[发明专利]一种梯度防弹抗冲击梯度材料结构体及其制备方法

说明书

本发明提供了一种梯度防弹抗冲击材料结构体及其制备方法，将增强型纤维丝束有序插入由典型微桁架晶胞按照密度需求有序排列组成的金属拱形点阵结构孔隙内，沿厚度方向从外到里增强型纤维的丝束依次增多，再填充环氧树脂固化，实现金属点阵结构与纤维增强树脂型复合材料的贯穿锁紧，形成从外到里密度和强度依次增加的梯度复合材料，可有效衰减弹体或碎片的冲击动能，在较小的重量下显著提高材料的防弹抗冲击特性。

技术领域

本发明属于防弹抗冲击材料设计制造技术领域，具体涉及一种梯度防弹抗冲击材料结构体及其制备方法。

背景技术

军用、警用车辆、军用舰船、武装直升机等众多领域对防弹、防爆抗冲击材料需求巨大。防弹抗冲击材料不仅需要防住弹体本身的冲击，还要能够抵御弹体高速冲击所产生的冲击波，必须具备三个优良特性：①强大的缓冲吸能特性；②良好的减重效果；③低廉的成本。早期的防弹抗冲击材料主要为均质的金属板、陶瓷板、高性能纤维复合防弹材料等，然而要达到较佳的防弹抗冲击性能，材料需具备大的厚度，这必然使得重量增加。将传统防弹抗冲击材料中的两种或多种进行层间设计组合，制备复合材料可充分发挥材料性能，具有抗弹能力强、重量小、结构可设计等优点，与单一材料相比，可大大提高材料防弹抗冲击的综合性能。为此人们纷纷研究各种新型的复合防弹材料。

为进一步追求质量更轻、防护性能更佳的防弹抗冲击材料，需要引入先进的材料和制作工艺。纤维金属层合板是一种将金属薄板和纤维增强树脂型复合材料交替铺层的结构，综合了纤维增强复合材料与金属的特点，具备高比强度、高比刚度的性能。但由于金属与纤维增强树脂型复合材料的力学性能差异较大，铺层粘合的方式很容易产生金属薄板与复合材料的分层，且各层阻抗不变，不存在逐级增加现象，易产生较大的冲击波,造成人身伤害。同时为了达到足够的强度，金属板与复合材料多次交替铺层或者镶嵌有陶瓷板的金属约束板也需要达到较大的厚度，如此会带来整体重量的增加。金属点阵结构是一种晶胞有序排列组成的多孔材料，具备优良的轻质、抗压、吸能和抗冲击的特性。利用金属点阵结构有序多孔的特点有望使其替代交替铺层用的金属薄板或者镶嵌陶瓷板的金属约束板实现与纤维增强树脂型复合材料的完美结合。

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的不足，提供一种梯度防弹抗冲击材料结构体及其制备方法，将增强型纤维丝束有序插入由典型微桁架晶胞按照密度需求有序排列组成的金属拱形点阵结构孔隙内，沿厚度方向从外到里增强型纤维的丝束依次增多，再填充环氧树脂固化，实现金属点阵结构与纤维增强树脂型复合材料的贯穿锁紧，形成从外到里密度和强度依次增加的梯度复合材料，可有效衰减弹体或碎片的冲击动能，在较小的重量下显著提高材料的防弹抗冲击特性。

本发明为解决其技术问题采用以下技术方案：

一种梯度防弹抗冲击材料结构体，其特征在于，所述结构体整体呈层状结构，至少包括通过环氧树脂整体封装固化成型并沿厚度方向从外到内依次分布的外层板、吸能缓冲层、底板，其中，

所述外层板，设置在所述防弹抗冲击材料结构体的最外层，采用轻质金属板或纤维增强树脂型复合材料板，其设定厚度为3mm左右并具体根据防弹抗冲击性能需求及重量要求来确定；

所述吸能缓冲层，设置在所述防弹抗冲击材料结构体的中间层，采用由金属点阵结构与增强型预浸料纤维束共同组成的梯度复合材料，其中，所述金属点阵结构由微桁架结构晶胞按密度需求有序排列组合而成，所述增强型预浸料纤维束沿长、宽两个方向横向插入所述金属点阵结构的孔隙内，并在厚度方向上按照从外到内依次增多的原则插入所述增强型预浸料纤维束；

所述底板设置在所述防弹抗冲击材料结构体的最里层，采用轻质金属板或纤维增强树脂型复合材料板，且所述底板的厚度大于所述外层板，其设定厚度不小于10mm并具体根据防弹抗冲击性能需求及重量要求来确定。

优选地，所述外层板中，所述轻质金属板的材质可为铝合金、钛合金等材料；所述纤维增强树脂型复合材料板中纤维可为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯纤维等高强度纤维，树脂可选环氧树脂。