CN1070469A - 由一层复合材料和一层金属组成的复合防弹板 - Google Patents

由一层复合材料和一层金属组成的复合防弹板 Download PDF

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Abstract

由一层金属和一层复合材料组成的复合防弹板， 该复合材料层包括纤维和聚合物基体，该金属层的金 属具有最大为70HB的硬度。
此防弹板重量轻；且有良好的防弹丸冲击能力。
推荐的金属是铝或铝合金。

Description

本发明涉及一种由一层金属和一层复合材料组成的复合防弹板，所述的复合材料层含有纤维和聚合物基体。
在EP-A-197.279中这种复合防弹板是已知的。已知的复合防弹板包括一层复合材料和一层硬质材料，如陶瓷或金属。
关于EP-A-197.279的复合防弹板中金属层所适用的金属，参见R.C.Liable的Ballistic    Materials    and    Penetration    Mechanics，vpl.5（1980），Elsevier.在此文中讨论了由特别硬度级的钢或铝所组成的防弹板。文章还宣称，防弹板对弹丸冲击的防护能力随着构成防弹板材料硬度的增大而增加。
完全由复合材料构成的防弹板对弹丸冲击有很强的抵抗力，重量也轻，但是这种防弹板体积庞大，经常不够坚挺，其表面难于涂饰，且不耐磨。再有，由于复合材料中使用的纤维很昂贵，完全由复合材料构成的防弹板价格昂贵。
完全由金属或陶瓷构成的防弹板对弹丸冲击有很好的防护作用，足够坚挺，也比较不算贵，其表面易于涂饰也耐磨，不过这类防弹板的面积密度太大。
复合防弹板既有完全由复合材料构成的防弹板所具有的优点，也有完全由金属或陶瓷构成的防弹板所具有的优点。复合防弹板，比如说体积不那么大，比较坚挺，也不像完全由复合材料构成的防弹板那么贵，再有，其表面容易涂饰，也耐磨。当然这都是相对于具有相同的防弹丸冲击能力之外而言的。
虽然已知的复合防弹板，其面密度低于完全由金属或陶瓷所构成的防弹板，可是这种已知的复合防弹板仍然具有单位表面积的重量较高的缺点。
对于大多数用途来说，复合防弹板具有低的面密度是重要的。对于个人防护，比如说头盔、盾牌、鞋等，这就特别重要。用在比如直升机、汽车、高速战斗机中的复合防弹板，低重量也是重要的。
因此，本发明的目的是提供一种面密度低于已知复合防弹板，而又不会给该防弹板的防弹丸冲击性能带来不利影响的复合防弹板。
当金属层中的金属具有最大Brinell硬度为75HB，（最大为50HB更好，最大为40HB最好）时，就得到了这种防弹板。
意外的是，使用如此低硬度的金属就得到了如上述EP-A-197.279和R.C.Liable专门在防弹板中使用硬金属同样好的结果。
Brinell硬度的测量按照DIN    53456进行。
防弹板所具有防弹丸冲击的防护能力用V50值来确定。这是射出的标准弹丸射向防弹板，致使有50%的弹丸穿透此防弹板时的速度。
例如可以根据标准MIL-STD-662B/1971来测定V50。
一般说来，按照本发明的复合防弹板在其一侧有一层金属。在这种情况下，在预期弹丸将要冲击的一侧，给复合防弹板装上金属层。
许多金属或金属合金都可规定用作本发明复合防弹板中的金属层，比如铜或铜合金、铅或铅合金、钛或钛合金、镁或镁合金。此金属层所用的金属最好是具有低比重的金属。铝或铝合金最好。
如果金属层厚0.1～2.0毫米会得到良好结果。金属层厚度由0.3至0.6毫米最好。用这样的方式可以得到具有复合防弹板的所有其它优点而又很轻的复合防弹板。
所有已知可用于此目的的纤维都可规定作为此复合防弹板中复合层所用的纤维，比如玻璃纤维、耐纶纤维、聚苯酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚乙烯纤维和聚丙烯腈纤维。
复合材料层中的纤维可以是短纤维，也可是长丝，一般复合为纱。
一般以编织层或单向纱层的形式将纱线编入到复合材料层中。
如果用比如在GB-A-2，042，414和GB-A-2，051，667中所叙述的溶液纺丝-凝胶牵伸法制造构成复合材料层的纤维，可以得到很好的结果。此溶液纺丝-凝胶牵伸法主要包括制备聚合物溶液、在温度高于聚合物的溶解温度下，使此溶液形成长丝束，将此丝束冷却至聚合物的溶解温度以下，除去所有或部分溶剂，并在除去其余溶剂的过程中牵伸此长丝。
对于用溶液纺丝-凝胶牵伸法制备纤维，如果选用重均分子量至少为600，000克/摩尔的线型聚烯烃会得到很好的结果。线型聚烯烃最好使用线型聚乙烯。在本发明中，所谓线型聚乙烯是指每100个碳原子有少于1个侧链，最好是每300个碳原子有少于1个侧链的聚乙烯，它可以含有直至5%（摩尔）的一种或几种可与之共聚的链烯，比如丙烯、丁烯、戊烯、4-甲基戊烯或辛烯。其它可用的聚链烯有例如丙烯的均聚物和共聚物。使用的聚链烯也可含有一种或几种少量的其它聚合物，尤其是链烯-1-聚合物。
