一种防弹用橡胶复合陶瓷及其制备方法技术

本发明专利技术涉及先进复合材料技术领域，具体公开一种防弹用橡胶复合陶瓷及其制备方法，所述复合陶瓷由橡胶体、纤维毡和陶瓷体组成，所述纤维毡包覆在所述陶瓷体表面，所述橡胶体包覆在所述纤维毡表面，且所述橡胶体与所述陶瓷体化学键合，所述橡胶体与所述纤维毡化学键合，所述橡胶体包括迎弹面和被弹面，且所述迎弹面厚度大于所述背弹面厚度。本发明专利技术纤维毡紧固陶瓷板和分散冲击作用力，橡胶粘附陶瓷、增加整体抗冲击力，解决了陶瓷受冲击易碎易崩落和中弹破损面大的问题，具备抗多次打击能力，其断裂韧性比原陶瓷提高约74%，抗弹防护系数提高约49%。

Rubber composite ceramic for bullet proof and its preparation method

The present invention relates to the technical field of advanced composite materials, in particular discloses a bullet proof rubber composite ceramic and preparation method thereof, wherein the ceramic composite is composed of a rubber body, fiber and ceramic body, the fiber coating on the surface of the ceramic body and the rubber body coated on the surface of the fiber, and the the rubber body and the ceramic body chemical bonding, the rubber body and the fiber chemical bonding of the rubber elastic body comprises a surface and elastic surface attack, and the plane toward the shell thickness is larger than the thickness of back playing surface. The present invention mat fastening ceramic plate and disperse the impact force, increase the impact force of rubber adhesion of ceramics, ceramic, solve the impact and damage in fragile caving face a big problem, with many anti strike capability, the fracture toughness is about 74% higher than the original ceramic, ballistic protection coefficient increased about 49%.

