一种多层异构防弹吸能复合板及其制备方法和应用

本发明涉及防护材料，尤其涉及一种多层异构防弹吸能复合板及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在爆炸、侵彻和撞击的应用场景下，外界的高速弹体或者碎片的侵入，会破坏装备的完整性，危害人员的安全。随着弹片及破片侵彻速度的不断提升(部分场合超过1.5km/s)以及轻量化指标的愈发严格，对防护装甲的研发要求也越来越高。现有技术一般采用防弹陶瓷与柔性抗爆材料复合、装甲钢与柔性抗暴材料复合、陶瓷颗粒增强铝基复合材料与柔性抗爆材料复合来防弹抗侵彻，但存在密度高、能量吸收能力差、容易产生二次碎片伤害、抗多发弹性能有限、无应力波衰减能力、叠层复合结构制备工艺复杂等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多层异构防弹吸能复合板及其制备方法和应用，可同时实现防弹、吸能、应力波衰减功能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种多层异构防弹吸能复合板，包括层叠设置的表面约束层和交替结构层；

4、所述交替结构层包括依次交替层叠设置的硬质抗侵彻层和韧性吸能缓冲层；所述表面约束层与所述硬质抗侵彻层接触；

5、所述表面约束层覆盖于所述交替结构层的一侧表面；所述交替结构层的另一侧为韧性吸能缓冲层；

6、所述表面约束层的材料为短纤维树脂基复合材料；

7、所述硬质抗侵彻层的材料为陶瓷空心球铝基多孔复合板材；

8、所述韧性吸能缓冲层的材料为混编纤维增强树脂基复合板或开孔泡沫铝板；

9、在所述多层异构防弹吸能复合板中，所述陶瓷空心球铝基多孔复合板材的密度由顶层到底层依次递减。

10、优选的，所述短纤维树脂基复合材料中，所用短纤维包括玻璃纤维、氧化铝纤维和玄武岩纤维中的一种或几种；所述短纤维的长度为1～4mm；所述表面约束层的厚度为2～5mm；

11、优选的，每层所述硬质抗侵彻层的厚度独立为5～15mm。

12、优选的，所述陶瓷空心球铝基多孔复合板在所述多层异构防弹吸能复合板中由顶层到底层的密度依次为2.3～2.5g/cm3、1.7～2.3g/cm3和1.4～1.7g/cm3。

13、优选的，每层所述韧性吸能缓冲层的厚度独立为2～15mm。

14、优选的，所述混编纤维增强树脂基复合板中，所用纤维材质包括芳纶纤维、pbo纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种，所用编织结构包括平纹、斜纹或缎纹。

15、优选的，所述开孔铝泡沫铝板的密度为0.5～1.2g/cm3。

16、本发明提供了上述技术方案所述多层异构防弹吸能复合板的制备方法，包括以下步骤：

17、将硬质抗侵彻层和韧性吸能缓冲层按照交替层叠顺序粘接后，在硬质抗侵彻层表面粘结表面约束层，得到多层异构防弹吸能复合板。

18、优选的，所述硬质抗侵彻层和韧性吸能缓冲层通过聚氨酯胶黏剂粘接；所述表面约束层通过乙烯基酯树脂粘结剂粘结。

19、本发明提供了上述技术方案所述多层异构防弹吸能复合板或上述技术方案所述制备方法制备得到的多层异构防弹吸能复合板在防护装备中的应用。

20、本发明提供了一种多层异构防弹吸能复合板，以硬质抗侵彻层和韧性吸能缓冲层交替排布结合，并用表面约束层覆盖硬质抗侵彻层；其中，硬质抗侵彻层为陶瓷空心球铝基多孔复合板材，与一般的陶瓷板和泡沫铝板材相比，本发明使用陶瓷空心球铝基多孔复合板材作为硬质抗侵彻层，在拥有高硬度的同时也具有高吸能效率，可以有效分散和吸收碎片的动能；韧性吸能缓冲层的材料为混编纤维增强树脂基复合板或开孔泡沫铝板，本发明将纤维与树脂结合为纤维增强树脂基复合材料，纤维增强树脂基复合材料具有很强的可设计性，比如强度、刚度、韧性等物理性能，不同方向上的拉伸、压缩、很强的抗冲击等力学性能；开孔泡沫铝是一种集结构材料、功能材料于一身的新型高强轻质复合材料，具有高刚度、低密度以及缓冲吸能特性，对冲击及碰撞的防护具有更加优异的性能；表面约束层为短纤维树脂基复合材料，能够防止二次破片伤害。本发明所述多层异构防弹吸能复合板中，各层材料的排布可根据实际需求进行设计，不仅能同时实现防弹、吸能、应力波衰减功能，还可以解决现有材料密度高、容易产生二次碎片伤害、抗多发弹性能有限的问题。