对于复合层的聚合物基体，可以使用已知可用的热固性聚合物、热塑性聚合物或橡胶。能与聚链烯纤维一起使用作为聚合物基体的热固性聚合物包括乙烯基酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂和聚氨酯树脂。此外，使用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）热塑性聚合物、增塑的聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE），最好是线型低密度聚乙烯（LLDPE）或低密度聚乙烯（LDPE）或其它乙烯共聚物能得到良好的结果。
对照实验A
堆积一个长300毫米、宽300毫米、组成如下的构件：
-一层钢板，
-一层粘合膜，
-15层织物与14层热塑性膜交替叠放。
钢板是奥地利Ulbricht GmbH公司提供的牌号为Duressa的钢板。钢板厚0.9毫米，Brinell硬度450HB。粘合膜含有如EP-A-340877中所述的改性聚乙烯。粘合膜厚50微米。所述织物是纱纤度为400旦的Dyneema SK 66纱。织物的经向和纬向各包含16支纱，是平织织物，面密度153克/米2。由LDPE组成的热塑性膜由荷兰DSM公司提供，商品名为Stamylan NC514。热塑膜厚30微米。
在110℃的温度、1巴压力下在两个平滑的硬金属板之间压15分钟，将上述构件压成复合防弹板。为了得出这种复合防弹板所具有的防弹丸指标，按照MIL-S    TD-662B/1971标准测量0.22碎片模拟弹（FSP）的V50。
V50为506米/秒。此复合防弹板的总面密度（TAD）为10.6千克/米2。
对照实验B
如对照实验A中所述的方法制造并测试复合防弹板，不同之处是交替层叠25层织物和24层热塑性塑料膜。
V50为570米/秒。TAD为12千克/米2。
对照实验C
如对照实验A中所述的方法制造并测试复合防弹板，不同之处是：
-不用金属层，
-交替层叠41层织物和40层热塑性塑料膜。
V50为570米/秒。TAD为8.1千克/米2。
实例Ⅰ
如对照实验A中所述的方法制造和测试一种复合防弹板，不同之处是：
-用Brinell硬度为HB35和厚度0.8毫米的铝（Al    1050）板代替钢板
-交替层叠32层织物和31层热塑性塑料膜。
V50为544米/秒。TAD为8.3千克/米2。
按照本发明具有软铝层的复合防弹板与按照对照实验A和B的防弹板相比明显具有更好的弹丸防护性和更低的重量。
实例Ⅱ
如实例Ⅰ中所述的方法制造和测试一种复合防弹性，不同之处是铝层厚度为0.5毫米，交替层叠36层织物和35层热塑性塑料膜。V50为566米/秒，TAD为8.1千克/米2。
由对照实验B、实例Ⅱ对照实验C所得到的防弹板具有大致相同的防弹能力。
由对照实验B和实例Ⅱ所得的防弹板都是复合防弹板，并都具有这种防弹板的优点，但是，按照本发明（实例Ⅱ）的复合防弹板的面密度要低得多。按照本发明的复合防弹板的面密度甚至与按照对照实验C完全由复合材料制得的防弹板的面密度相近，因此，虽然按照本发明的复合防弹板仍然具有完全由复合材料制成的复合防弹板的优点，像高坚挺性、体积不大、成本较低、有可涂饰性和较好的耐磨性，可是却不再有已知复合防弹板重量大的缺点。
实例Ⅲ
按对照实验A中所述的方法制造和测试一种复合防弹板，不同之处是：
-用厚度为0.8毫米、按照DIN53456测试的Brinell硬度为HB73的一层铝镁合金代替一层钢板，按照华盛顿铝业协会出版的《锻铝及锻铝合金用国际合金命名和化学组成范围登记记录》此合金的国际登记号为A15052，
-交替层叠32层织物和31层热塑性塑料膜。
V50为514米/秒。TAD为8.2千克/米2。
与对照实验A相比，由实例Ⅲ得到的防弹板在有相当低重量的同时也具有较高的防弹能力。

Claims (8)

1、由一层金属和一层复合材料组成的复合防弹板，所述复合材料层由纤维和聚合物基体组成，该防弹板的特征在于，所述金属层的金属具有最大为75HB的Brinell硬度。
2、按照权利要求1的防弹板，其特征在于，所述金属的最大Brinell硬度为50HB.
3、按照权利要求1或2的防弹板，其特征在于，所述金属使用铝或铝合金。
4、按照权利要求1-3中任一项的防弹板，其特征在于，所述金属层厚度为0.1～2.0毫米。
5、按照权利要求1-4中任一项的防弹板，其特征在于，所述金属层厚度为0.3～0.6毫米。
6、按照权利要求1-5中任一项的防弹板，其特征在于，用溶液纺丝一凝胶牵伸法制造所述的纤维。
7、按照权利要求6的防弹板，其特征在于，为制造所述纤维所选用的聚合物是重均分子量至少为600，000克/摩尔的线型聚链烯。
8、按照权利要求7的防弹板，其特征在于，使用的聚链烯烃是聚乙烯。
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