CN1056688C - 防弹材料 - Google Patents

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Abstract

提供了一种防弹材料，其中包括至少一个由用树脂粘合和压制在一起的纤维材料形成的完整压制的芯层。在芯层的至少一个表面上涂上至少一个涂层，涂层中含有树脂和至少50%体积的填料颗粒。

Description

防弹材料
本发明涉及一种防弹材料。
至今已经知道和使用了各种形式的防弹材料。例如，可以买到多种形式作为防弹材料使用的昂贵的增强玻璃。曾试图研制一种由玻璃片和聚碳酸酯片组合成的防弹材料。但是，这些努力没有成功，因为这两种材料本质上不相容，没有找到合适的方法将它们彼此连接或粘合。此外，可以得到和使用各种形式的金属防弹材料。防弹材料是用在希望提供安全和防护的建筑物和设施中。例如，银行、财政机构和某些政府机关经常在设施内的某些区域或者在需要防护的建筑物或设施的结构内使用防弹材料。在银行和财政机构中使用这类防弹材料当然是常见的，但是它也用在某些防务部门、警察局、拘留所以及外国使馆、***和外交机构。
已知形式的防弹材料的问题之一是它们特别昂贵，难以制造，而且在某些情形下(在使用金属材料时)很重並且难以运输、操纵、安装和修理。例如，通常以玻璃形式供应的防弹材料很昂贵，而且制造和安装均是如此。现用的金属防弹材料很重，因此难以运输、安装、修理和维护。例如，如果想在建筑物内(例如银行或外交机构)安装一些金属防弹隔离区，需要相当大的人力或机构抬起和操纵金属防弹材料。此外，在很多使用金属材料的场合，必须建造支承结构以支承金属材料。因此，这些已知材料造成了某些困难，而且这些困难既涉及时间也包括花费。应该理解，在活动的防护设施、银行、装甲车等等中使用已知材料(包括金属材料)也会存在这些困难。但是这些仅仅是作为例子。
在1980年10月15日公开的GB 1 577 012中描述了包括一个层压结构的盔甲，该层压结构包含一层或多层其中埋有颗粒的塑料。
本发明的目的之一是提供一种简单而有效的防弹材料，至少在某种程度上克服或减小上述问题，并且向公众和工业界在使用防弹材料方面提供一种有用和有意义的选择。
本发明的其它目的在以下的说明中将变得显而易见。
根据本发明的一个方面，提供了一种防弹材料，它包括至少一个由用树脂粘合在一起的纤维材料形成的压制的整体芯层；所述的至少一个芯层在它的至少一面上有一涂层；该涂层至少包含着树脂和至少50％(体积)的填料颗粒。
根据本发明的另一方面，提供了一种防弹材料，它包括一个由许多交织的玻璃纤维网形成的压制的整体芯层，这些玻璃纤维网用树脂粘合和压制在一起；所述的至少一个芯层在它的至少一面上有涂层；该涂层至少包含着树脂和至少50％(体积)许多空心球形状的填料颗粒。
根据本发明的又一方面，提供了一种防弹材料，它包括许多分开的整体压制的芯层，该芯层由用树脂压制和粘合在一起的许多交织的玻璃纤维网构成；在至少两个分开的芯层的相邻表面之上和之间以及至少一个芯层的外表面上涂敷涂层；该涂层中包含着树脂和至少50％(体积)填料颗粒。
根据本发明的再一方面，提供了一种防弹材料，它包括许多分开的整体压制的芯层，该芯层由用树脂压制和粘合在一起的许多交织的玻璃纤维网构成；在至少两个分开的芯层的相邻表面之上和之间以及至少一个芯层的外表面上涂覆涂层；该涂层包含着树脂和至少50％(体积)的填料颗粒；其中填料颗粒是空心球形式的熔融硅铝酸盐，壁厚不小于10％。
本发明将仅仅举例说明，並且参照附图，其中：图1是根据本发明一种形式的防弹材料的侧面示意图，图2是根据本发明另一形式的防弹材料的侧面示意图，图3是根据本发明又一形式的防弹材料的侧面示意图。
本发明将仅作举例说明，而且应该理解，可以在不偏离由所附权利要求限定的本发明范围的情形下对本发明作出变动和改进。
本发明的防弹材料大大优于至今能得到和使用的已知的防弹材料。
