[发明专利]一种模块化多维复合防弹板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及防护装备领域，具体涉及一种模块化多维复合防弹板及其制备方法，由多防弹材质模块化组合、多维复合结构一体化成型。

背景技术

目前世界局势趋于和平化发展，世界性规模化战争冲突存在的可能性不大，而转以国际恐怖袭击和国家内部暴乱、个体犯罪为主，因此在这种情况下，单兵、单警个体以及军警用交通装备面临的威胁从重型火力的伤害逐渐转至轻型枪械的弹丸侵彻伤。对于我国的士兵或警察来讲，所遇最多的枪型为手枪、微型冲锋枪或半自动步枪，因此要提高生命安全防护能力，对于单兵或单警而言，必须对个体防护服装配备高防御等级、轻质、佩戴舒适且使用寿命较长的防弹胸插板；而对于军警用交通设施来讲，必须配以高防御等级、重量较轻且使用寿命较长的防弹装甲板。

随着个体防护装备以及军警用防护设备的特性要求的不断提升，轻质化、结构稳定化、使用舒适化以及寿命长久化逐渐成为防护材质发展的主要方向。基于此，从20世纪70年代以来，高性能纤维复合材料在装甲防护领域得到了广泛的应用，其中以UHMWPE纤维、芳纶纤维、PBO纤维为其主要代表，而特种改性胶黏剂基体的研究，也为高级防弹纤维力学性能的极致发挥做出了不可磨灭的贡献，这种新型防护复合材料的出现，有效的减轻了制品重量，在瞬间吸收弹丸冲击能量的同时又不存在对弹头的二次反弹问题，目前纤维复合材料在高质量防弹板方面的应用较多，对于单兵或单警防护服装的防御能力提升以及防弹装甲车辆防护级别的提升具有重要作用。

超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、PBO纤维等具有高强度、高模量等优异力学性能，而且密度低、韧性强、耐腐蚀性好、分子结构取向度高，在防弹领域有着突出的优势。但是单一材质的纤维复合材料自身也具有不可避免的缺点，例如超高分子量聚乙烯纤维的熔点较低、高温力学性能差，在硬质防弹胸插板方面应用会导致背弹面的背凸较大，有可能引起较严重的冲击伤害，而用在车辆装甲上会导致车体产生破坏性变形；芳纶纤维的耐老化性能较差、耐紫外辐射性能差，会引起寿命的降低，鉴于单一纤维复合材料在防弹性能中存在的问题，有研究者针对超高分子量纤维材料的性能进行了改性试验，但收效甚微；也有研究者采用混杂纤维组合铺层技术研制具备综合特性的防护材料，但这种防护材料的层与层之间仅是简单的铺设叠加，在使用过程中容易出现分层，不利于防护材料综合性能的实现。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种模块化多维复合防弹板及其制备方法，综合各种材质的防弹特性，采用多维复合结构将多种防弹材质进行模块化组合，利用真空导入、热模压一体化成型工艺，制备一种模块化多维复合防弹板，在有效提升防弹性能的基础上，降低制品重量、减小背凸、提高其在高低温环境中的结构稳定性、延长防弹板的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种模块化多维复合防弹板，包括外层的表面刚性结构层模块、与表面刚性结构层模块连接的三维编织框架、内嵌于三维编织框架内并依次设置的迎弹面陶瓷层模块、中间能量吸收层模块和背弹面防背凸层模块；

所述表面刚性结构层模块由至少一层高性能碳纤维单向或二维织物构成；

所述迎弹面陶瓷层模块由高硬度氧化铝、碳化硅或碳化硼陶瓷片拼接组合，陶瓷片之间由三维纤维织物编织连接成整体；

所述的高硬度氧化铝、碳化硅或碳化硼陶瓷片，其硬度值均在14Hv以上；

所述三维纤维织物为超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维中的一种或两种混杂，进行三维编织而成；

所述中间能量吸收层模块由超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维中的一种或两种混杂，浸渍改性热塑性树脂制成单向或二维织物预浸布后叠层组合而成；

所述背弹面防背凸层模块由高性能碳纤维单向或二维织物浸渍改性热固性树脂制成预浸布后叠层组合而成；

所述迎弹面陶瓷层模块、中间能量吸收层模块和背弹面防背凸层模块之间由高性能纤维进行三维编织形成框架整体；

所述高性能纤维为超高分子量聚乙烯纤维和芳纶纤维中的一种或两种；

优选的，所述表面刚性结构层模块由1-3层碳纤维单向或二维织物构成；

优选的，所述三维编织框架采用多维度编织结构；

优选的，所述中间能量吸收层模块由85-95层热塑性预浸布叠层组合而成；

优选的，所述背弹面防背凸层模块由18-21层热固性预浸布叠层组合而成；

上述的背弹面防背凸层模块和表面刚性结构层模块所用的高性能碳纤维，为拉伸强度在3500MPa以上的碳纤维,平均分子量在100万以上；