技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合材料防彈板及其制備方法，所制備的防彈板可以有效抵抗彈頭沖擊，減少子彈沖擊對人體的傷害，廣泛應(yīng)用于軍事防彈防護(hù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
在武器性能不斷推動的前提下，研究人員對如何有效提高防彈性能進(jìn)行大量研究，不僅如此，在防彈的同時(shí)如何有效降低子彈沖擊對人體的傷害也越來越到受到重視，雖然取得了諸多進(jìn)展，但是傳統(tǒng)防彈結(jié)構(gòu)仍存在諸多不足：首先，制備工藝多是分別制備出各個功能層，然后再進(jìn)行組裝，制備時(shí)間較長，生產(chǎn)效率低下；其次，由于傳統(tǒng)陶瓷材料的應(yīng)用導(dǎo)致防彈制品密度較大，產(chǎn)品質(zhì)量偏大，影響使用效果；第三，常規(guī)高分子復(fù)合材料防彈材料成品剛性不足，在受到子彈沖擊時(shí)，隨著接觸面溫度升高，材料逐漸變軟，增加背凸，對人體造成沖擊傷害。針對上述問題，軍工防護(hù)領(lǐng)域迫切需要一種剛性大，吸收能力強(qiáng)，背突小，防護(hù)能力強(qiáng)的復(fù)合防彈結(jié)構(gòu)材料，在受到子彈沖擊時(shí)，快速度擴(kuò)散吸收沖擊波能量，減小對人體的沖擊傷害。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種碳纖維復(fù)合材料防彈板及其制備方法，在提高其防彈功能的同時(shí)，降低產(chǎn)品密度，提高了壓縮強(qiáng)度和抗沖擊性能，提高了生產(chǎn)成型效率，有效減小對人體的沖擊傷害。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：
一種碳纖維復(fù)合材料防彈板，包括剛性受彈層、受彈層連接過渡層、能量吸收層、背彈層連接過渡層和背彈剛性層，各層熱壓成型而成；所述的剛性受彈層為碳纖維樹脂基復(fù)合材料，由含碳纖維的纖維材料和熱固性樹脂體系高溫交聯(lián)固化而成；所述的受彈層連接過渡層為浸有熱固性樹脂的碳纖維與能量吸收纖維混合編織而成；所述的能量吸收層為多層能量吸收纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板材壓制而成；所述的背彈層連接過渡層為浸有熱固性樹脂的碳纖維與與能量吸收纖維混合編織而成；所述的背彈剛性層由高性能碳纖維、玄武巖纖維、陶瓷纖維中的一種或幾種與增韌改性的熱固性樹脂復(fù)合壓制而成。
上述的碳纖維復(fù)合材料防彈板，其中剛性受彈層中纖維鋪設(shè)層數(shù)為2-10層之間，剛性受彈層的樹脂含量在20wt％-40wt％之間；含碳纖維的纖維材料為單獨(dú)碳纖維，也可以是碳纖維與陶瓷纖維或石墨纖維的混合。熱固性樹脂可以是環(huán)氧、酚醛或類似的樹脂體系。
受彈層連接過渡層中的樹脂含量在10wt％-40wt％之間，受彈層連接過渡層中纖維鋪設(shè)層數(shù)為2-4層之間。浸有熱固性樹脂的碳纖維與能量吸收纖維可任意比例混織。
能量吸收層中樹脂含量控制在10wt％-30wt％，鋪設(shè)層數(shù)根據(jù)防彈級別的不同而不同。
背彈層連接過渡層中樹脂含量在10wt％-40wt％之間，鋪設(shè)層數(shù)為2-4層之間。熱固性樹脂的碳纖維與與能量吸收纖維可任意比例混織。
背彈剛性層中樹脂含量控制在30％-45％，纖維鋪設(shè)層數(shù)為2-6層之間。
上述的碳纖維復(fù)合材料防彈板中，能量吸收纖維為凱夫拉(芳綸)纖維、超高分子量聚乙烯纖維(拉伸強(qiáng)度在30cN/dtex以上)、PBO纖維、高強(qiáng)高韌碳納米管纖維(拉伸強(qiáng)度在150MPa以上、楊氏模量在9GPa以上)或高強(qiáng)玻纖(拉伸強(qiáng)度為3500MPa以上)中的一種或幾種；高性能碳纖維指T300以上的碳纖維；增韌改性的熱固性樹脂是丙烯酸或其他熱塑性樹脂改性環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂等熱固性樹脂。
上述的碳纖維復(fù)合材料防彈板的制備方法，包括步驟如下：
(1)按上述原料取材料，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)鋪設(shè)剛性受彈層、受彈層連接過渡層、能量吸收層、背彈層連接過渡層和背彈剛性層，各層間涂覆粘接劑(粘結(jié)劑為熱塑性樹脂體系)；
(2)將鋪設(shè)好的材料放入壓機(jī)加壓加熱，加熱溫度130-180℃，作用壓強(qiáng)根據(jù)尺寸大小控制在5-20MPa，保壓時(shí)間0.5-3小時(shí)；
(3)對成品進(jìn)行修剪，去除毛邊，形成成品。
本發(fā)明的有益效果是：
①本發(fā)明所制備的防彈板采用一次同步壓制成型，節(jié)約時(shí)間，提高生產(chǎn)效率；
②本發(fā)明采用多層復(fù)合材質(zhì)組成，可有效抵抗彈頭的沖擊力，有效減小彈頭貫穿深度，比傳統(tǒng)防彈材料質(zhì)量更輕。背彈層結(jié)構(gòu)具有較好剛性，在提高防彈結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能的同時(shí)，又可以有效避免子彈沖擊背凸，大幅減小對人體造成的傷害；各功能層之間，使用這種組合粘結(jié)結(jié)構(gòu)，發(fā)揮了不同防彈纖維材料之間的協(xié)同作用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明防彈板的結(jié)構(gòu)示意圖；剛性受彈層、受彈層連接過渡層、能量吸收層、背彈層連接過渡層和背彈剛性層；
其中：1——剛性受彈層
2——受彈層連接過渡層
3——能量吸收層
