[發(fā)明專利]一種多功能復(fù)合材料防彈頭盔及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410472277.4
• 申請日: 2014-09-16
• 公開（公告）號: CN104236393B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱波;曹偉偉;王寶剛
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué);北京勤達(dá)遠(yuǎn)致新材料科技股份有限公司
• 主分類號: F41H1/08
• 分類號: F41H1/08;B32B27/02;B32B27/12;B32B27/28;B32B37/02;B29C70/42
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 崔苗苗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及防彈頭盔，特別涉及一種多功能復(fù)合材料防彈頭盔及其制造方法。

背景技術(shù)

防彈頭盔是一種重要的單兵防護(hù)用具，現(xiàn)代防彈頭盔材質(zhì)的發(fā)展經(jīng)過了從金屬到非金屬復(fù)合材料的過程。二次世界大戰(zhàn)期間，世界各國采用的防彈頭盔主要為高錳鋼或特種鋼沖壓制備，該金屬材質(zhì)防彈頭盔存在重量大、防彈性能不穩(wěn)定、導(dǎo)電性能高、隔熱性能低、彈丸二次反彈等嚴(yán)重問題。隨著高性能纖維的出現(xiàn)和技術(shù)發(fā)展，韌性高、拉伸強(qiáng)度大、模量高的特種纖維增強(qiáng)復(fù)合材料逐漸成為鋼盔的主要替代材質(zhì)，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料非金屬防彈頭盔主要由玻璃纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等高性能纖維樹脂基復(fù)合材料制成，其中具有較好防彈性能的非金屬復(fù)合材料頭盔主要為芳綸纖維防彈頭盔和超高分子量聚乙烯纖維防彈頭盔。

鑒于芳綸纖維價(jià)格昂貴，而且在紫外線及潮濕環(huán)境下的耐久度較差，所以由芳綸纖維復(fù)合材料制備的防彈頭盔壽命較短，不利于市場大量推廣應(yīng)用。超高分子量聚乙烯纖維作為另外一種防彈效果優(yōu)異的高性能纖維，不僅具有突出的力學(xué)特性，而且與芳綸纖維相比，其密度低、耐水性好、耐紫外線輻照性能優(yōu)異、耐酸堿老化特性較好。特別是美國聯(lián)合信號公司以超高分子量聚乙烯纖維材質(zhì)為基礎(chǔ)發(fā)明的單向纖維排列技術(shù)(無緯布技術(shù))，將超高分子量聚乙烯纖維的防彈性能發(fā)揮到極致，這種單向排列形式的超高分子量聚乙烯纖維織物(簡稱UHMWPE纖維無緯布)有利于沖擊波的瞬間快速擴(kuò)散，可產(chǎn)生纖維集合體協(xié)同防彈的優(yōu)異效果，該技術(shù)使超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料成為可超越芳綸纖維的首選防彈材料。

目前超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料防彈頭盔，主要以超高分子量聚乙烯纖維和熱塑性樹脂復(fù)合而成的無緯布預(yù)浸料為原料，通過無緯布交替疊層技術(shù)模壓制成。由于熱塑性樹脂的模量較低，而且超高分子量聚乙烯纖維的高溫蠕變性能較強(qiáng)，所以該單一材質(zhì)的防彈頭盔存在硬度低、剛度差、耐溫性能不強(qiáng)且彈丸侵徹后背凸較大等諸多問題。而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代化武器已經(jīng)大量裝備士兵，紅外跟蹤探測、GPS定位、紅外熱感等功能已經(jīng)成為高科技武器的必備功能，而非金屬復(fù)合材料防彈頭盔目前僅有的單一防護(hù)功能已經(jīng)顯得捉襟見肘，逐漸適應(yīng)不了電子信息技術(shù)無處不在的現(xiàn)代戰(zhàn)場環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供了一種多功能復(fù)合材料防彈頭盔及其制造方法。具體技術(shù)方案如下：

一種多功能復(fù)合材料防彈頭盔，其特征在于，包括帶紅外隱身特性的頭盔外側(cè)剛性加固層、頭盔中間防彈層、頭盔內(nèi)側(cè)加固層、硬質(zhì)防背凸層、軟質(zhì)緩沖層，所述的復(fù)合材料是由纖維增強(qiáng)體與樹脂膠黏劑復(fù)合而成，含膠量為10～40％，纖維增強(qiáng)體為纖維混雜編織物，樹脂膠黏劑為改性熱固性/熱塑性樹脂，鋪層方式為多材質(zhì)組合鋪層方案，各層材質(zhì)、編織方式彼此獨(dú)立，采用一體化模壓成型技術(shù)加工而成(本方案中所述含膠量皆為質(zhì)量百分比)。

進(jìn)一步地，所述頭盔外層剛性加固層選用碳纖維與芳綸纖維中的一種或兩種，所述頭盔中間防彈層選用超高分子量聚乙烯纖維、碳纖維中的一種或多種；所述頭盔內(nèi)側(cè)加固層選用碳纖維與芳綸纖維中的一種或多種，所述頭盔最內(nèi)側(cè)分別選用碳纖維構(gòu)成硬質(zhì)防背凸層、以軟質(zhì)硅膠層為緩沖層。

本發(fā)明多功能復(fù)合材料防彈頭盔為多材質(zhì)組合式鋪層結(jié)構(gòu)，基于特定槍彈防護(hù)級別要求和頭盔整體力學(xué)性能要求，根據(jù)子彈侵徹混雜纖維復(fù)合材料的破壞機(jī)理差異，合理設(shè)計(jì)混雜纖維復(fù)合材料的材質(zhì)及鋪層數(shù)量，其中頭盔外層選用碳纖維與芳綸纖維中的一種或兩種為剛性加固層；頭盔中間層選用超高分子量聚乙烯纖維、碳纖維中的一種或多種為防彈層；頭盔內(nèi)層選用碳纖維與芳綸纖維中的一種或多種為剛性加固層，頭盔最內(nèi)側(cè)分別選用碳纖維構(gòu)成硬質(zhì)防背凸層、以軟質(zhì)硅膠層為緩沖層。

優(yōu)選的是，所述頭盔外層剛性加固層選用碳纖維，含膠量為20～40％，所述頭盔中間防彈層選用超高分子量聚乙烯纖維和碳纖維，含膠量為10～40％；所述頭盔內(nèi)側(cè)加固層選用碳纖維，含膠量為20～40％，所述頭盔最內(nèi)側(cè)選用碳纖維構(gòu)成硬質(zhì)防背凸層，含膠量為30～40％；以軟質(zhì)硅膠層為緩沖層。

優(yōu)選的是，所述的樹脂膠黏劑中添加有紅外隱身材料，其重量百分比為0～20％。所述的特種填料為在特定紅外波段具有較強(qiáng)吸收特性的紅外隱身材料，例如摻雜氧化物半導(dǎo)體、摻雜光子晶體和相變微膠囊(PCM)等相關(guān)材料。