一种轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板及其制备方法

本发明属于防护，具体涉及一种轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板及其制备方法。

背景技术：

1、现代战场具有更精准的打击能力、更高的破坏能力和机动能力，这对各级指挥员和战斗人员的灵活性提出了更高的要求，因此具备良好防护性能且轻质的单兵防护装备起到了非常重要的作用。

2、近几十年的发展中，陶瓷材料已经成为防御小口径穿甲弹等高动能弹丸所必需的关键材料。同时，随着高新技术、纤维合成与纺丝工艺的发展，高性能纤维防弹材料在防弹领域也逐渐崭露头角，特别是在个体防弹领域具有重要的应用前景。

3、波纹结构属于轻质多孔结构，其力学特性优秀，但单独的轻质多孔结构在抗弹道侵彻方面略显不足，可以在波纹结构的孔隙中填充进不同的材料形成混杂轻质多孔结构改进整体结构的抗冲击能力，这是一种包含了各种材料(金属和非金属)，涉及多种结构类型的多孔结构中填充其它材料复合而成的轻质夹芯结构。对于材料而言，金属材料里有铝合金和钢材等，非金属材料由芳纶纤维kevlar、超高分子量聚乙烯纤维uhmwpe、玻璃纤维gfrp、碳纤维cfrp、陶瓷等非金属材料构成。

4、如图6所示，已有的研究中郭锐对添加了混杂短切玻璃纤维环氧树脂和陶瓷棒的金字塔型点阵金属结构中进行球形弹丸试验，试验得到其抗弹能力大大提高。如图7所示，yungwirth等在金字塔型点阵结构中填充聚氨酯、氧化铝陶瓷，并在面背板与夹层间增加凯夫拉纤维层，结果表明陶瓷的增益效果远大于聚氨酯，同时凯夫拉的增加并没有起到很好的增益效果。如图8所示，c.y.ni研究了金字塔型点阵结构在无填充、填充陶瓷棱柱以及填充环氧树脂和陶瓷的三种情况下的抗冲击响应，得到填充环氧树脂和陶瓷棱柱的点阵结构具有更优越的性能；如图9所示，wadley将氧化铝陶瓷填充进三角形铝合金波纹板中，研究其抗侵彻机理，对比等面密度均质铝合金板，弹道极限速度提高近100m/s。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板及其制备方法，解决现有防弹插板重量较大，防护能力欠缺的问题。

2、本发明技术方案为：

3、一种轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板，防弹插板包括：梯形铝合金波纹板、梯形氧化铝陶瓷棱柱、uhmwpe纤维背板和环氧树脂粘合剂。

4、梯形铝合金波纹板包括表层板、底层板，以及肋条，表层板与底层板之间通过肋条连接，肋条分为两种布置方式，一种截面为“\”形状,另一种截面为“/”形状。两种肋条相对布置。并且两种肋条与表层板、底层板结合围成的空间形状为空心梯形棱柱。该空心梯形棱柱与梯形氧化铝陶瓷棱柱匹配。所述梯形铝合金波纹板和梯形氧化铝陶瓷棱柱为间隙配合，梯形铝合金波纹板和梯形氧化铝陶瓷棱柱利用环氧树脂粘合剂固定，梯形铝合金波纹板和uhmwpe纤维背板利用环氧树脂粘合剂粘结。

5、进一步的，截面为“\”形状的肋条与底层板之间的锐角夹角为45°-60°，截面为“/”形状的肋条与表层板之间的锐角夹角为45°-60度。

6、进一步的，梯形氧化铝陶瓷棱柱截面内的2个锐角均为60°，短边为6mm。

7、进一步的，其中，所述梯形铝合金波纹板为6061-t6铝合金，所述梯形氧化铝陶瓷棱柱为氧化铝含量介于的氧化铝陶瓷棱柱，所述uhmwpe纤维背板为超高分子量聚乙烯纤维。所述环氧树脂粘合剂为环氧树脂ab胶。

8、进一步的，所述梯形铝合金波纹板由整块6061-t6铝合金板利用挤压法加工，所述梯形氧化铝陶瓷棱柱为金刚石叶片据切割氧化铝陶瓷板而成。

9、本发明还提供一种轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板的制备方法，包括以下步骤：

10、步骤1，对尺寸质量合适的6061铝合金胚料进行去污清洗，去除表面油渍等杂质，将6061铝合金坯料加热至温度500℃，放入挤压机中，利用加工好的压膜机直接挤压成型，后经热处理到t6等级。

11、步骤2，将整块的氧化铝含量96％-99.5％的氧化铝陶瓷板，利用金刚石叶片据切割成梯形氧化铝陶瓷棱柱，并利用打磨机将切割表面处理光滑。

12、步骤3，将环氧树脂a胶和b胶制得环氧树脂粘合剂，涂抹在制备好的梯形氧化铝陶瓷棱柱表面，填充进梯形铝合金波纹板的空心梯形棱柱中，梯形氧化铝陶瓷棱柱与梯形铝合金波纹板的空心梯形棱柱为间隙配合，间隙处使用环氧树脂粘合剂将两者粘结在一起。

