一种聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构及其制备方法

本发明涉及装甲防护，具体而言，涉及一种聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构及其制备方法。

背景技术：

1、装甲防护材料指能够抵御弹丸及其碎片进攻，防止其损伤，可有效地吸收或分散弹丸射流能量，并能有效保护物体或人员免受损伤，或者将弹丸侵彻造成的损伤降至最低的一类材料体系，主要用于坦克装甲车辆、自行火炮、武装直升机、军舰、军事设施和人体防护等，装甲防护是提高武器装甲战场生存力最主要的手段之一，也是世界发展研究的重点和热点课题，装甲防护的发展是与新型武器的产生发展相适应的，是防护与毁伤这对矛与盾螺旋促进上升的产物。

2、点阵结构是一种新型空间网架类有序多孔结构，其作为夹芯板应用于装甲防护，具有突出的比强度、比刚度、比吸能性等优点，但现有的点阵结构用于装甲防护时，其多为桁架式金属点阵结构，这种点阵结构在单次抗侵彻后容易失效，无法实现多次抗侵彻，同时在实际应用中其强度和刚度仍有所欠缺。

技术实现思路

1、本发明所要解决的问题是现有的装甲防护结构的抗侵彻效果差，强度和刚度仍有所欠缺。

2、为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构，包括多个呈阵列分布的阵列单元，所述阵列单元包括陶瓷点阵结构和聚脲填充结构，所述陶瓷点阵结构为凸正多面体型点阵结构，所述聚脲填充结构用于填充所述陶瓷点阵结构的空隙，以构成所述凸正多面体型点阵结构对应的最小正方体结构，所述最小正方体结构构成所述聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构的所述阵列单元。

3、可选地，所述凸正多面体型点阵结构包括正八面体型点阵结构。

4、可选地，所述陶瓷点阵结构包括两两相互固定连接的板结构一、板结构二和板结构三，所述板结构三构成所述凸正多面体型点阵结构中心的凸正多面体型支撑部，所述板结构一设置于所述凸正多面体型支撑部的每个顶点处，所述板结构二设置于所述凸正多面体型支撑部的每条棱边处。

5、可选地，所述板结构一、所述板结构二和所述板结构三的厚度相同。

6、可选地，所述板结构一为中部贯穿的八棱柱，所述板结构二为折型棱柱，所述板结构三为中部贯穿的六棱柱。

7、可选地，所述凸正多面体型点阵结构在不同对称轴方向上具有相同的长度，所述长度满足第一公式，所述第一公式包括：

8、

9、其中，l表示所述长度，d表示所述凸正多面体型点阵结构的板结构的厚度。

10、可选地，所述陶瓷点阵结构(1)的相对密度满足第二公式，所述第二公式包括：

11、

12、其中，表示所述相对密度。

13、可选地，所述聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构的抗侵彻能力由弹丸侵彻后的剩余速度表征，所述剩余速度满足以下公式：

14、

15、其中，vr表示所述剩余速度，m、ms和vc分别表示所述弹丸的质量、破块的质量和弹丸初始速度，所述破块为所述弹丸和贯穿后和所述弹丸一起运动的结构，τ表示材料的动态剪切强度，c和s分别表示所述弹丸的截面周长和面积，ρp表示所述弹丸的密度，ct、cp分别表示所述聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构的应力波波速和所述弹丸的应力波波速。

16、与现有技术相比，本发明提供的一种聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构，包括多个呈阵列分布的阵列单元，可以保证抗侵彻的均一性，所述阵列单元包括陶瓷点阵结构和聚脲填充结构，所述陶瓷点阵结构为凸正多面体型点阵结构，作为所述聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构中阵列单元的凸正多面体型点阵结构，弹丸侵彻聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构的过程中，凸正多面体型点阵结构的存在会诱导应力波向四周分散，避免应力在单点集中，从而降低在某一区域内应力集中的产生，以耗散较多的应力波的能量；所述聚脲填充结构用于填充所述陶瓷点阵结构的空隙，应力波会造成最小正方体结构内陶瓷点阵结构的损伤(包括部分损伤或者全部损伤)，将聚脲填充结构填充在陶瓷点阵结构中后，聚脲材料作为一种超弹性材料应用在侵彻中时，可以在一次侵彻后自行填充陶瓷点阵结构以及自身其他部位的结构损伤的部位，陶瓷点阵结构和聚脲填充结构的结合，构成所述凸正多面体型点阵结构对应的最小正方体结构，由于最小正方体结构实际包括陶瓷点阵结构和聚脲填充结构，因此将最小正方体结构作为所述聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构中的阵列单元，每个阵列单元内部可以对陶瓷点阵结构的结构损伤进行补充，不同的阵列单元之间也可以对陶瓷点阵结构的结构损伤进行相互补充，使整体防护结构可以实现多次抗侵彻的效果。

