一种预应力三维约束防弹装甲板的制备方法技术

一种预应力三维约束防弹材料的制备方法，是采用芳纶纤维制备成预应力约束预浸料，然后制备陶瓷预制体，并对陶瓷预制体进行拼接预紧成拼接陶瓷体，依次将脱模布、芳纶止裂布、环氧胶膜、拼接陶瓷体、胶膜、芳纶止裂布、胶膜和背板铺层进行复合处理，最后采用芳纶编织带在成型后的模块表面进行三维缠绕，制备陶瓷预制体是采用预应力约束预浸料居中排布在陶瓷厚度方向上，均匀局缠绕3

【技术实现步骤摘要】
一种预应力三维约束防弹装甲板的制备方法


[0001]本专利技术涉及防弹材料
，具体涉及一种预应力三维约束防弹装甲板的制备方法。

技术介绍

[0002]在装甲防护领域，轻型复合装甲主要应用于坦克装甲车辆、武装直升机以及舰船关键部位防护，有效地方各种小口径弹丸及破片的毁伤，从而保护人员及设备，提高战场生存力；此外，装甲轻量化是现代战争对装甲装备提出的重要要求，重量是影响装甲装备实现战场快速反应能力的主要因素之一，因而在满足高抗弹性能的前提下，要就装甲装备具有轻量化、高性能化、高机动灵活性。目前，国内外装甲防护领域，主要采用氧化铝、碳化硅、碳化硼等抗弹陶瓷作为迎弹面材料、玻纤、尼龙、芳纶、超高分子量聚乙烯等纤维增强复合材料背板或装甲钢、装甲铝作为背板的经典的三明治复合结构制备轻型复合装甲。存在防多发弹性能较差、弹丸打击后整体性较差易失效等缺陷。在严酷的战场环境下，对各种先进小口径枪弹的密集打击，防护性能有限，严重影响作战效能，且防弹材料过于厚重，降低了装甲设备的机动灵活性。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供一种预应力三维约束防弹装甲板的制备方法。制备的防弹材料具有低背凸、抗多发弹，薄型轻质等特点。
[0004]本专利技术目的通过如下技术方案实现：
[0005]一种预应力三维约束防弹材料的制备方法，其特征在于：采用芳纶纤维制备成预应力约束预浸料，然后制备陶瓷预制体，并对陶瓷预制体进行拼接预紧成拼接陶瓷体，依次将脱模布、芳纶止裂布、环氧胶膜、拼接陶瓷体、胶膜、芳纶止裂布、胶膜和背板铺层进行复合处理，最后采用芳纶编织带在成型后的模块表面进行三维缠绕，所述制备陶瓷预制体是将正六边形或正方形的碳化硼陶瓷水平水放置，采用预应力约束预浸料沿纬度方向剪裁为宽度低于陶瓷1mm的单向预浸带，居中排布在陶瓷厚度方向上，均匀局缠绕3
‑
5周。
[0006]由于高速弹丸在击打装甲时，由于陶瓷抗弹性能较差、易碎，含有较大能量的应力波冲击对装甲造成了严重破坏，且PE背板出现较大的背凸，破坏了复合装甲的整体结构，使得复合装甲无法承受连续多发弹丸击打。本专利技术通过在每一块正多边形陶瓷侧面缠绕预应力约束预浸料进行缠绕，实现对于每一个陶瓷体内单个陶瓷上的内应力集中不扩散，并通过最终的三维约束，实现了被约束的内应力二次集中，在受到弹丸击打时，集中的内应力集中在垂直方向上有效抵御了弹丸应力波作用，使得应力波径向扩散受到抑制，有效降低背凸，且应力波受到了预应力约束预浸料的缠绕作用的抑制，在侧向位移减少，从而降低了应力波造成陶瓷的碎裂范围，从而实现抵御对连续弹丸击打。
[0007]所述背板为超高分子聚乙烯板或芳纶板。
[0008]进一步，所述胶膜为聚氨酯和乙酸乙烯共聚物按任意比例组成的聚氨酯/EVA胶膜
或者环氧胶膜。
[0009]进一步，上述芳纶编织带的面密度为600
‑
2400g/m2，预浸树脂幅宽为5
‑
20mm，所述三维缠绕具体是在模压模块的长度和宽度方向各进行一轮缠绕。
[0010]进一步，上述制备预应力约束预浸料是将聚乙烯醇缩丁醛、PVB树脂、固化剂按照质量比为2
‑
5:1
‑
2:0.2
‑
0.3混合后，溶解与丙酮中形成混合液，采用卧式浸胶机对芳纶纤维进行浸胶制备单向预浸料。
[0011]本专利技术中选用的是纤维纤度为2000dtex/640f，密度1.44g/cm3，拉伸强度3800～4600MPa，弹性模量120～150GPa，断裂伸长率2.0～3.5％的芳纶纤维。
[0012]进一步，上述浸胶的布热处理温度为110
±
2℃，时间为5
‑
10min，烘干温度为50
±
2℃，时间为4
‑
6min。
[0013]制备的预浸料的树脂含量为15
‑
20％，在130℃下的挥发份≤2％，与进来哦面密度为178
±
10g/m2，厚度为0.14
±
0.03mm。
[0014]进一步，上述复合为模压复合或热压复合。
[0015]进一步，所述模压复合是采用500T四柱液压机进行模压，具体分为3个阶段，阶段1是将铺层模块结构在30min内加热至110℃进行预热，同时匀速加压至0.4
‑
0.5MPa，阶段2是维持压力不变，将温度升至120℃，并保持90min，阶段3是将温度降至65℃以下，开模，取出模压结束后的模块。
[0016]进一步，所述热压复合分为两个阶段，第一阶段是将铺层模块置于真空袋中，进行预抽真空至负压0.08
‑
0.1MPa，抽真空时间不少于5min；第二阶段是将真空袋移至热压罐中，载入预先设计的升温升压曲线，启动程序进行复合。
[0017]进一步，所述升温升压曲线中升温曲线是在45min内匀速升温至70℃，保温50min，然后在55min内匀速升温至105℃，保温100min，随后降温至45℃，开罐。
[0018]进一步，所述升温升压曲线中升压曲线是保持预抽真空度不变至105min后，在35min内匀速正压加压至0.8MPa，然后保压至复合结束。