21、本发明采用高硬度的陶瓷空心球铝基多孔复合板材作为防弹面，背面采用韧性高的材料(混编纤维增强树脂基复合板或开孔泡沫铝板)起支撑吸能作用，使用具有密度梯度的陶瓷空心球铝基多孔复合板材作为硬质抗侵彻层，与一般的陶瓷板和泡沫铝板材相比在拥有高硬度硬度的同时也具有高吸能效率，抵抗高速冲击带来的破环；硬质抗侵彻层表面的短纤维树脂基复合材料约束层能有效的防止二次破片伤害，硬质抗侵彻层背面粘贴混编纤维增强树脂基复合材料(长纤维柔性防弹材料)或开孔泡沫铝，可以有效地吸收和分散爆炸产生的冲击波和碎片能量，并且具有一定的强度和刚度，在面对爆炸冲击时保持稳定性，可以防止结构的崩溃。

技术特征：

1.一种多层异构防弹吸能复合板，其特征在于，包括层叠设置的表面约束层和交替结构层；

2.根据权利要求1所述的多层异构防弹吸能复合板，其特征在于，所述短纤维树脂基复合材料中，所用短纤维包括玻璃纤维、氧化铝纤维和玄武岩纤维中的一种或几种；所述短纤维的长度为1～4mm；所述表面约束层的厚度为2～5mm。

3.根据权利要求1所述的多层异构防弹吸能复合板，其特征在于，每层所述硬质抗侵彻层的厚度独立为5～15mm。

4.根据权利要求1或3所述的多层异构防弹吸能复合板，其特征在于，所述陶瓷空心球铝基多孔复合板在所述多层异构防弹吸能复合板中由顶层到底层的密度依次为2.3～2.5g/cm3、1.7～2.3g/cm3和1.4～1.7g/cm3。

5.根据权利要求1所述的多层异构防弹吸能复合板，其特征在于，每层所述韧性吸能缓冲层的厚度独立为2～15mm。

6.根据权利要求1或5所述的多层异构防弹吸能复合板，其特征在于，所述混编纤维增强树脂基复合板中，所用纤维材质包括芳纶纤维、pbo纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或几种，所用编织结构包括平纹、斜纹或缎纹。

7.根据权利要求1所述的多层异构防弹吸能复合板，其特征在于，所述开孔铝泡沫铝板的密度为0.5～1.2g/cm3。

8.权利要求1～7任一项所述多层异构防弹吸能复合板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述硬质抗侵彻层和韧性吸能缓冲层通过聚氨酯胶黏剂粘接；所述表面约束层通过乙烯基酯树脂粘结剂粘结。

10.权利要求1～7任一项所述多层异构防弹吸能复合板或权利要求8～9任一项所述制备方法制备得到的多层异构防弹吸能复合板在防护装备中的应用。

技术总结本发明提供了一种多层异构防弹吸能复合板及其制备方法和应用，属于防护材料技术领域。本发明以硬质抗侵彻层和韧性吸能缓冲层交替排布结合，并用表面约束层覆盖硬质抗侵彻层。硬质抗侵彻层为陶瓷空心球铝基多孔复合板材，韧性吸能缓冲层的材料为混编纤维增强树脂基复合板或开孔泡沫铝板，发挥能量吸收，应力波衰减作用，表面约束层为短纤维树脂基复合材料(防止二次破片伤害)。本发明所述多层异构防弹吸能复合板中，各层材料的排布可根据实际需求进行设计，同时实现防弹、吸能、应力波衰减功能。技术研发人员：穆永亮,林静受保护的技术使用者：东北大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15