚体、聚天门冬氨酸酯、磷酸酯钙、硅丙乳液加入到塑料桶中，并使用机械搅拌，搅拌速度为800~1000 r/min，搅拌3~4 h得到均匀混合的聚脲涂料，采用喷涂即可得到1~3 mm改性防弹聚脲涂层。

2.如权利要求1所述的一种轻量化纤维/陶瓷基复合防弹结构，其特征在于：所述高性能碳纤维布、UHMWPE纤维布的布层数相同，均为4~6层；所述芳纶纤维布的布层数为3~5层。

3.如权利要求1所述的一种轻量化纤维/陶瓷基复合防弹结构，其特征在于：所述高性能碳纤维布、UHMWPE纤维布的单层厚度均为0.2~0.3mm，芳纶纤维布的单层厚度为0.3mm。

4.如权利要求1所述的一种轻量化纤维/陶瓷基复合防弹结构，其特征在于：所述硬质芳纶板的厚度为6~8mm。

5.如权利要求1所述的一种轻量化纤维/陶瓷基复合防弹结构，其特征在于：所述迎弹层、缓冲层、过渡层和背弹层之间，纤维布与纤维布之间、陶瓷与纤维布之间均选用WD2104聚烯烃胶黏剂进行粘接。

6.如权利要求1所述的一种轻量化纤维/陶瓷基复合防弹结构，其特征在于：所述碳化硼陶瓷形状为正六边形，厚度为3~5mm，短对角线长度为20~30mm，通过相互粘接形成陶瓷板。

7.如权利要求1所述的一种轻量化纤维/陶瓷基复合防弹结构，其特征在于：所述UHMWPE纤维分子量大于300万。