【技术实现步骤摘要】
一种防弹用橡胶复合陶瓷及其制备方法
本专利技术涉及先进复合材料
，尤其涉及一种防弹用橡胶复合陶瓷及其制备方法。
技术介绍
陶瓷具有极高的硬度和很高的抗压强度，非常适用于做抗弹材料。其中，氧化铝陶瓷(Al2O3)除具有低相对密度、高硬度和高抗压强度外，还具有烧结性能好、制品尺寸稳定、原料来源广泛和价格便宜等突出优点，因而被广泛应用于装甲车辆、飞机机腹、高速列车驾驶室和抗弹防护服等领域。然而，陶瓷脆性大，受冲击易碎易崩落。这是氧化铝等陶瓷材料在抗弹防护应用中的一大缺憾和隐患。根据陶瓷复合装甲防弹原理，当弹丸高速撞击时，陶瓷板受冲击表面形成破裂锥体。随着锥形体内裂纹的聚结，陶瓷会出现全面破碎；而由于裂纹扩展速度远大于弹丸侵彻速度，故当弹丸尚未穿透时，陶瓷早已全面破碎而飞散崩落，失去防护能力。由于现有陶瓷抗多次打击能力差；在弹丸重复打击下，被保护者的安全受严重威胁。中国专利CN104457431A公开了一种“防弹陶瓷插板止裂结构”，即在整个陶瓷板上开多个止裂孔，止裂孔分散交错排布，防止陶瓷受子弹冲击而产生的裂纹扩散。“止裂孔”方法存在较多缺憾。首先，即使“止裂孔”孔径较小，不影响陶瓷板整体的结构强度；然而若子弹刚好打在止裂孔上，则陶瓷受打击区域抗弹能力相对降低，陶瓷板同样失去应有的防护效果。再者，假使“止裂孔”可防止陶瓷板整体破碎，但是受子弹打击的局部区域仍然是碎裂崩落，不具有抗重复打击能力。中国专利CN201310142518公开了一种“纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板及其制备方法”，该防弹板特点是在增加了超分子量聚乙烯前板和钛合金金属约束框。其制备工艺复杂、成本高、增加重量较多；更关键的是由于聚乙烯板自身变形能力差，不能约束弹丸打击轴向的陶瓷破碎崩落，即没有增加陶瓷体的抗弹能力。德国弗劳恩霍夫高速动力学研究所在氧化铝陶瓷板前设置了聚碳酸脂缓冲层。由于聚碳酸脂为热塑性塑料以及氧化铝陶瓷与聚碳酸脂层之间连接强度较差，故没有解决两层之间的冲击崩离问题。另外，在陶瓷上覆盖粘结胶膜，可以在一定程度上增加对陶瓷板的纵向约束，防止陶瓷整体碎裂。但是胶膜抗剪能力差，在弹丸直接冲击区会随着陶瓷体一样被粉碎崩落。
技术实现思路
针对现有陶瓷脆性大、受冲击易碎易崩落以及抗多次打击能力差等问题，本专利技术提供一种防弹用橡胶复合陶瓷。进一步地，本专利技术还提供一种防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法。为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：一种防弹用橡胶复合陶瓷，所述复合陶瓷由橡胶体、纤维毡和陶瓷体组成，所述纤维毡包覆在所述陶瓷体表面，所述橡胶体包覆在所述纤维毡表面，且所述橡胶体与所述陶瓷体化学键合，所述橡胶体与所述纤维毡化学键合，所述橡胶体包括迎弹面和被弹面，且所述迎弹面厚度大于所述背弹面厚度。相对于现有技术，本专利技术提供的陶瓷板(片/块)被包覆在纤维毡和橡胶体中；所述迎弹面厚度大于所述背弹面厚度；橡胶与陶瓷以及橡胶与纤维毡之间采用化学键连接；纤维毡起到紧固陶瓷板和分散冲击作用力的作用；橡胶起粘附陶瓷和增加整体抗冲击力的作用，所述橡胶复合陶瓷解决了陶瓷受冲击易碎易崩落和中弹破损面大的问题，具备了抗多次打击能力。其断裂韧性比原陶瓷提高约73％，抗弹防护系数提高约49％。进一步地，本专利技术还提供所述防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法。该制备方法，至少包括以下步骤：步骤1、将陶瓷进行抛磨处理，采用丙酮和去离子水对抛磨后的陶瓷清洗，然后烘干待用；步骤2、陶瓷表面苯乙烯磺酸处理：将苯乙烯磺酸溶解在无水乙醇和去离子水的混合溶液中制备苯乙烯磺酸溶液，所述苯乙烯磺酸溶液浓度为0.05-0.2mol/L，在室温下，将抛磨后的陶瓷完全浸渍在苯乙烯磺酸-乙醇/水溶液中，超声震荡30-60min，静置12-24h，取出陶瓷，用丙酮清洗后备用；步骤3、陶瓷表面喷涂胶膜并预固化：配制质量比为(3-5)：(5-7)的苯乙烯磺酸和液体丁苯橡胶的混合物胶浆，以三[1-(2-甲基)氮丙啶基]磷化氧为扩链剂，对苯乙烯磺酸处理过的陶瓷表面喷涂胶膜，然后置于48-50℃恒温烘箱中，烘烤30-60min；步骤4、纤维毡包覆陶瓷：将纤维毡包覆经过表面喷涂胶膜的陶瓷，以帘子线纵横紧固纤维毡；步骤5、加压树脂传递模塑液体橡胶预成型：配制所述橡胶体，将纤维毡包覆的陶瓷板平放于平板上，以真空袋密封，以真空袋为模具模塑，向所述模塑系统内注满所述橡胶体；步骤6、橡胶复合陶瓷热压罐法成型：将所述充满所述橡胶体的模塑系统固化，固化完成后，将橡胶复合陶瓷从真空袋中取出，切割和抛磨后即得所述防弹用橡胶复合陶瓷。相对于现有技术，本专利技术提供的所述防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法，采用液体橡胶通过加压树脂传递模塑方法和热压罐法成型方法，将陶瓷与橡胶和纤维毡有机地复合在一起：首先对陶瓷表面喷涂胶膜并预固化为后期橡胶体与陶瓷体之间形成化学键合做准备；其次通过加压树脂传递模塑方法和热压罐法成型方法在橡胶体与陶瓷体以及橡胶体与纤维毡之间均为化学键连接，具有较高的整体连接强度，所述橡胶复合陶瓷利用橡胶对陶瓷的粘附作用和橡胶/纤维毡缓冲及分散冲击力的作用，解决了陶瓷受冲击易碎易崩落和中弹破损面大的问题，具备了抗多次打击能力。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的加压树脂传递模塑液体橡胶预成型示意图；图2是本专利技术实施例提供的固化工艺；图3是本专利技术实施例提供的防弹用橡胶复合陶瓷结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的氧化铝陶瓷和橡胶复合氧化铝陶瓷的抗弹打击图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例提供一种防弹用橡胶复合陶瓷，所述复合陶瓷由橡胶体、纤维毡和陶瓷体组成，所述纤维毡包覆在所述陶瓷体表面，所述橡胶体包覆在所述纤维毡表面，且所述橡胶体与所述陶瓷体化学键合，所述橡胶体与所述纤维毡化学键合，所述橡胶体包括迎弹面和被弹面，且所述迎弹面厚度大于所述背弹面厚度。以一种迎弹面橡胶体厚度为0.6cm，背弹面橡胶体厚度为0.2cm的橡胶复合氧化铝陶瓷为例：其面密度仅增加约0.7g/cm2，但断裂韧性从原氧化铝陶瓷的约9MPa·m1/2提高到14-15MPa·m1/2，对12.7mm穿甲弹的防护系数从约3.1提高到5.1。具体地说，所谓防护面密度为在穿甲弹或破甲射流对防护板入射方向上，单位面积的装甲质量；所谓断裂韧性是指材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标；所谓弹道极限速度是指子弹侵彻被测样品贯穿概率为50％时的入射速度(还成为V50值)；所谓抗弹防护系数Nm是指以某标准弹同时射击标准均值装甲钢半无限靶和对比材料无限靶时，标准均值装甲钢半无限靶面密度与对比材料面密度的比值。上述抗弹性能参数的测量遵循我国军用标准GJB5115-2004或美军标MIL-DTL-46593B所规定的标准测试程序确定。优选地，所述橡胶体采用液体原料制成，所述液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述复合陶瓷由橡胶体、纤维毡和陶瓷体组成，所述纤维毡包覆在所述陶瓷体表面，所述橡胶体包覆在所述纤维毡表面，且所述橡胶体与所述陶瓷体化学键合，所述橡胶体与所述纤维毡化学键合，所述橡胶体包括迎弹面和被弹面，且所述迎弹面厚度大于所述背弹面厚度。