本发明提供了一种防弹材料，它包含着至少一个芯层和一个涂料，该涂料可以涂覆在单个芯层上或涂覆在芯层之间或是涂覆在彼此分开的许多芯层之上。形成单个芯层或是多个芯层及涂层，取决于对于制造的防弹材料所要求的厚度，当然也与使用者的愿望和防弹材料的预期用途有关。这将在后面进一步谈到和说明。
本发明的防弹材料包括一个或多个芯层。芯层是由压制的玻璃纤维网形成的，这些玻璃纤维网用第一种树脂粘合在一起，然后压制成所要厚度的芯层。
每个芯层由许多个交织的玻璃纤维网构成，例如用每平方米800克的交织纤维丝。交织的玻璃纤维丝编织成网状，然后作为芯层的基础。例如，每个交织的玻璃纤维网可以约1毫米厚，但这仅作为举例说明。在形成芯层时使用许多个交织的玻璃纤维网。这些网上涂覆着第一种树脂，采用合适的聚酯树脂。这将网粘合在一起。一旦形成了预定数目的网並且用第一种树脂粘合在一起后(得到所要求厚度的芯层)，将交织的玻璃纤维网压制。在预定的压力下压缩预定的一段时间(取决于所要求的芯层厚度)之后，使芯层固化。
例如，在本发明的一种形式里形成芯层时，纤维网/树脂之比可以按照每12层800克纤维网用10毫米树脂来计算。但这仅作为举例说明。
然后将芯层和下面将说明的其它组分一起用在防弹材料的结构和形成中。
优选用于构成芯层的第一种树脂是聚酯树脂。例如，一种可以有利地使用的合适的液体聚酯树脂的商品名称为SYNOLITE 40-6519。举例来说，此树脂的详细规格如下：
外观：透明/半透明琥珀色
比重：1.08
粘度：Brookfield RVT 25℃，100-125厘泊
挥发组分含量：37％
胶凝时间/1％过氧化甲乙酮：50-60分
贮存寿命(120℃)：3个月
折射率：1.522
这些仅作举例说明用，其它合适的聚酯树脂也可用来将交织的玻璃纤维网粘合在一起，从而在压制后形成本发明的芯层。
在形成本发明的防弹材料时，在至少一个芯层的至少一个表面上施加涂层，但在本发明的其它形式中(如后面举例说明的)则构成了具有多个分开的芯层的某些形式的防弹材料，在芯层之间，以及需要时在最外芯层的一个或多个外表面上，带有涂层。
涂层是由第二种树脂、燃烧过的硅铝酸盐填料颗粒以及在合适时一种或多种催化剂的混合物构成的。
在本发明的一种优选形式中，涂层中使用的第二种树脂是一种低粘度、低反应活性、高透明度的丙烯酸改性聚合物树脂。例如，一种合适的树脂是还可以作为装饰涂料和嵌埋颗粒使用的树脂。可以用来构成涂层的一种合适的低粘度、低反应活性、高透明度树脂的商品名称为ESCON E X80(61-286)。但这仅是一个例子。此树脂的详细规格例举如下：
颜色：浅绿色
透明度：透明
25℃粘度：HI
25℃比重：1.115+0.01
苯乙烯相容性：无限
25℃下来催化的稳定性：3个月
25℃下胶凝时间：40-50分
这些仅作为举例说明，应该了解，其它合适的树脂也可以用来构成涂层。
在构成涂层时，将许多颗粒混入第二种树脂之中，这些颗粒最好是硅酸盐颗粒，例如煅烧过的硅铝酸盐颗粒。
虽然本发明以举例的方式说明了在形成芯层和涂层时使用第一和第二种树脂。但是如果愿意，在形成它们时可以使用同样的树脂。不过重要的是，所用的树脂要使纤维网能够压制和粘合在一起，而且能使涂层与芯层彼此连接和粘合。
在本发明的一种形式里，上述颗粒是空心球状，例如壁厚不小于10％的熔融的硅铝酸盐空心球。已发现它们作为本发明外涂层中的填料特别有效。在本发明的另一种形式里，这些球可以是陶瓷微球颗粒，例如由煅烧的硅铝酸盐形成的微球，带有颜色、重量轻、耐压强度高、吸收率低，而且收缩率较小。例如，煅烧的硅铝酸盐颗粒的详细性能如下：
尺寸：20-300微米
颜色：白色
相对密度：0.70克/立方厘米
堆积密度：100千克/立方米
熔点：1600-1800℃
硬度：莫氏硬度5-7
在本发明的一种形式里，煅烧过的硅铝酸盐的化学性质是：
二氧化硅(SiO2)：   55％(重量)
