[发明专利]一种轻质封装复合装甲及其制造工艺

说明书

本发明公开了一种轻质封装复合装甲及其制造工艺，该轻质封装复合装甲结构以金属、陶瓷及金属陶瓷复合结构等结构作为内装甲，以超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料作为外封装，采用双股纤维预浸料交替正交缠绕包裹封装内装甲，并置于模具中热压成型的一体成型工艺。本发明通过超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料封装内装甲，在面密度无明显增加的情况下，有效提升装甲防弹性能。同时，可根据防护对象、防护等级选择不同内装甲，利于多种防弹机理的协同作用捕获弹丸。采用双股交替正交缠绕封装后一体热压成型的制备方法，工艺简单且成本低廉，易于对不同规格尺寸的轻质复合装甲进行规模化生产。

技术领域

本发明属于轻质防弹装甲设计技术领域，具体涉及一种轻质封装复合装甲及其制造工艺。

背景技术

目前，由于均质钢装甲的钢层厚、质量重，严重影响了运输设备的机动性和运行能力；而反应装甲在发挥作用时会对运输设备内外的人员或设备带来附加损伤，并会产生噪声，且其结构复杂，可靠性较差，成本也较高。因此轻质、高强度、无噪声、成本低以及结构简单可靠的复合装甲已成为未来装甲的主要发展方向。复合装甲多为陶瓷/金属及陶瓷/复合材料等双层或多层结构。此类结构在满足防弹要求的情况下，具有面密度较大的缺点。在有限面密度的约束条件下，提高防护装甲的极限速度有着非常重要的现实意义和需求。

复合装甲通过多种防弹机理捕获弹丸，同时，不同的防弹机理对应不同的材料选择与结构设计，如：硬质材料使弹丸变形与破碎，高强度韧性材料通过塑性变形吸能降低弹丸速度，以及高拉伸强度、高断裂应变、高模量、低密度材料作为防碎层捕捉弹丸与靶板碎片等。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维拉伸强度接近4GPa，弹性模量200GPa，密度为0.97g/cm³，这使其在航海、车辆及防弹等诸多民用和国防重要工业领域得到了广泛的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种轻质封装复合装甲及其制造工艺，将超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料引入复合装甲的设计中，实现热压一体成型的轻质高性能封装复合装甲及其制造工艺。

本发明采用以下技术方案：

一种轻质封装复合装甲，包括内装甲和外封装，内装甲以金属、陶瓷或金属-陶瓷复合结构制成，包裹在外封装的内部。

具体的，外封装为双股超高分子量聚乙烯纤维预浸料，双股超高分子量聚乙烯纤维预浸料交替正交缠绕在内装甲的外部。

进一步的，内装甲的边缘倒角为1～3mm。

一种轻质封装复合装甲制造工艺，包括以下步骤：

S1、制备长为l，宽为w，厚度为h的内装甲，并清洗去除表面油污和锈迹，边缘做倒角处理；

S2、沿纤维分布平行/垂直方向裁剪两卷超高分子量聚乙烯纤维预浸料，长度和宽度分别为l和w；

S3、使用步骤S2制备的两卷超高分子量聚乙烯预浸料对步骤S1制备的内装甲封装制成工件，每卷预浸料的外层纤维方向平行/垂直于内装甲边缘；

S4、通过模具预热、加热加压、保温保压、冷却保压和卸载出模将步骤S3制备的工件热压固化成型，得到封装复合装甲。

具体的，步骤S1中，内装甲的边缘倒角为1～3mm。

具体的，步骤S2中，超高分子量聚乙烯预浸料为[(90/0)₂(90/0)₂]_N。

具体的，步骤S3中，封装方式为双股交替正交缠绕封装N圈。

进一步的，N大于等于6。