【技术特征摘要】
1.一种防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述复合陶瓷由橡胶体、纤维毡和陶瓷体组成，所述纤维毡包覆在所述陶瓷体表面，所述橡胶体包覆在所述纤维毡表面，且所述橡胶体与所述陶瓷体化学键合，所述橡胶体与所述纤维毡化学键合，所述橡胶体包括迎弹面和被弹面，且所述迎弹面厚度大于所述背弹面厚度。2.如权利要求1所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述橡胶体采用液体原料制成，所述液体原料包括液体橡胶，其中，所述液体橡胶为液体丁二烯橡胶、液体丁苯橡胶、液体丁腈橡胶、液体氯丁橡胶、液体异戊二烯橡胶、液体丁二烯-氯丁烯橡胶或、液体丁二烯-丙烯橡胶中的一种或几种。3.如权利要求2所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述橡胶体还包括环氧树脂，所述环氧树脂为双酚A缩水甘油醚、二烯丙基双酚A环氧树脂中的一种或两种。4.如权利要求2-3任一所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述橡胶体由如下重量份数的下列组分制成：液体丁苯橡胶：100份、液体氯丁橡胶：30-40份、环氧树脂：5-15份、三乙烯四胺：3-7份、碳酸钙：10-20份、秋兰姆类硫化促进剂：0.5-1份和硬脂酸：0.5-1份，其中，所述液体橡胶的平均分子量为2000-15000。5.如权利要求1所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述被弹面和所述迎弹面的厚度比为0.1-0.5:1，所述迎弹面的厚度为所述陶瓷厚度的50-100%。6.如权利要求1所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述陶瓷体的原料为氧化铝、碳化硅或碳化硼中的一种。7.如权利要求1所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述纤维毡的厚度为3-7mm，是金属纤维毡、无机纤维毡或化纤纤维毡中的一种。8.如权利要求7所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述纤维毡是钢丝纤维毡、铜丝纤维毡、玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：周冰，李良春，张俊坤，宋桂飞，牛正一，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九零八部队，
类型：发明
国别省市：河北,13