CN107825957B - 一种军用防弹防护油箱壳体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种军用防弹防护油箱壳体的结构及其制备方法。该军用油箱壳体由外到内依次为：耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层、金属壳体芯层五个结构层次。其中，耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防爆层以及复合密封层为整体多层结构部件，可与金属壳体芯层通过螺栓连接装置装配成整体，方便拆卸更换。通过该复合油箱外置配件可提升原有军用油箱的综合特性，通过多层结构外置复合油箱配件可保证其整体防渗油、同时具有多种枪弹(***弹、步枪弹、***破片等)的防护能力，整体的刚性得到保证在较大冲击力下保证不变形，同时复合材料材质结构的使用可极大的降低油箱自重，提升军用装备的工作机动灵活性。

Description

一种军用防弹防护油箱壳体及其制备方法
技术领域
本发明属于军用油箱配件材料及结构领域，特别涉及一种军用防弹防护油箱壳体及其制备方法。
背景技术
油箱是各种交通工具正常工作的储油装置，在军用运输及作战设备的服役过程中，无论外置和内置油箱在各种设备的正常运行过程中起着关键的作用。尤其在作战的装备中，如军用装甲车、水下及海上舰艇、军用直升机、运输机及战斗机等，其储油装置除了要保证装备的作战能力、行动时间外，还要具有一定的轻量化及防护功能。这是由于燃油的易燃易爆特点，因此军用油箱部件成为了敌人的重点打击目标，也是武器设施装备的薄弱部位之一，此外，随着作战装备的机动性要求的不断提高，要求其工作时间尽量延长，这就要求有最大化的储油容量，因此油箱自身的重量减轻也是材料研发的重点目标。除此之外，对于油箱的结构整体性要求也是保证油箱密封性以防止渗油漏油问题的发生关键。
传统的金属材质油箱，虽然采用金属的常规加工方式，其加工效率高、成本低，但是金属材质的密度较大，无论是飞机还是车辆以及舰船使用的油箱均具有较大的重量，自身重量的加大不断影响储油量的提升而且对于军用装备的机动性能的发挥也有不可避免的瓶颈。除此之外，金属油箱在设备作战和行驶过程中容易收到枪弹和***物的破坏，容易出现***和燃烧等问题，其防弹防暴以及其它的防撞击等特性较为薄弱。
为了提升装甲车辆、飞机以及舰船内置或外置油箱的综合性能，新型复合材料材质的应用和替代是研究工作的关键。采用金属壳体的基本结构，在内部使用复合材料结构作为配件进行结构性复合，保留原有金属油箱壳体的外型，避免复杂的外型结构设计过程，同时发挥复合材料结构的性能优势，使其具备防弹防护、耐冲击、轻量化等综合性能，同时保证了油箱结构整体的密封性，这对于提高军用装备油箱配件的性能具有重要意义。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供了一种军用防弹防护油箱壳体的结构及其制备方法。该军用油箱壳体由外到内依次为：耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层、金属壳体芯层五个结构层次。其中金属油箱壳体基本结构沿用军用装备的原有油箱外型设计，而其它的耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防爆层以及复合密封层为整体多层结构部件，可与金属壳体芯层通过螺栓连接装置装配成整体，方便拆卸更换。通过该复合油箱外置配件可提升原有军用油箱的综合特性，通过多层结构外置复合油箱配件可保证其整体防渗油、同时具有多种枪弹(***弹、步枪弹、***破片等)的防护能力，整体的刚性得到保证在较大冲击力下保证不变形，同时复合材料材质结构的使用可极大的降低油箱自重，提升军用装备的工作机动灵活性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供了一种军用防弹防护油箱壳体，所述油箱壳体包括：耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层、金属壳体芯层；所述耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层、金属壳体芯层由外到内依次设置。
优选的，所述金属壳体芯层采用的金属为高硬度不锈钢、铝合金、钛合金中的任意一种。
优选的，所述金属壳体芯层表面的特定连接部位采用内沉螺纹孔式结构用以与外置复合多层结构进行连接装配，所述复合多层结构由外到内包括：耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层；
优选的，所述金属壳体芯层的厚度根据军用油箱整体自重要求灵活选择。
优选的，所述外置复合油箱配件层与金属壳体芯层采用金属螺栓连接。
优选的，所述金属螺栓的材质为不锈钢、铝合金、钛合金中的任意一种，螺栓外型为六角螺栓或内孔螺栓。
优选的，所述外置复合油箱配件的多层结构以金属壳体芯层为基材，通过多层结构由内到外按梯度制备，其中复合密封层采用热塑性树脂浸渍纤维编织物或长丝通过缠绕或二维铺层工艺在金属壳体芯层表面制备。
优选的，所述热塑性树脂可选用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚等其中的任意一种，该层的最终树脂含量控制在30-60％之间，