17、另外一方面，本发明还提供了一种聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构的制备方法，包括：

18、通过3d打印，得到陶瓷点阵结构；

19、通过聚脲异氰酸酯与端氨基化合物的交联反应，得到流体聚脲；

20、通过挤压的方式将所述流体聚脲添加到所述陶瓷点阵结构中，再使用薄膜包裹或者成型机压缩，冷却后即填充完毕，得到最小正方体结构；

21、将所述最小正方体结构在一个坐标轴方向上根据防护强度进行叠加阵列，在另外两个方向上根据所需防护面积进行拓展阵列，得到所述聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构。

22、可选地，所述通过3d打印，得到陶瓷点阵结构包括；

23、将所述聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构的结构模型导入3d打印设备；

24、启动所述3d打印设备，将配置好的陶瓷浆料注入储料槽中；

25、控制刮刀作用于所述储料槽内，以调整所述储料槽中浆料的厚度处于250～300μm；

26、根据所述预设参数对所述浆料进行逐层光固化成型，并在上一次光固化成型后，控制成型台上升，控制所述刮刀作用于所述储料槽内，以按照所述厚度将所述浆料刮平，开始成型下一层型胚，如此循环往复，直至根据所述结构模型，将板结构一、板结构二和板结构三全部打印完成。

27、与现有技术相比，本发明提供的一种聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构的制备方法，制备得到的聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构具有前述所陈述的有益效果，此外，还可以按照需求得到符合目标防护要求的聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构，可以满足装甲防护材料的具体设计场景。

技术特征：

1.一种聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构，其特征在于，包括多个呈阵列分布的阵列单元，所述阵列单元包括陶瓷点阵结构(1)和聚脲填充结构(3)，所述陶瓷点阵结构(1)为凸正多面体型点阵结构，所述聚脲填充结构(3)用于填充所述陶瓷点阵结构(1)的空隙，以构成所述凸正多面体型点阵结构对应的最小正方体结构(2)，所述最小正方体结构(2)构成所述聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构的所述阵列单元。

2.根据权利要求1所述的聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构，其特征在于，所述凸正多面体型点阵结构包括正八面体型点阵结构。

3.根据权利要求2所述的聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构，其特征在于，所述陶瓷点阵结构(1)包括两两相互固定连接的板结构一(11)、板结构二(12)和板结构三(13)，所述板结构三(13)构成所述凸正多面体型点阵结构中心的凸正多面体型支撑部，所述板结构一(11)设置于所述凸正多面体型支撑部的每个顶点处，所述板结构二(12)设置于所述凸正多面体型支撑部的每条棱边处。

4.根据权利要求3所述的聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构，其特征在于，所述板结构一(11)、所述板结构二(12)和所述板结构三(13)的厚度相同。

5.根据权利要求3所述的聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构，其特征在于，所述板结构一(11)为中部贯穿的八棱柱，所述板结构二(12)为折型棱柱，所述板结构三(13)为中部贯穿的六棱柱。

6.根据权利要求1-5任一所述的聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构，其特征在于，所述凸正多面体型点阵结构在不同对称轴方向上具有相同的长度，所述长度满足第一公式，所述第一公式包括：

7.根据权利要求6所述的聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构，其特征在于，所述陶瓷点阵结构(1)的相对密度满足第二公式，所述第二公式包括：

8.根据权利要求6所述的聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构，其特征在于，所述聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构的抗侵彻能力由弹丸侵彻后的剩余速度表征，所述剩余速度满足以下公式：

9.一种如权利要求1-8任一所述的聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构的制备方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的聚脲-陶瓷双相抗侵彻结构的制备方法，其特征在于，所述通过3d打印，得到陶瓷点阵结构(1)包括；

技术总结本发明提供了一种聚脲‑陶瓷双相抗侵彻结构及其制备方法，涉及装甲防护技术领域，该聚脲‑陶瓷双相抗侵彻结构包括多个呈阵列分布的阵列单元，所述阵列单元包括陶瓷点阵结构和聚脲填充结构，所述陶瓷点阵结构为凸正多面体型点阵结构，所述聚脲填充结构用于填充所述陶瓷点阵结构的空隙，以构成所述凸正多面体型点阵结构对应的最小正方体结构，所述最小正方体结构构成所述聚脲‑陶瓷双相抗侵彻结构的所述阵列单元。本发明的聚脲‑陶瓷双相抗侵彻结构，兼具刚度和强度，并且能够实现多次抗侵彻。技术研发人员：黄治新,李营,容汉耀受保护的技术使用者：武汉理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13