[发明专利]一种防弹复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及高强高模聚酰亚胺(PI)纤维/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维防弹复合材料，通过PI纤维与UHMWPE纤维的匹配使用，通过合理设计结构，采用迎弹层‑界面层‑中间层‑界面层‑背弹层的层结构，在迎弹层和背弹层铺设PI纤维增强复合材料，中间层铺设UHMWPE纤维增强复合材料，能够充分发挥PI纤维的高模量优势和UHMWPE纤维的高比吸能优势，在保证复合材料具有较高比吸能值的同时，有效限制背凸高度。

技术领域

本发明涉及防弹复合材料，具体涉及一种聚酰亚胺纤维/超高分子量聚乙烯纤维防弹复合材料及其制备方法。

背景技术

20世纪60年代末美国Dupont公司对位芳纶聚酰胺纤维Kevlar的开发成功，为个体防弹领域带来了革命性的飞跃。20世纪80年代荷兰DSM公司Dyneema和美国Allied Signal公司(现Honeywell公司)开发出Dyneema和Spectra超高分子量聚乙烯纤维。为个体防弹领域的轻量高性能防弹材料提供了更多的选择，这些高性能有机合成纤维已经成为现代个体防弹装备所使用的占主导地位的防弹材料。20世纪70年代，基于高性能化学纤维和树脂的聚合物复合材料开始应用于防弹头盔外壳的制备。由于其在确保弹道防护性能的同时，大大减轻了头盔的重量，逐渐取代了传统的金属材料。目前各国军队装备的防弹头盔盔壳以及防弹服主要为聚合物复合材料研制而成。

CN106905652A涉及一种防弹复合材料及其制备方法，所述防弹复合材料由多层UHMWPE纤维布浸润改性聚苯乙烯树脂预聚体后真空固化得到；所述改性聚苯乙烯树脂预聚体由苯乙烯和EVA颗粒加热搅拌均匀后加入引发剂和交联剂后预聚得到。本发明所制备的防弹复合材料V50值可达623m/s，具有良好的抗弹道侵彻性，且质量轻，其制备方法简便易行，成本低廉，且便于大尺寸和异形件的一次成型，有着良好的应用前景，如用于制备软质防弹衣及防弹装甲等。

CN108316016A涉及高抗力防弹复合材料技术领域，公开的一种超高分子量聚乙烯纤维防弹复合材料及制备方法，该防弹复合材料由改性聚苯乙烯树脂与UHMWPE纤维复合而成，所述改性聚苯乙烯树脂是由高柔韧性、弹性、填料相容性的乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA对聚苯乙烯树脂进行改性而制成；所述聚苯乙烯树脂的单体苯乙烯自由基聚合而成得到的聚合物是无色、透明的，具有高刚性，并能改善改性树脂对纤维的浸润性。本发明的防弹复合材料具备密度低和比强度、比模量高、减震性、耐疲劳性和环境适应性好等优点，满足防弹需求。本发明制备方法具有步骤简单、可操作性强，并且能够批量生产。

个体防弹装具的性能要求中最重要的是弹道防护性能，即能否防住预期的威胁弹体的穿透。弹道极限描述弹体对防弹材料或装具的冲击速度与贯穿防弹材料或装具的贯穿概率之间的关系。它不仅可以用来表征防弹材料对某些弹体的防弹性能，也可以用来评价动能弹体对某些材料的侵彻贯穿能力。目前最常用的弹道极限是V₅₀，即贯穿概率为50％时的速度。当靶板的面密度相同或近似时，可通过比较V₅₀值(单位：m/s)来衡量两者的防弹性能。当靶板的面密度有较大的差异，则需要通过比吸收能来计算其单位面密度的防弹性能。比吸收能的计算公式如下：

式中：SEA为靶板的比吸收能(单位：J·m²/kg)；m为弹丸的质量(单位：kg)；AD为靶板的面密度(单位：kg/m²)。

由于在防护弹体的同时，防弹装具会发生变形和鼓包，一些防弹装具还应该考虑非贯穿性损伤。个体防弹装备除了应满足标准规定的弹道极限外，还应该满足一定的非贯穿钝伤防护要求，通过在防弹衣样品后的胶泥垫料上留下的弹坑深度(背面凸出深度)来表征。