优选的，所用的纤维可选用芳纶纤维、UHMWPE纤维、PBO纤维等任意一种，织物结构可选用二维平纹、斜纹、缎纹织物或单向织物正交铺层。
优选的，所述硬质防弹层采用硬质陶瓷片层拼接组合结构，在复合防弹防暴层的表面将硬质陶瓷防弹片进行拼接，拼接采用高强度喷胶预固定；
优选的，拼接选用的陶瓷防弹层材质为碳化硅、氮化硼、氮化硅、氧化铝、碳化硼中的一种；
优选的，防弹片的形状为四边形或六边形，及其二者的组合。
优选的，所述耐冲击层用二维织物铺敷在硬质防弹陶瓷层的表面形成；
优选的，所述二维织物可选用碳纤维、玻璃纤维、UHMWPE纤维、芳纶纤维中的任意一种的平纹、斜纹或缎纹织物，
优选的，将织物叠层后，同时也将上述硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层预制备的多层结构通过真空体系整体密封，采用热固性树脂通过真空导入成型，选用树脂为热塑改性的热固性树脂，其中热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种，主体树脂经过热塑共混改性，改性树脂可选用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚等其中的任意一种，最终耐冲击层的树脂含量控制在30-60％之间，真空导入的真空度控制在0.06-0.1MPa范围内。
优选的，所述的耐冲击层真空导入热塑改性的热固性树脂后，将整体油箱置于热固化设备中进行固化成型，固化温度和固化时间根据树脂特性要求灵活设计。
本发明的有益效果
(1)采用外置多层整体结构与金属油箱芯层两个部分，通过螺栓连接保证了整体的结构完整性，同时螺栓机械连接的结构方便外置多层壳体结构的拆卸更换，灵活方便。
(2)外置多层油箱一体化结构，最终采用真空导入成型，保证了整体的结构完整性，内部金属芯层沿用原有军用油箱结构外型，其它多层结构均为复合结构设计，可根据原有外型进行调整，降低了设计难度。
(3)外置多层油箱结构包括：耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层四个部分，通过多类型树脂体系和纤维体系的复合使用，保证了整体的防弹、防暴、耐冲击、耐渗漏以及轻量化的综合特性。
(4)本发明制备方法简单、防护效果好、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是军用防弹防护油箱壳体的基本结构示意图。该军用油箱壳体依次由耐冲击层1、硬质防弹层2、复合防弹防暴层3、复合密封层4、金属壳体芯层5五个结构层次组成。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
本发明提供了一种军用防弹防护油箱壳体的结构及其制备方法。该军用油箱壳体由外到内依次为：耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层、金属壳体芯层五个结构层次。其中金属油箱壳体基本结构沿用军用装备的原有油箱外型设计，而其它的耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防爆层以及复合密封层为整体多层结构部件，可与金属壳体芯层通过螺栓连接装置装配成整体，方便拆卸更换。通过该复合油箱外置配件可提升原有军用油箱的综合特性，通过多层结构外置复合油箱配件可保证其整体防渗油、同时具有多种枪弹(***弹、步枪弹、***破片等)的防护能力，整体的刚性得到保证在较大冲击力下保证不变形，同时复合材料材质结构的使用可极大的降低油箱自重，提升军用装备的工作机动灵活性。
所述的金属壳体芯层沿用原有油箱的外型结构设计方案，所用的金属可为高硬度不锈钢、铝合金、钛合金等其中的任意一种，金属壳体芯层表面的特定连接部位采用内沉螺纹孔式结构用以与外置复合多层结构进行连接装配。其中金属壳体芯层的厚度根据军用油箱整体自重要求灵活选择。
所述的外置复合油箱配件即为整体多层结构部件，由外到内包括：耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层，该多层结构部件的特定部位内埋入螺纹连接孔式结构，用以与上述金属壳体芯层进行连接。
所述的外置复合油箱配件层与金属壳体芯层的连接采用金属螺栓完成，金属螺栓的内径可根据油箱外型大小而灵活设计，金属螺栓的材质可选用不锈钢、铝合金、钛合金等其中的任意一种，螺栓外型可选用六角螺栓、内孔螺栓等任意一种。
所述的外置复合油箱配件的多层结构以金属壳体芯层为基材，通过多层结构由内到外按梯度制备，其中复合密封层采用热塑性树脂浸渍纤维编织物或长丝通过缠绕或二维铺层工艺在金属壳体芯层表面制备。
所述的复合密封层所用的热塑性树脂可选用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚等其中的任意一种，该层的最终树脂含量控制在30-60％之间；密封层的增强纤维可选用芳纶纤维、碳纤维、玻璃纤维、UHMWPE纤维等中的任意一种通过缠绕和二维铺层技术与树脂进行复合，其中二维纤维织物可选用平纹、斜纹、缎纹中的任意一种，复合密封层的厚度根据油箱外型及自重要求灵活设计。
