一种复合结构防弹板及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种复合结构防弹板及其制造方法，其中，该防弹板包括由表及里依次层叠的保护层、陶瓷层、吸能层和支撑层，各层之间通过粘结剂粘合在一起，整板面密度为50-80kg/m2；其中，支撑层为由至少3块金属板和至少2层纤维预浸料交替铺设复合而成的纤维金属复合材料层合板。本发明专利技术的复合结构防弹板，采用纤维金属复合材料层合板作为支撑层，纤维金属复合材料层合板的抗冲击及抗多次打击性能远远高于单纯的纤维增强树脂复合材料层合板或者金属板，可以为陶瓷层提供良好的刚性支撑，使陶瓷发挥其高硬度特性，最大限度破碎弹丸，分散冲击能量，大大提高防护能力。本发明专利技术的复合结构防弹板可以广泛应用于轻质防弹装甲领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种防弹装甲板及其制造方法，尤其涉及。
技术介绍
目前，高性能防弹装甲的目标是在低面密度下能抗击弹丸更大的速度冲击。传统的陶瓷复合防弹板通常以较硬的陶瓷作面板、以韧性良好的金属或纤维增强树脂复合材料做背板，首先将面板和背板单独成型，然后再利用胶黏剂将面板和背板粘接在一起。传统的陶瓷复合防弹板利用陶瓷面板的高强度、高硬度迫使弹丸撞击时发生变形并碎裂，再通过背板对碎片进行捕捉。但传统陶瓷复合防弹板也存在以下问题:①由于陶瓷为脆性材料，防弹板在受到弹丸高速冲击时，陶瓷板作为直接迎弹面，受弹丸冲击后极易发生陶瓷板碎裂、脱落，导致防弹板失效，从而影响其抗多次打击能力；②防弹板在受到子弹高速冲击时，纤维增强树脂复合材料背板中的纤维织物吸能变形，与陶瓷板的粘接处开裂，使陶瓷面板失去支撑而导致防弹性能下降。若使用金属作为背板，防弹板重量增加，且受到弹丸打击时变形能力较弱，对面板的支撑效果不好，影响复合板的整体防弹能力。例如，美国专利US3859892公开了一种复合陶瓷装甲板，以陶瓷作为面板、玻璃纤维层合板作背板;该复合装甲板在受到子弹的高速冲击时，因为没有高强度的背板作为支撑，陶瓷面板难以保持形状完整而无法继续为使用者提供保护，影响复合装甲板的防弹性能。中国专利CN204007335U公开了一种超高强度、柔韧、轻质的复合软装甲，包括防弹层和底板，其特征在于防弹层和底板之间从上往下依次设有刚玉陶瓷层，高密度纤维层和高韧性陶瓷层，所述高密度纤维层为经过高压定型的含有空气间隙的无机纤维材料层，高韧性陶瓷层为氧化锆基陶瓷，所述底板为金属硬质装甲材料;虽然子弹的能量主要通过陶瓷层来吸收，但是由于氧化锆陶瓷密度大(6.0g/cm3)，导致装甲板整体偏重，而且在子弹的高速冲击下，金属层底板难以提供良好的支撑，从而影响复合装甲的防弹性能。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种新的复合结构防弹板及其制造方法，防弹板的面密度为50_80kg/m2，在较低的面密度(即单位面积重量)情况下，具有较高的防弹性能，可防7.62mm穿甲燃烧弹和12.7mm穿甲燃烧弹，可有效提高复合装甲的防弹性能和移动设备的机动能力。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案:一种复合结构防弹板，其特征在于，该防弹板包括由表及里依次层叠的保护层、陶瓷层、吸能层和支撑层，各层之间通过粘结剂粘合在一起，整板面密度为50-80kg/m2;其中，所述支撑层为由至少3块金属板和至少2层纤维预浸料交替铺设复合而成的纤维金属复合材料层合板。所述保护层为高性能纤维机织布或无玮布，其中，所述高性能纤维是碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种;所述保护层的面密度为0.1-0.4kg/m2，厚度为0.2-1.0mmo所述陶瓷层的材料是氧化铝、碳化硅或者碳化硼;所述陶瓷层为一整块陶瓷，或者为柱状或多边形的陶瓷片粘接而成;所述陶瓷层的厚度为10-20_。所述吸能层为由经浸润树脂处理的高性能纤维机织布或无玮布制成的层合板，其中，所述高性能纤维是碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种，所述树脂是聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯、酚醛树脂或聚乙烯醇缩醛，所述树脂含量占所述机织布或无玮布层合板总重的15-22% ;所述吸能层的面密度为2-8kg/m2，厚度为2-8_。所述粘结剂为热固或热塑性树脂。所述金属板由钛合金、镁合金、铝合金或者镁锂合金中的至少一种压制而成;单块所述金属板的厚度为0.1-2.0mm。