氧化铝(Al2O3)：   43.3％(重量)
铁(作为Fe2O3)：   0.5％(重量)
二氧化钛(TiO2)：   1.1％(重量)
在本发明的另一形式中，颗粒可以是硅酸钙颗粒的形式，例如商品名称WOLLASTONITE的颗粒。这些颗粒通常为薄片状。
如果需要，可以使用空心球状、片状和颗粒状硅酸盐填料的混合物。另外，也可以使用其它形式的合适的硅酸盐填料。
如果需要，涂层混合物(以后将进一步讨论)中还可以含有一种或多种催化剂。一种合适的催化剂是过氧化甲乙酮，它是无色的流动性液体，由以甲乙酮为基础的过氧化物组成，用邻苯二甲酸酯塑化剂将其减敏。这种过氧化酮在不饱和聚酯树脂的固化中作为引发剂(游离基源)使用。例如，此催化剂的典型性质如下：
外观：无色液体
活性氧：最少3.7％W/W
减敏剂：邻苯二甲酸酯塑化剂
20℃密度：约1.15克/立方厘米
闪点：62℃以上
以上仅是举例说明，也可以有利地使用其它催化剂。
在本发明的优选形式中，加入填料颗粒並与预定的或所要求数量的树脂混合，直到二者形成稠厚的柔韧性物质。然后，向这种柔韧性物质中加入预定数量的催化剂並充分混合，以保证催化剂均匀分布在该物质中。
在本发明的一项优选形式的涂层构成中，填料颗粒与树脂的比例(在加催化剂之前)是至少50％体积硅酸盐颗粒对50％体积的树脂。在本发明的一种更优选的形式中，此比例为至少60％体积填料颗粒对40％体积树脂。但这供作为举例说明。
另外，虽然本发明是参照用硅酸盐颗粒作为涂层中的填料来介绍的，但是也可以用其它的填料，例如其它的颗粒形式的陶瓷填料和类似物质。但是重要的是，涂层中要含有至少50％体积的填料，以便将射入涂层的子弹变钝、磨损和减速，並且在子弹穿入芯层之前将它阻留在纤维质的芯层材料中。
然后将形成的混合物倾倒和涂敷在芯层的至少一个外表面上，将其刮平以保证在芯层的至少一面上有一厚度均匀的涂层。随后令涂层凝固並粘结在芯层的至少一个外表面上，将做好的材料放置贮存预定的时间以便固化。
如同将要参照附图说明的，在本发明的各种形式内，涂层可以涂在芯层的一个外表面上或“攻击”面上，或者在使用许多芯层时，施加在分开的各芯层之间，只要在暴露于子弹下的一个芯层的外表面或攻击面上带有涂层。如果需要，可以在一个或多个芯层上涂上外涂层，以便完全地围绕和包封住所述的至少一个或多个芯层。
现在将只参照防弹材料的实施例对本发明作出说明，在说明这些实施例时，参考的事实是所形成的防弹板材已发现符合必要的澳大利亚防弹材料标准，例如符合澳大利亚标准A.S.2343部分2-1984。此标准确定了某些要求，这些要求概述如下，在以下实施例中将要提到：
G0-耐9毫米***的射击
G1-耐357马格南左轮***的射击
G2-耐44马格南左轮***的射击
S0-耐使用SG射击子弹的口径12的滑膛枪的射击
S1-耐使用实心***子弹的口径12的滑膛枪的射击
R-耐5.56毫米Armalite步枪的射击
R2-耐7.62毫米Armalite步枪的射击实施例1
用上面提到的方法构成板材，它有一个约10毫米厚的玻璃纤维芯层，在其外表面或“攻击”面上有一个约6毫米厚的涂层。因此，所形成的防弹材料的总厚度约为16毫米。
此耐弹材料包括一个如上所述形成的玻璃纤维芯层，将此芯层置于水平位置。举例来说，对于每平方米，将约1.69千克煅烧过的硅铝酸盐颗粒加到3.14千克第二种树脂中並混合，直到两种物质形成稠厚的柔韧性物质。随后向此柔韧性物质中加入31克催化剂並充分混合，以保证催化剂在物质内均匀分布。
然后将涂料倒在此玻璃纤维板的至少一个外表面上，刮平，以保证在芯层的至少一个外表面上形成最少6毫米的均匀涂层，从而使总厚度达到约16毫米。
一旦涂层凝固，就将板材在合适的贮存区内放置约7天以便固化。
已发现这种防弹材料符合以下等级要求：
                       G0
                       G1
