[發(fā)明專利]一種仿生疊層結(jié)構(gòu)的防彈背板及其制備方法

有效

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• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113834384B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭峰;李忠盛;吳護林;黃安畏;叢大龍;程時雨;孫彩云;吳永鵬;聶嘉興;賀斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國兵器工業(yè)第五九研究所
• 主分類號: F41H5/04
• 分類號: F41H5/04
• 代理公司: 重慶晶智匯知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 50229
• 代理人: 李靖

一種仿生疊層結(jié)構(gòu)的防彈背板，由碳纖維層和聚乙烯纖維層組成，具體是在單層碳纖維層下疊加n層聚乙烯纖維層形成模塊，n為10~30，相鄰兩層聚乙烯纖維層之間的纖維絲方向呈x°分布，x≠0，將多個所述模塊再進行疊加復合，相鄰模塊中的碳纖維層的纖維絲方向呈90°分布，疊加的模塊數(shù)不少于3個。本發(fā)明制備的仿生底層結(jié)構(gòu)的防彈背板面具有高防護性能，抗彎強度90MPa，邵氏硬度值為80ShoreD、沖擊韌性20kN，力學性能優(yōu)異，面密度為3.25kg/msupgt;2/supgt;時，其V50達到604m/s，具有優(yōu)異的防彈性能，同時具有較高的輕量化水平，在單兵防護和防護小口徑裝甲等領(lǐng)域具有極大優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及防彈材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及仿生疊層結(jié)構(gòu)的防彈背板及其制備方法。

背景技術(shù)

某些海洋生物具有強韌的生物防御外殼，這種生物結(jié)構(gòu)多由膠原蛋白納米纖維和無機鹽晶體組成，如蝦蟹殼，魚鱗等，其特征是外層為定向排列的高度結(jié)晶晶體的堅硬抗沖擊層，沖擊層下為螺旋納米膠原蛋白纖維無緯結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)稱為布林根結(jié)構(gòu)。布林根結(jié)構(gòu)的能量吸收原理可以解釋為：結(jié)晶體外殼將沖擊的能量均勻化，而軟質(zhì)的纖維結(jié)構(gòu)將動能繼續(xù)消耗成纖維的相互運動和層與層摩擦的相互運動；最重要的是，螺旋纖維的具有力學各向異性，更容易消耗沖擊的動能。

現(xiàn)有的防彈結(jié)構(gòu)采用陶瓷\PE板、陶瓷\芳綸板或陶瓷\金屬等，其中陶瓷\PE板、陶瓷\芳綸板結(jié)構(gòu)主要用于中、小口徑槍彈的防護，國產(chǎn)PE、芳綸的性能并不能滿足現(xiàn)有的防護需求。在材料性能難以突破的情況下，用性能有限的材料設(shè)計具有更高防護能力新型疊層防彈結(jié)構(gòu)設(shè)計是解決這一問題的有效途徑。專利CN?108372692?A公開了一種多元復合增韌型的仿生結(jié)構(gòu)裝甲及其制備方法，其研究了海龜殼的結(jié)構(gòu)，并對其進行仿生制造，但該結(jié)構(gòu)采用高純度鈦、鋁和鈦合金等，勢必增加裝甲的重量，并不能滿足裝備對輕量化的需求；另外其制造工藝較為復雜，勢必增加制造成本，影響其實際使用；最后，該結(jié)構(gòu)的防護性能并沒有得到驗證。專利CN111678382?A公開了一種輕量化抗沖擊的仿生防彈插板，該仿生防彈插板雖然以啄木鳥的頭部結(jié)構(gòu)為仿生原型,但啄木鳥啄木過程相當于以堅硬的頭骨撞擊相對較軟的樹木,而防彈插板是要防住相對堅硬的子彈,這種本質(zhì)原理的區(qū)別并不適用于防彈領(lǐng)域的仿生，其次，超高分子量聚乙烯纖維是通過其超高的斷裂延伸率來阻擋彈丸的沖擊，如果在纖維板上開孔，這會極大削弱纖維板本身的防彈性能，在實際應用中存在很大的局限。因此，現(xiàn)目前制備仿生疊層防彈結(jié)構(gòu)，面臨的難題是結(jié)構(gòu)的防彈性能較差，輕量化水平較低，限制了其應用范圍，即無法同時保證結(jié)構(gòu)的防彈性能和輕量化水平。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種仿生疊層結(jié)構(gòu)的防彈背板，解決了現(xiàn)有國產(chǎn)材料本身防護性能不足的問題，保證優(yōu)異防彈性能的同時，具有較高的輕量化水平。

本發(fā)明另一目的是提供上述仿生疊層結(jié)構(gòu)的防彈背板的制備方法。

本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種仿生疊層結(jié)構(gòu)的防彈背板，其特征在于：所述背板由碳纖維層和聚乙烯纖維層組成，具體是在單層碳纖維層下疊加n層聚乙烯纖維層形成模塊，n為10～30，相鄰兩層聚乙烯纖維層之間的纖維絲方向呈x°分布，x≠0，將多個所述模塊再進行疊加復合，相鄰模塊中的碳纖維層的纖維絲方向呈90°分布，疊加的模塊數(shù)不少于3個。

進一步，所述疊加的模塊中碳纖維依次為T600、T700和T800碳纖維中的至少一種。

優(yōu)選的，相鄰的模塊中選用T600、T700和T800碳纖維中任意兩種。

T600、T700和T800是強度依次上升的碳纖維材料。

優(yōu)選的，所述防彈背板中的碳纖維從上到下的模塊中依次為T800碳纖維、T700碳纖維和T600碳纖維進行循環(huán)，從上到下的模塊中超高分子量聚乙烯纖維層的層數(shù)依次遞增。