[發(fā)明專利]一種高韌性纖維增強泡沫鋁梯度抗爆復合結構

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110040212.2
• 申請日: 2021-01-13
• 公開（公告）號: CN112848554A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設計）人: 劉雄飛;王楠;郝逸飛;和西民
• 申請（專利權）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: B32B15/02
• 分類號: B32B15/02;B32B15/088;B32B15/20;B32B27/02;B32B27/34;C09J163/00;C09J163/02;C09J11/04;C09J11/06
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本發(fā)明為一種高韌性纖維增強泡沫鋁梯度抗爆復合結構，屬于防護結構技術領域。該復合結構，它包含中間層的泡沫鋁梯度層，并在泡沫鋁層的兩側分別對稱粘貼對位芳綸纖維復合板層，夾芯層和面層之間采用膠接制備而成。基于面層大變形特性將爆炸沖擊荷載引起的面內(nèi)均布拉載荷，結合芯層梯度結構主要承擔由面層均布荷載引起的剪應力，形成“三明治”式的梯度抗爆耗能復合結構。本發(fā)明研制出輕質梯度高強抗爆防護面板結構，解決了軍方臨時性營地人員與設備抗爆應急防護問題，避免對人員與設施造成損傷與破壞。

技術領域

本發(fā)明屬于防護結構技術領域。具體為一種高韌性纖維增強泡沫鋁梯度抗爆耗能復合結構。

背景技術

爆炸沖擊荷載作用是由恐怖爆炸襲擊或者易燃材料爆炸產(chǎn)生，爆炸過程中產(chǎn)生一種強壓縮波，在有限的空間和極短的時間內(nèi)對軍事作戰(zhàn)人員及設備造成極其嚴重的危害?，F(xiàn)代槍械、導彈等熱武器快速發(fā)展和易燃易爆環(huán)境的安全隱患，對執(zhí)勤中的我軍人員與設備造成嚴重的安全威脅，快速構筑具備足夠抗打擊能力的臨時性防御工事具有迫切的需求。

目前的抗爆復合結構種類較多，常見的有普通高強混凝土、鋼結構等。這些抗爆復合結構雖也有一定的防爆效果，但都存在著抗爆能力不高、單體重量大、成本高、耐久性相對較差等問題，而用普通的工程材料板對建筑內(nèi)外墻進行防爆加固不僅要求的板材厚度或體積很大、施工用料多等問題，而且防爆效能很低。因此，在軍隊、公共防護中難以形成真正的實用化推廣應用。

目前，常見的輕質面板大都是以泡沫鋁作為內(nèi)芯，以剛度較大的金屬板(如鋼板、鋁板)或者碳纖維增強復合材料(CFRP)組合，金屬板的高自重和CFRP的脆性破壞形態(tài)極大降低復合結構的抗爆性能，均勻的泡沫材料無法有效逐步緩沖吸收爆炸能。

現(xiàn)今存在的文獻中，大都采用陶瓷面板作為復合結構的面層，而陶瓷面板自重、脆性大，并且強度較低，至今沒有做出好的結果，同時只能對子彈正面接觸的區(qū)域有一定的防彈效果，但是在防彈復合材料的設計中并沒有考慮沖擊波在自由表面反射的拉伸波也同樣會對結構造成嚴重的破壞，缺乏爆炸和沖擊侵徹共同作用下材料失效機理的系統(tǒng)研究，所以并不適應于抗爆結構設計。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前技術上的不足，本發(fā)明提供一種高韌性纖維增強泡沫鋁梯度抗爆耗能復合結構，該復合結構將不同密度的泡沫鋁作為夾芯層，并在梯度泡沫鋁兩側粘貼對位芳綸纖維復合板，通過界面粘結劑將其與對位芳綸纖維粘結組成復合結構構成輕質防護面板，適用于對高速變形有要求的抗爆抗沖擊領域。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種高韌性纖維增強泡沫鋁梯度抗爆耗能復合結構，其特征在于，該復合結構包括兩張對位芳綸纖維面板、泡沫鋁夾芯層，泡沫鋁夾芯層由不同密度泡沫鋁按密度增大的方向粘結在一起構成；所述泡沫鋁夾芯層與對位芳綸纖維面板橫截面形狀大小完全相同，兩張對位芳綸纖維面板包括上、下面板，分別采用界面粘結劑粘貼在泡沫鋁夾芯層的頂面及底面。

所述泡沫鋁夾芯層的厚度不超過90mm，優(yōu)選厚度為20-40mm，不同密度的泡沫鋁的厚度均相同，每層泡沫鋁的厚度不超過30mm，泡沫鋁的密度≤0.55g/cm³。

所述泡沫鋁的厚度為8mm～30mm，優(yōu)選厚度為10-20mm，密度在0.25～0.55g/cm³范圍內(nèi)變化。

泡沫鋁夾芯層中不同密度泡沫鋁的數(shù)量為三，三層泡沫鋁的密度取值區(qū)間分別是：0.25-0.3g/cm³，0.3-0.4g/cm³、0.4-0.5g/cm³。