                       S0实施例2
在此实施例中，由厚度约16毫米的芯层构成防弹材料。然后按照实施例1中概述的步骤在芯层的一个外表面上涂上约6毫米厚的涂层。这形成了厚度约22毫米的防弹材料。其等级如下：
                       G2
                       S1实施例3
在本发明的这一形式中，构成一个在两个分开的芯层之间有一个涂层的防弹材料。在本发明的这种形式中，每个芯层的厚度例如为13毫米，夹在中间的涂层的厚度约12毫米。总厚度为38毫米，考虑到上述的分级，其等级为
                       R1
在这样一个实施例中，防弹材料是由两个分开的厚度各为约13毫米的玻璃纤维芯层构成的。
在使用时，将两个玻璃纤维芯层基本上垂直地定位，例如固定在一个框架中，用隔离带或包围物围住板材，以便限定和包封住芯层之间的区域，但是留下两个芯层间的上口敞开。这就在两个芯层之间形成了一个暴露的空腔，可以将外涂料加入空腔内直到将空腔填满。随后令涂料凝固並粘合到两个分开的芯层的面朝内的相邻表面上。然后将此材料固化例如7天。实施例4
在本发明的这一形式中，形成多个芯层和涂料层。
在本发明的这一形式中，形成三个芯层，两个芯层约16毫米厚，一个约6毫米厚。还形成三个涂料层，一层约12毫米厚，另两层均约6毫米厚。
这就使得正常厚度约为62毫米，产生的等级为R2。
在此实施例中，两个约16毫米厚的芯层和一个约6毫米厚的芯层在一个框架或合适的支承装置中彼此分开地垂直定位。然后在各片之间贴上一段胶带或者某种包封材料，以便使总厚度为50毫米，芯层之间留有空隙。将一定数量的涂料组合物加到芯层之间並令其凝固，然后将此材料改变成基本上水平放置，使一个约16毫米厚的芯层的外露表面朝上。在这个外露芯层的外表面上涂上厚度约为12毫米的一层涂料，随后令其按先前实施例中提到的方式固化。
如前所述，此材料的厚度约为62毫米，这足以达到等级R2。
由上述可以知道，本发明的重要特点是提供了一种用树脂粘合在一起的压制的玻璃纤维芯层和涂在它的至少一个“攻击”面上的涂料层的组合体，涂料层中包含着树脂和至少还有硅酸盐颗粒。根据所需的材料厚度和所要求的等级，芯层和涂布材料可以有各种各样的变化。
现在参看附图，应该了解，这一介绍仅仅是举例说明。
先参看附图1，可以看到有一个玻璃纤维材料芯层1，在它的一面上有一涂料层2，涂料2中包含着树脂和至少50％体积的填料颗粒，最好是空心球，优选由硅酸盐材料(例如硅铝酸盐)构成。
在附图的图1中，箭头A代表子弹前进的方向，因此涂层2是在附图中图1所示的材料的前表面或攻击面上。于是，当一颗或多颗子弹沿A方向朝材料前进时，子弹将穿过外涂层2，该涂层使子弹变钝、磨损，其速度大大减小。随后，速度已经减小的变钝/磨损的子弹穿入芯层1，在玻璃纤维材料中被缠住，阻留在该层中。涂层2和芯层1的厚度取决于使用者的要求。
现在参看附图的图2，它代表本发明的另一种形式，其中对于使用的材料要求在涂层2的每一面上各有一层玻璃纤维材料(例如玻璃纤维芯层1)。例如，在构成门用板材的情形，该最终用途希望使用玻璃纤维。在本发明的这种形式中，最好是在一个芯层的攻击面或前表面上仍然有一个涂层。在示于附图图2的这一形式中，箭头A代表材料的前表面或攻击方向。因此，穿入附图图2所示的材料的子弹首先将透过芯层1a，然后进入和穿过涂层2，子弹在该层变钝和磨损，速度减小。接着子弹将穿入另一芯层1b並被纤维网阻留。
在本发明的又一形式中，可以形成任何数目彼此并列的涂层2和芯层1，以便构成任何所要厚度的材料。
参看附图3，材料的攻击面或前表面是箭头A方向上的涂层2，该方向是子弹前进的方向。在如图3所示的结构中，有一个外涂层2，玻璃纤维芯层1，然后是另一涂层2，另一芯层1，又一个涂层2和又一个外芯层1。