所述纤维预浸料为经树脂浸润处理的高性能纤维，所述高性能纤维是碳纤维、芳纶纤维或者超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种，所述树脂是环氧树脂、酚醛树脂或聚酰亚胺中的一种，所述树脂含量占所述纤维预浸料总重的50-60%;单层所述纤维预浸料的厚度为 0.1-0.3mm ο—种复合结构防弹板的制造方法，包括以下步骤:1)根据复合结构防弹板的设计需要，分别制备需要尺寸和厚度的保护层、陶瓷层、吸能层和支撑层;其中，支撑层的制备方法，包括以下步骤:第一步:根据支撑层的需要选择金属板和纤维预浸料用材料的类型、尺寸、厚度及数量；第二步:采用喷砂工艺对金属板进行表面处理；第三步:将表面处理后的金属板和纤维预浸料按照金属板/纤维预浸料多层交替的方式进行铺层，金属板至少3块，纤维预浸料至少2层，层与层之间喷涂定型剂定型，从而制成纤维金属复合材料层合板预制体；第四步:将第三步制得的纤维金属复合材料层合板预制体放置于压机上，采用梯度升温增压法固化，热压成型得到纤维金属复合材料层合板，即支撑层；2)将步骤1)制备的保护层、陶瓷层、吸能层和支撑层依次铺叠，各层之间用热固或热塑性树脂的粘结剂粘合在一起，再经过热压、固化成型，从而得到复合结构防弹板。所述第四步中采用梯度升温增压法固化纤维金属复合材料层合板的具体工艺为:先将纤维金属复合材料层合板预制体从室温以低于5°C/min的速率加热至80°C，恒温20?30min;再以相同的升温速率升温至100?140°C，保温2?3h，整个过程压力控制在15?20MPa;最后冷却至室温取出，从而得到光滑平整的纤维金属复合材料层合板。本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点:1、本专利技术的复合结构防弹板，采用纤维预浸料和金属板通过一定工艺复合而成的纤维金属复合材料层合板作为支撑层，纤维金属复合材料层合板既具有纤维增强树脂复合材料比强度高、比模量大的特点，同时还具有金属板优良的断裂韧性和抗冲击性能。以碳纤维与镁锂合金复合的纤维金属复合材料层合板为例，纤维金属复合材料层合板密度约为1.50g/cm3，抗拉强度之llOOMPa，拉伸模量> 78.0GPa，而钛合金金属板密度为4.43g/cm3，抗拉强度2 900MPa;在相同面密度下，纤维金属复合材料层合板的抗拉强度约为钛合金金属板的4倍，能够为陶瓷层和吸能层提供很好的刚性支撑，减少复合结构防弹板的变形，提高防护能力。因此，在相同面密度下，纤维金属复合材料层合板作为支撑层具有高的比刚度、比强度以及较高的断裂韧性，其抗冲击及抗多次打击性能远远高于单纯的纤维增强树脂复合材料层合板或者金属板，可以为陶瓷层提供良好的刚性支撑，使陶瓷发挥其高硬度特性，最大限度破碎弹丸，分散冲击能量，从而大大提高防护能力。2、本专利技术的复合结构防弹板，可以广泛应用于轻质防弹装甲领域，为车辆等提供有效保护。【附图说明】图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术支撑层的结构示意图。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细的描述。如图1、图2所示，本专利技术提供的复合结构防弹板，其包括由表及里依次层叠的保护层1、陶瓷层2、吸能层3和支撑层4，各层之间通过粘结剂5粘合在一起，整板面密度为50-80kg/m2;其中，支撑层4为由至少3块金属板6和至少2层纤维预浸料7交替铺设复合而成的纤维金属复合材料层合板。上述实施例中，保护层1为高性能纤维机织布或无玮布，其中，高性能纤维可以是碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的至少一种;保护层1的面密度为0.1-0.4kg/m2，厚度为 0.2-1.0mm。上述实施例中，陶瓷层2的材料可以是氧化铝、碳化硅或者碳化硼，陶瓷层2可以为一整块陶瓷，或者为柱状或多边形的陶瓷片粘接而成;陶瓷层2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合结构防弹板，其特征在于，该防弹板包括由表及里依次层叠的保护层、陶瓷层、吸能层和支撑层，各层之间通过粘结剂粘合在一起，整板面密度为50‑80kg/m2；其中，所述支撑层为由至少3块金属板和至少2层纤维预浸料交替铺设复合而成的纤维金属复合材料层合板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马天，吴国清，黄献聪，崔凤单，李伟萍，付宝建，
申请(专利权)人：中国人民解放军总后勤部军需装备研究所，北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11