CN103727844A - 一种回弹性抗弹混杂复合材料 - Google Patents

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陈照峰
刘伟兰
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Abstract

本发明公开一种回弹性抗弹混杂复合材料,其特征在于由五层结构组成,分别是表面层、碰撞层、吸能层、内置反弹层、抵抗层。表面层由刚玉或碳化硅或碳化硼元件组成、碰撞层由TC4钛合金或纤维复合材料组成、吸能层由通孔泡沫金属铝或硅橡胶泡沫板组成、内置反弹层由硅橡胶或天然橡胶组成并渗入到吸能层底部部分、抵抗层由TC4钛合金或纤维复合材料组成,各层之间通过粘结剂粘接,面密度为60~90Kg/m2。该复合结构防弹材料具有低容重、高抗弹性能,且能抗多发弹的优点,可作为7.62mm及其以上中小型口径穿甲***的防护材料,也可以作为舰船甲板、盾牌。

Description

一种回弹性抗弹混杂复合材料
技术领域
本发明专利涉及一种防弹材料,尤其是涉及一种具有回弹性功能的抗弹混杂复合材料。
背景资料
现代战争中,防弹装甲材料是不可缺少的生存之本,是军事武器的关键技术之一。以空军为例,随着地面防空力量的不断增强,对地攻击的军机面临着强大的地面火力,故而必须装备先进的防弹装甲材料,以便提高其抗弹生存能力。从装甲材料的李晟发展来看,从传统的金属材料(钢、铝),到现在先进的陶瓷材料、复合材料(聚合物基、金属基、陶瓷基),装甲材料一直向着轻量、高效的方向发展,装甲***的轻量、高效对提高军机、坦克、装甲车辆以及作战人员的机动性、攻击力、战场生存力来说至关重要。金属是现代装甲最主要使用的材料,从普通钢装甲发展到高硬度钢装甲,双硬度钢复合装甲乃至钛合金装甲,其防护能力不断提高。金属防弹材料对于坦克、军舰、装甲车等的防护起到了重要的作用、而对于军机和人体的近身防护,由于密度较大,因此会影响战术性能发挥。随后出现的防弹陶瓷、复合防弹材料以其较轻的质量及优异的性能价格比,而逐渐在众多领域取代了金属装甲。
多层组合防护作为吸能减压装置已有近几十年的应用,国内外对多层防护结果的性能也从不同角度进行了分析研究,如Guruprasad等人人提出了一种新型的吸能装置,在***载荷作用下对其性能进行了分析讨论;Holmquist等人在进行材料本构模型的研究中,对子弹侵彻多层介质的问题进行了分析,主要考虑了多层介质靶的损伤破坏对侵彻的影响;Gupta与Ding借助于数值模拟对冲击波在多层介质中的衰减性能进行表征,提出了探索性的判定方法。由于应力波在多层介质中的传播问题存在载荷与介质的耦合,以及多层组合介质自身较复杂的边值条件等难点,特别是对于泡沫材料在冲击载荷作用下的动态响应。
申请号为201010147708.1的专利公开了一种阻燃高回弹泡沫材料,其特征在于是由聚醚多元醇、交联剂、复合胺催化剂和改性MDI混合组成的聚氨酯泡沫材料。尽管其同样具有回弹性,但是却无法更好的抵抗子弹的冲击。而选用回弹性抗弹混杂材料,将吸能层和内置反弹层结合,并加固了层与层之间的粘结,更能充分发挥材料的优异性能。
申请号为99101874.5的专利公开了一种具有优良的低回弹性,用作冲技能吸收材料、隔音材料和防震材料的低回弹性聚氨酯泡沫。但是这种材料比较单一,无法满足军工上对于防弹性能的要求。
发明内容