在附图3所示的本发明的这种形式中，如果由于任何原因前面的涂层2和芯层1未能将速度很高的子弹停住，子弹随后将被最内部的涂层2磨损，接着又被嵌埋在最内部的芯层1中。如前面所指出的，这种材料的厚度主要取决于使用者的要求。另外，在附图3所示的本发明的一种形式中，如果子弹沿箭头B的方向射击，它将先穿透玻璃纤维材料的最外芯层1，然后穿过相邻的内涂层2並被磨损和变钝，速度减小。接着子弹将穿入最内芯层1(沿箭头B方向)，在芯层的玻璃纤维网中被缠住。
应该了解，图1、2和3所示的实施例仅作示例说明用，根据用户、制造商等的愿望或是所制造的完成的设施的用户对安全的要求，可以作成采用本发明的各种形式的结构。
在实验中发现，包含至少50％体积填料颗粒的涂层2起着使射入其中的子弹变钝和/或磨损的作用(如参看附图所提到的)，而且也起减小子弹速度的作用，在这之后，速度降低的变钝/磨损的子弹穿入芯层中，在该层中纤维玻璃网阻留了子弹。在本发明的一种优选形式中，实验中发现，涂层中含有至少50％体积的空心球作为填料特别有利。
在穿过涂层並已变钝和磨损而且减速之后，子弹穿入芯层中的玻璃纤维网内。在这方面必须指出，玻璃纤维网/树脂之比应使子弹基本上停住並且由于被网获和缠绕在网内的玻璃纤维之中而被阻留在芯层内。当然应该了解，如果在配制芯层时使用太多的树脂，纤维网缠住子弹的作用会不充分，在这种情形下(使用过量的树脂)，速度减低的变钝/磨损的子弹(已穿过涂层)完全可能只是“弹出”或是“击穿”一片玻璃纤维网，随后继续穿过玻璃纤维网並由芯层穿出。虽然这不太可能，但是如果在配制芯层时使用过量的树脂则可能会发生。因此使芯层保留和具有纤维特点很重要。
虽然本发明以举例说明的方式在填料是空心球形式的基础上作了说明，但是当然应该了解(如前所述)，填料可以是其它形式，例如薄片形式。或者，填料颗粒可以是空心球和薄片相结合的形式。
本发明提供了一种特别有用的防弹材料，它可以用于安全目的和民用用途，外交设施的结构，国防设施，银行和其它需要防护和防弹的领域。
正如从上述实施例和实验结果将会了解的，本发明提供了一种特别有效的防弹材料。但是必须了解，这些仅作为举例说明用，在不背离由所附权利要求限定的本发明范围的条件下，可以作成很多型式的使用本发明的防弹材料。

Claims (12)

1.一种防弹材料，其中包括至少一个由用树脂粘合在一起的纤维材料形成的整体压制的纤维芯层；所述的至少一个芯层在它的至少一面上有一种涂料；其特征是，该涂料包含至少一种树脂和至少50％体积的许多填料颗粒。
2.权利要求1的一种防弹材料，其特征是，填料颗粒采取空心球的形式。
3.权利要求1或2的一种防弹材料，其特征是，填料颗粒是熔融的硅铝酸盐空心球，其壁厚不小于10％。
4.权利要求1的一种防弹材料，其特征是，填料颗粒是空心微球。
5.权利要求1的一种防弹材料，其特征是，填料颗粒是硅酸盐薄片。
6.权利要求1的一种防弹材料，其特征是，填料颗粒是空心球和硅酸盐薄片的组合。
7.权利要求1的一种防弹材料，其特征是，纤维材料采取玻璃纤维网的形式。
8.权利要求1的一种防弹材料，其特征是，芯层由粘合和压制在一起的许多个浸满树脂的纤维网组成。
9.权利要求1的一种防弹材料，其特征是，在至少一个芯层的一个前表面攻击面上形成涂层。
10.权利要求1的一种防弹材料，其特征是，包含至少60％体积的填料颗粒。
11.一种防弹材料，其中包括至少一个由粘合和压制在一起的玻璃纤维网构成的完整和压制的芯层；在芯层的至少一个外表面或攻击面上形成的至少一个涂层；其特征是，该涂层含有树脂和至少50％体积的许多硅酸盐填料颗粒。
12.一种防弹材料，其中包括至少一个由许多个压制和粘合的玻璃纤维网形成的完整和压制的芯层；在芯层的至少一个外表面或攻击面上形成的至少一个涂层；其特征是，该涂层是树脂和至少50％体积的许多壁厚不小于10％的硅铝酸盐空心球的组合。
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