[0019]进一步，上述碳化硼陶瓷在拼接前进行了预处理，具体是采用200目的石英砂进行喷砂处理，然后用酒精或者乙酸乙酯清洗，干燥后用无纺布均匀涂抹质量分数为25％的KH
‑
550或KH
‑
560偶联剂，最后在90～120℃下干燥。
[0020]进一步，上述预紧是按照装甲尺寸，将拼接的陶瓷预制体紧固，采用筛尺测量间隙，确保陶瓷块之间的间隙小于0.4mm。
[0021]最具体的，一种预应力三维约束轻型复合装甲的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：
[0022](1)制备预应力约束预浸料：
[0023]将聚乙烯醇缩丁醛、PVB树脂、固化剂按照质量比为2
‑
5:1
‑
2:0.2
‑
0.3混合后，溶解与丙酮中形成混合液，在混合过程中，首先在100～250r/min下搅拌15～20min，再进行超声处理，超声波介质的温度控制在30
±
2℃，处理时间为5～10min，然后采用卧式浸胶机对芳纶纤维进行浸胶制备单向预浸料，具体的布热处理温度为110
±
2℃，时间为5
‑
10min，烘干温度为50
±
2℃，时间为4
‑
6min；
[0024](2)制备陶瓷预制体：
[0025]碳化硼陶瓷在拼接前进行了预处理，具体是采用200目的石英砂进行喷砂处理，然
后用酒精或者乙酸乙酯清洗，干燥后用无纺布均匀涂抹质量分数为25％的KH
‑
550或KH
‑
560偶联剂，最后在90～120℃下干燥；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种预应力三维约束防弹材料的制备方法，其特征在于：采用芳纶纤维制备成预应力约束预浸料，然后制备陶瓷预制体，并对陶瓷预制体进行拼接预紧成拼接陶瓷体，依次将脱模布、芳纶止裂布、环氧胶膜、拼接陶瓷体、芳纶止裂布、胶膜和背板铺层进行复合处理，最后采用芳纶编织带在成型后的模块表面进行三维缠绕，所述制备陶瓷预制体是将正六边形或正方形的碳化硼陶瓷水平水放置，采用预应力约束预浸料沿纬度方向剪裁为宽度低于陶瓷1mm的单向预浸带，居中排布在陶瓷厚度方向上，均匀局缠绕3
‑
5周。2.如权利要求1所述的一种预应力三维约束防弹材料的制备方法，其特征在于：所述制备预应力约束预浸料是将聚乙烯醇缩丁醛、PVB树脂、固化剂按照质量比为2
‑
5:1
‑
2:0.2
‑
0.3混合后，溶解与丙酮中形成混合液，采用卧式浸胶机对芳纶纤维进行浸胶制备单向预浸料。3.如权利要求2所述的一种预应力三维约束防弹材料的制备方法，其特征在于：所述浸胶的布热处理温度为110
±
2℃，时间为5
‑
10min，烘干温度为50
±
2℃，时间为4
‑
6min。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的一种预应力三维约束防弹材料的制备方法，其特征在于：所述复合为模压复合或热压复合。5.如权利要求4所述的一种预应力三维约束防弹材料的制备方法，其特征在于：所述模压复合是采用500T四柱液压机进行模压，具体分为3个阶段，阶段1是将铺层模块结构在30min内加热至110℃进行预热，同时匀速加压至0.4
‑
0.5MPa，阶段2是维持压力不变，将温度升至120℃，并保持90min，阶段3是将温度降至65℃以下，开模，取出模压结束后的模块。6.如权利要求4所述的一种预应力三维约束防弹材料的制备方法，其特征在于：所述热压复合分为两个阶段，第一阶段是将铺层模块置于真空袋中，进行预抽真空至负压0.08
‑
0.1MPa，抽真空时间不少于5min；第二阶段是将真空袋移至热压罐中，载入预先设计的升温升压曲线，启动程序进行复合。7.如权利要求6所述的一种预应力三维约束防弹材料的制备方法，其特征在于：所述升温升压曲线中升温曲线是在45min内匀速升温至70℃，保温50min，然后在55min内匀速升温至105℃，保温100min，随后降温至45℃，开罐。8.如权利要求6或7所述的一种预应力三维约束防弹材料的制备方法，其特征在于：所述升温升压曲线中升压曲线是保持预抽真空度不变至105min后，在35min内匀速正压加压至0.8MPa，然后保压至复合结束。9.如权利要求8所述的一种预应力三维约束防弹材料的制备方法，其特征在于：所述碳化硼陶瓷在拼接前进行了预处理，具体是采用100
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200目的石英砂进行喷砂处理，然后用酒精或者乙酸乙酯清洗，干燥后用无纺布均匀涂抹质量分数为25%的KH
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550或KH
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560偶联剂，最后在90~120℃下干燥。10.一种预应力三维约束轻型复合装甲的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠盛，吴护林，程时雨，黄安畏，丛大龙，孙彩云，聂嘉兴，郭峰，韦禹，林禹，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团西南技术工程研究所，
类型：发明
国别省市：