一种嵌有异形陶瓷片的复合防弹板 |
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| 申请号 | CN201610341453.X | 申请日 | 2016-05-20 | 公开(公告)号 | CN105865267A | 公开(公告)日 | 2016-08-17 |
| 申请人 | 北京理工大学; | 发明人 | 范群波; 余东辉; 刘昕; 周豫; 贾子荐; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种嵌有异形陶瓷片的复合防弹板，属于装甲防护领域。该复合防弹板由金属板、胶膜层、陶瓷层和多层胶膜/ 纤维 复合层依次叠层后 热压 形成；其中，陶瓷层由异形陶瓷片拼装而成；所述多层胶膜/纤维复合层由胶膜和纤维交替叠层得到，且相邻的两层纤维之间的纤维方向互相垂直。所述复合防弹板具有优良的抗冲击性能，解决了弹丸冲击使面 背板 粘结层失稳及陶瓷面板大面积损伤的问题，具有较强的抗多发弹打击能 力 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种嵌有异形陶瓷片(3)的复合防弹板，所述复合防弹板由金属板(1)、胶膜层(2)、陶瓷层和多层胶膜/纤维复合层(4)依次叠层后热压形成，其特征在于：所述陶瓷层由异形陶瓷片(3)拼装而成；所述多层胶膜/纤维复合层(4)由胶膜和纤维交替叠层得到，且相邻的两层纤维之间的纤维方向互相垂直。 |
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| 说明书全文 | 一种嵌有异形陶瓷片的复合防弹板技术领域[0001] 本发明涉及一种复合防弹板，属于装甲防护领域。 背景技术[0002] 装甲防护技术水平在很大程度上决定了武器装备系统的生存能力，任何一部现代化的武装备都无法离开装甲防护。性能优良的装甲防护系统能够有效保障装甲车、运钞车、防暴车、防弹汽车等主体内的人员生命财产和设备安全。 [0003] 防弹装甲是当今防护装备及系统的重要组成部分，其抗弹性能已日益成为装甲防护领域关注的要点。抗弹性能是防弹装甲的关键技术指标，具体包括抗侵彻能力、抗冲击能力和抗崩落能力等，上述性能与防弹装甲的材料和结构组成密切相关。 [0004] 由陶瓷和金属构成的复合装甲兼具两种材料的特性，因而抗弹性能优异。弹靶作用过程中，陶瓷、金属发挥各自的性能优势和不同的抗弹作用。陶瓷的高硬度可使弹丸受挫，金属背板则始终起到约束、支撑陶瓷块的作用，同时通过塑性变形吸收陶瓷和弹丸碎片的剩余能量，因此陶瓷的高硬度和金属的强韧性在抗弹过程中的不同阶段分别起着不同的重要作用，只有将二者充分发挥、合理匹配才能最大程度发挥装甲系统的抗弹能力。 [0005] 目前，陶瓷和金属复合装甲多为传统的层叠式复合结构，通常以硬质陶瓷块拼装粘结在一起作为面板、以塑性良好的金属或纤维复合材料做背板，面背板间用胶黏剂粘结。此结构的层与层之间靠胶黏剂粘结在一起，由于其粘结强度有限，当第一发子弹侵彻防弹板时，该结构虽具有优良的抗弹能力，但是弹丸巨大的动能破坏了复合防弹板受打击区域粘结层的结构稳定性，导致层与层之间发生分离甚至崩落，这一现象的出现严重影响了复合防弹板后续抗弹性能的发挥，因而导致复合防弹板抗多发弹打击能力十分薄弱。 [0006] 究其原因，在以上陶瓷面板+金属背板复合装甲系统中，由于陶瓷本身的脆性以及波阻抗不同的两种材料界面处反射波的破坏作用，导致装甲抗多发弹能力较差。此外，在抵抗子弹侵彻时，陶瓷面板在子弹高速冲击作用下会发生一定程度的膨胀从而损伤周围大片区域的陶瓷块，而且陶瓷块间通过胶黏剂粘结成一体也会使得弹丸的能量传递至周围大片区域陶瓷块并使其受到损伤，从而导致抗多发弹打击能力薄弱。 发明内容[0007] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种嵌有异形陶瓷片的复合防弹板；所述复合防弹板具有优良的抗冲击性能，解决了弹丸冲击使面背板粘结层失稳及陶瓷面板大面积损伤的问题，具有较强的抗多发弹打击能力。 [0008] 本发明的目的由以下技术方案实现： [0009] 一种嵌有异形陶瓷片的复合防弹板，所述复合防弹板由金属板、胶膜层、陶瓷层和多层胶膜/纤维复合层依次叠层后热压形成；其中，所述陶瓷层由异形陶瓷片拼装而成；所述多层胶膜/纤维复合层由胶膜和纤维交替叠层得到，且相邻的两层纤维之间的纤维方向互相垂直。 [0010] 进一步的，沿所述异形陶瓷片的边缘设有凸台；所述金属板的一侧表面上加工有与异形陶瓷片上的凸台相对应的凹槽； [0011] 所述异形陶瓷片通过其边缘的凸台与金属板上的凹槽扣合，且相邻异形陶瓷片无缝拼接。 [0013] 进一步的，所述胶膜层和多层胶膜/纤维复合层中的胶膜各自独立采用热固性或热塑性胶黏剂制备。 [0014] 进一步的，所述热固性胶黏剂为环氧树脂胶黏剂，以热塑性树脂或合成橡胶改性的环氧树脂胶黏剂，和聚氨酯胶黏剂中的一种；所述热塑性胶黏剂为聚醋酸乙烯胶黏剂、聚醋酸乙烯共聚物胶黏剂和聚乙烯醇缩醛胶黏剂中的一种。 [0015] 进一步的，所述异形陶瓷片的材质为抗弹陶瓷，优选Al2O3、SiC、B4C、BN和Si3N4中的一种。 [0016] 所述异形陶瓷片为任意形状，如六边形、五边形或正方形。 [0017] 进一步的，所述异形陶瓷片上的凸台为单层凸台或双层凸台。 [0018] 有益效果 [0019] (1)本发明所述复合防弹板可抗多发弹打击能力较强，原因为： [0020] 首先，采用了异形陶瓷片边缘的凸台和金属板上的凹槽相扣合的结构设计，陶瓷片在抵抗子弹侵彻时，所述凸台受到四周金属槽的约束，在高速冲击时发生体积膨胀的现象受到抑制，动态硬度和动态强度较高，因而发挥了较好的抗弹性能； [0021] 其次，各异形陶瓷片为拼接连接，各自的独立性增强，单个异形陶瓷片在抵抗子弹侵彻时对周边陶瓷块的影响和破坏程度较小； [0022] 最后，金属板上设有互相联接的凹槽可将整块金属板切分为若干个独立单元，胶膜层的独立性也得以提高，因而子弹对异形陶瓷片和金属板间胶膜层的整体破坏程度较小，金属背板受到的整体损伤也相对较小。 [0023] (2)本发明所述复合防弹板中异形陶瓷片的单层凸台设计一方面起到约束陶瓷，增强各陶瓷块间独立性的作用，另一方面可以增强拼缝区的的抗弹性能；双层凸台设计在单层凸台的基础上进一步增强了拼缝处的抗弹性能，从而能够确保复合防弹板的抗弹性能。 [0024] (3)本发明所述复合防弹板通过不同材料的层间及层内复合形成复合防弹结构以发挥各种材料的优点，利用多层纤维和胶膜混合压制成一体的正面效应和层合板弹道冲击下的厚度效应，获得优良的防弹性能，该复合结构设计和异形结构设计可减轻整板重量，同时降低生产成本。附图说明 [0025] 图1为本发明所述复合防弹板的结构示意图； [0026] 图2为实施例1中所述复合防弹板中金属板、胶膜层和陶瓷层部分的结构示意图； [0027] 图3为实施例1中所述金属板的空间三维示意图； [0028] 图4为实施例1中所述异形陶瓷片的空间三维示意图； [0029] 图5为实施例2中所述异形陶瓷片的空间三维示意图； [0030] 其中，1-金属板，2-胶膜层，3-异形陶瓷片，4-多层胶膜/纤维复合层。 具体实施方式[0031] 下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。 [0032] 实施例1 [0033] 如图1和图2所示，一种嵌有异形陶瓷片的复合防弹板，所述复合防弹板由金属板1、胶膜层2、陶瓷层和多层胶膜/纤维复合层4依次叠层后热压形成；其中，所述陶瓷层由异形陶瓷片3拼装而成；所述多层胶膜/纤维复合层4由两层胶膜和两层玻璃纤维纤维交替叠层得到，且相邻的两层纤维之间的纤维方向互相垂直； [0034] 进一步的，所述异形陶瓷片3为六边形的Al2O3陶瓷片，如图4所示，沿其边缘设有单边凸台；所述异形陶瓷片3的边长为17mm，凸台总宽度为5mm，其中平台部分宽度为3.4mm，高度为2mm，底部过渡部分宽度为1.6mm，异形陶瓷片3平台部分的厚度为6mm； [0036] 所述异形陶瓷片3通过其边缘的凸台与金属板1上的凹槽扣合，且相邻异形陶瓷片3无缝拼接。 [0037] 进一步的，所述胶膜层2和多层胶膜/纤维复合层4中的胶膜均采用环氧树脂制备； [0038] 进一步的，所述异形陶瓷片3采用热压方法制备。 [0039] 进一步的，所述金属板1、胶膜层2、陶瓷层和多层胶膜纤维复合层的厚度分别为：7mm、0.15mm、6mm和0.6mm。 [0040] 进一步的，所述热压的工艺过程如下： [0041] (1)对异形陶瓷片3和金属板1进行喷砂处理；将一层胶膜置于金属板1上加工有凹槽一侧的表面，将异形陶瓷片3上的凸台扣合金属板1上的凹槽内，压合以保证紧密贴合并使各异形陶瓷片3形成拼合平面，形成陶瓷层； [0042] (2)在陶瓷层的表面上铺放依次铺放一层胶膜和一层纤维；再在所述纤维表面依次铺放一层胶膜和一层纤维，得到复合防弹板胚体；其中，两层纤维的纤维方向相互垂直。 [0043] (3)将所述复合防弹板胚体压合紧密后置于聚四氟乙烯板上，置于普通热压炉内热压，以较缓慢的加压速率加压至1MPa，然后以2.5℃/min的升温速率升温至120℃，保温2小时，保压冷却至室温后卸压，得到所述复合防弹板。 [0044] 实施例2 [0045] 如图1所示，一种嵌有异形陶瓷片的复合防弹板，所述复合防弹板由金属板1、胶膜层2、陶瓷层和多层胶膜/纤维复合层4依次叠层后热压形成； [0046] 其中，所述陶瓷层由异形陶瓷片3拼装而成；所述多层胶膜/纤维复合层4由两层胶膜和两层玻璃纤维纤维交替叠层得到，且相邻的两层纤维之间的纤维方向互相垂直； [0047] 进一步的，所述异形陶瓷片3为六边形的Al2O3陶瓷片，如图5所示，沿其边缘设有双边凸台；所述异形陶瓷片3的边长为40mm，凸台总宽度为5.2mm，其中平台部分宽度为2mm，高度为2mm，中间凸起圆弧过渡部分宽度为1.6mm，底部凹陷圆弧过渡部分宽度为1.6mm；异形陶瓷片3平台部分的厚度为5mm； [0048] 所述金属板1的材质为7mm轧制TC4钛合金，其上加工有与异形陶瓷片3上的凸台向对应的凹槽；所述凹槽的宽度为10mm，深度为2mm； [0049] 所述异形陶瓷片3通过其边缘的凸台与金属板1上的凹槽扣合，且相邻异形陶瓷片3无缝拼接。 [0050] 进一步的，所述胶膜层2和多层胶膜/纤维复合层4中的胶膜均采用改性的环氧树脂制备； [0051] 进一步的，所述异形陶瓷片3采用热压方法制备。 [0052] 进一步的，所述金属板1、胶膜层2、陶瓷层和多层胶膜纤维复合层的厚度分别为：7mm、0.15mm、5mm和0.6mm。 [0053] 进一步的，所述热压的工艺过程如下： [0054] (1)对异形陶瓷片3和金属板1进行喷砂处理；将一层胶膜置于金属板1上加工有凹槽一侧的表面，将异形陶瓷片3上的凸台扣合金属板1上的凹槽内，压合以保证紧密贴合并使各异形陶瓷片3形成拼合平面，形成陶瓷层； [0055] (2)在陶瓷层的表面上铺放依次铺放一层胶膜和一层纤维；再在所述纤维表面依次铺放一层胶膜和一层纤维，得到复合防弹板胚体；其中，两层纤维的纤维方向相互垂直。 [0056] (3)将所述复合防弹板胚体压合紧密后置于真空热压罐配套的真空袋内，将真空袋置于真空罐内，连接真空阀门，连接热电偶，并用真空胶将开口密封；先将真空袋抽真空然后以0.1MPa/min的加压速率加载至1MPa，然后以3℃/min的升温速率升温至120℃，保温2小时，保压冷却至室温后卸压，得到所述复合防弹板。 [0057] 本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。 |
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