13、步骤4，利用混合好的环氧树脂粘合剂，涂抹在梯形铝合金波纹板的背面和uhmwpe纤维背板的正面，将两者粘结在一起，压实并静置24小时待环氧树脂粘合剂固化成型。

14、本发明的有益效果是：本发明通过优化材料选择和夹层结构设计以及填充材料的选择，从而研制出高防护轻质防弹插板。

15、1.本发明提供的一种轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板，引入了轻质多孔结构中的波纹结构，在波纹结构的孔洞中填入氧化铝陶瓷材料，背面粘结uhmwpe纤维板，氧化铝陶瓷以及铝合金材料价格低廉，结构轻质，防护能力高。

16、2.本发明提供的一种轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板，在波纹结构的加工中，采用热挤压法，利用加工好的模具，将波纹铝板直接挤压成型，实现波纹铝板大面积生产；梯形氧化铝陶瓷棱柱利用金刚石叶片据切割氧化铝陶瓷板制成，提高了材料的利用率，降低了加工难度。

17、3.本发明提供的一种轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板，梯形铝合金波纹板和梯形氧化铝陶瓷棱柱以及梯形铝合金波纹板和uhmwpe纤维板采用环氧树脂ab胶粘结，粘结牢固性高，加工方便且经济性良好。

18、4.铝制波纹结构具备良好的力学特性，且密度较低，但在抗弹道冲击方面其材料本身硬度较低以及且空洞处防护能力较差，陶瓷作为硬质材料，填充进去增强了整体结构对于弹丸的侵彻能力，同时波纹结构对陶瓷材料本身形成了支撑约束作用，使得破碎的陶瓷碎片能够继续对弹丸形成侵蚀作用，铝密度低于陶瓷，也间接降低了结构的重量；弹丸在侵侧波纹铝板填充陶瓷结构后发生墩粗破碎等现象，其速度降低增加了弹丸与pe材料的作用时间及面积，提高了pe纤维材料抗侵彻效果，同时pe结构对波纹铝板提供了支撑作用间接影响了其内部陶瓷的作用，其作为背板对整体复合结构起到支撑作用。

19、5.pe纤维材料作为软质高性能纤维材料，其主要依靠大面积变形拉伸断裂吸收弹丸的能量，但作为填充物会影响pe材料的吸能。

技术特征：

1.一种轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板，其特征在于，包括：梯形铝合金波纹板、梯形氧化铝陶瓷棱柱、uhmwpe纤维背板和环氧树脂粘合剂；

2.根据权利要求1所述的轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板，其特征在于，两种肋条相对布置。

3.根据权利要求1所述的轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板，其特征在于，截面为“\”形状的肋条与底层板之间的锐角夹角为45°-60°，截面为“/”形状的肋条与表层板之间的锐角夹角为45°-60°。

4.根据权利要求3所述的轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板，其特征在于，梯形氧化铝陶瓷棱柱截面内的2个锐角均为60°，短边为6mm。

5.根据权利要求1所述的轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板，其特征在于，其中，所述梯形铝合金波纹板为6061-t6铝合金，所述梯形氧化铝陶瓷棱柱为氧化铝含量介于96％-99.5％的氧化铝陶瓷棱柱，所述uhmwpe纤维背板为分子量150万以上的无支链线性聚乙烯，所述环氧树脂粘合剂为环氧树脂ab胶。

6.根据权利要求1所述的轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板，其特征在于，所述梯形铝合金波纹板由整块6061-t6铝合金板利用挤压法加工而成，所述梯形氧化铝陶瓷棱柱为金刚石叶片据切割氧化铝陶瓷板而成。

7.制备如权利要求1中一种轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板的方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板的方法，其特征在于，步骤1还包括去除6061铝合金胚料表面油渍。

技术总结本发明公开了一种轻质波纹铝板填充陶瓷复合结构防弹插板及其制备方法。包括：梯形铝合金波纹板、梯形氧化铝陶瓷棱柱、UHMWPE纤维背板和环氧树脂粘合剂。梯形铝合金波纹板具有空心梯形棱柱；该空心梯形棱柱与梯形氧化铝陶瓷棱柱匹配，所述梯形铝合金波纹板和梯形氧化铝陶瓷棱柱为间隙配合。梯形铝合金波纹板和梯形氧化铝陶瓷棱柱利用环氧树脂粘合剂固定，梯形铝合金波纹板和UHMWPE纤维背板利用环氧树脂粘合剂粘结。本发明解决现有防弹插板重量较大，防护能力欠缺的问题。技术研发人员：祖旭东,魏小凯,黄正祥,肖强强,马彬,贾鑫受保护的技术使用者：南京理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2