为解决上述问题,本发明公开一种回弹性抗弹混杂复合材料,其特征在于由五层结构组成,分别是表面层、碰撞层、吸能层、内置反弹层、抵抗层。面密度为60~90Kg/m2,能够应对7.62mm、12.7mm、14.5mm等中小型口径穿甲***,或者与其动能类似的炮弹碎片,或者其他中小型口径弹丸。本发明所述的复合结构防弹材料,各层通过粘结剂牢固粘接,表面层10由刚玉或碳化硅或碳化硼元件组成,陶瓷元件可以是颗粒状,也可以是板状,颗粒包括球形、两端面平行的柱形、两端面鼓起的柱形,空心的柱形,优先选用两端面鼓起的刚玉陶瓷柱,陶瓷柱的直径为10~20mm;碰撞层20由TC4钛合金或纤维复合材料组成,对于小口径穿甲***,优先选用碳纤维复合材料或凯夫拉纤维复合材料,对于中口径穿甲***,优先选用TC4钛合金;吸能层30由通孔泡沫金属铝或硅橡胶泡沫板组成,优先选用通孔泡沫金属铝;内置反弹层40由硅橡胶或天然橡胶组成,渗入吸能层通孔泡沫底部部分,优先选用硅橡胶;抵抗层50由TC4钛合金或纤维复合材料组成,对于小口径穿甲***或面密度要求较低的复合结构防弹材料,优先选用碳纤维或凯夫拉纤维复合材料,对于中口径穿甲***,优先选用TC4钛合金。各层的厚度随着穿甲***的口径不同而各有差异,表面层10厚度为10~20mm,碰撞层20厚度为2~5mm,吸能层30厚度为10~30mm,内置反弹层40厚度为5~20mm,抵抗层50厚度为1~4mm。
泡沫铝具有优异的物理性能、化学性能和力学性能以及可回收性。其具有高阻尼减震性能及冲击能量吸收率,阻尼性能为金属铝的5-10倍,孔隙率为84%的泡沫铝发生50%变型时,可吸收2.5MJ/M3C以上的能量。而将橡胶类粘弹性大的物质注入到泡沫铝后,其吸能反弹的效果更加显著。
本发明优点在于:(1)轻质高强,能够抵抗大载荷的冲击;(2)多孔泡沫结构板具有能量吸收性、轻质、耐冲击、可回收性等性能;(3)各材料性能相互补充,避免了单一材料的脆性等缺点,从而共同发挥其作用。
附图说明
图1回弹性抗弹复合材料示意图
图中10为表面层,20为碰撞层,30为吸能层,40为内置反弹层,50为抵抗层。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐明本发明,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例1
表面层10为高16mm的刚玉陶瓷柱,两端为半球面,面密度为4.66g/cm2;碰撞层20为为2mm厚TC4板,面密度为0.89g/cm2;吸能层30为20mm厚的泡沫金属铝,面密度为0.62g/cm2;内置反弹层40为10mm厚的硅橡胶,面密度为1.0g/cm2;抵抗层50为2mm厚TC4钛合金板,面密度为0.89g/cm2。复合后整板面密度为8.0~8.3g/cm2,亦即80~83Kg/m2,整板厚度为47~49mm,整板为正方形平板,长宽均为150mm。
实施例2
表面层10为高16mm的刚玉陶瓷柱,两端为半球面,面密度为4.66g/cm2;碰撞层20为为3mm厚凯夫拉复合材料板,面密度为0.3g/cm2;吸能层30为20mm厚的硅橡胶泡沫板,面密度为1.07g/cm2;内置反弹层40为10mm厚的硅橡胶,面密度为1.0g/cm2;抵抗层50为2mm厚凯夫拉复合材料板,面密度为0.2g/cm2。复合后整板面密度为7.2~7.4g/cm2,亦即72~74Kg/m2,整板厚度为48~50mm,整板为正方形平板,长宽均为150mm。
上述仅为本发明的几个具体实施方式,但本发明的设计构思并不局限于此,凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动,均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。

Claims (4)

1.一种回弹性抗弹混杂复合材料,其特征在于由五层结构组成,分别是表面层、碰撞层、吸能层、内置反弹层、抵抗层,各层之间通过粘结剂粘接。
2.依据权利要求1所述,其特征在于吸能层由通孔泡沫金属铝或硅橡胶泡沫板组成,多孔泡沫厚度为10-30mm,其中孔隙为通孔,孔隙率为63%-90%。
3.依据权利要求1所述,其特征在于内置反弹层由硅橡胶或天然橡胶组成,厚度为5-20mm。
4.依据权利要求3所述,其特征在于将硅橡胶或天然橡胶渗入权利要求2所述的通孔泡沫的底部部分。
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