所述的复合防弹防暴层采用树脂增强高性能防弹纤维复合材料制备，其中树脂基体选用水性聚氨酯、聚乙烯、SEBS、SBS等橡胶弹性体等其中的任意一种，树脂基体含量控制在30-60％之间；所用的纤维可选用芳纶纤维、UHMWPE纤维、PBO纤维等任意一种，织物结构可选用二维平纹、斜纹、缎纹织物或单向织物正交铺层，复合防弹防暴层的厚度根据油箱外型及自重要求灵活设计。
所述的硬质防弹层采用硬质陶瓷片层拼接组合结构，在复合防弹防暴层的表面将硬质陶瓷防弹片进行拼接，拼接采用高强度喷胶预固定，拼接选用的陶瓷防弹层材质可选用碳化硅、氮化硼、氮化硅、氧化铝、碳化硼等一种的任意一种，防弹片的形状可选用四边形、六边形等任意一种或多种组合，硬质防弹层的厚度根据油箱外型及自重要求灵活设计。
所述的耐冲击层在硬质防弹陶瓷层表面制备，其制备选用二维织物铺敷在硬质防弹陶瓷层的表面，二维织物可选用碳纤维、玻璃纤维、UHMWPE纤维、芳纶纤维中的任意一种的平纹、斜纹或缎纹织物，叠层厚度根据要求灵活设计，将织物叠层后，同时也将上述硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层预制备的多层结构通过真空体系整体密封，采用热固性树脂通过真空导入成型，选用树脂为热塑改性的热固性树脂，其中热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种，主体树脂经过热塑共混改性，改性树脂可选用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚等其中的任意一种，最终耐冲击层的树脂含量控制在30-60％之间，真空导入的真空度控制在0.06-0.1MPa范围内。
所述的耐冲击层真空导入热塑改性的热固性树脂后，将整体油箱置于热固化设备中进行固化成型，固化温度和固化时间根据树脂特性要求灵活设计。
实施例1
(1)金属壳体芯层的制备。依据油箱外型要求，选用高硬度不锈钢为基本材质，在壳体的特定部位加工直径为10mm的内沉螺纹孔，金属壳体芯层的厚度为4mm。
(2)外置复合油箱配件即为整体多层结构部件，由外到内包括耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层，该多层结构与金属壳体芯层的对应部位采用直径为10mm的内埋入螺纹孔式结构连接，选用不锈钢材质的六角连接螺栓进行连接。
(3)外置复合油箱配件的复合密封层制备。采用树脂含量在30％的聚氨酯热塑性树脂浸渍芳纶纤维的平纹编织物通过二维铺层工艺在金属壳体芯层表面制备，复合密封层的厚度为1mm。
(4)外置复合油箱配件的复合防弹防暴层制备。采用含量在60％之间的水性聚氨酯为树脂基体，选用二维平纹正交织物结构的芳纶纤维，制备厚度为15mm的复合防弹防暴层，
(5)外置复合油箱配件的硬质防弹层制备。采用碳化硅材质的4mm厚形状为四边形的硬质陶瓷片层拼接组合结构，拼接面积与复合防弹防暴层的覆盖面积一致，
(6)外置复合油箱配件的耐冲击层制备。在硬质防弹陶瓷层表面铺敷碳纤维的平纹厚度2mm的二维叠层织物，叠层织物铺敷完毕后，将上述硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层预制备的多层结构通过真空体系整体密封，采用聚氨酯改性环氧树脂作为导入树脂，真空导入的真空度在0.06MPa范围内，最终导入树脂含量在60％。耐冲击层导入树脂后，置于120℃内的加热***内固化3小时后成型。
实施例2
(1)金属壳体芯层的制备。依据油箱外型要求，选用铝合金为基本材质，在壳体的特定部位加工直径为10mm的内沉螺纹孔，金属壳体芯层的厚度为4mm。
(2)外置复合油箱配件即为整体多层结构部件，由外到内包括耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层，该多层结构与金属壳体芯层的对应部位采用直径为10mm的内埋入螺纹孔式结构连接，选用不锈钢材质的内孔连接螺栓进行连接。
(3)外置复合油箱配件的复合密封层制备。采用树脂含量在40％之间的聚氨酯热塑性树脂浸渍芳纶纤维的平纹编织物通过二维铺层工艺在金属壳体芯层表面制备，复合密封层的厚度为1mm。
(4)外置复合油箱配件的复合防弹防暴层制备。采用含量在60％之间的水性聚氨酯为树脂基体，选用二维平纹织物结构的UHMWPE纤维，制备厚度为15mm的复合防弹防暴层，
(5)外置复合油箱配件的硬质防弹层制备。采用氮化硼材质的4mm厚度的形状为四边形的硬质陶瓷片层拼接组合结构，拼接面积与复合防弹防暴层的覆盖面积一致，
(6)外置复合油箱配件的耐冲击层制备。在硬质防弹陶瓷层表面铺敷玻璃纤维缎纹的厚度为2mm的二维叠层织物，叠层织物铺敷完毕后，将上述硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层预制备的多层结构通过真空体系整体密封，采用聚苯硫醚改性酚醛树脂作为导入树脂，真空导入的真空度在0.1MPa范围内，最终导入树脂含量在50％之间。耐冲击层导入树脂后，置于130℃内的加热***内固化2小时后成型。
实施例3
(1)金属壳体芯层的制备。依据油箱外型要求，选用钛合金为基本材质，在壳体的特定部位加工直径为10mm的内沉螺纹孔，金属壳体芯层的厚度为4mm。
(2)外置复合油箱配件即为整体多层结构部件，由外到内包括耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层，该多层结构与金属壳体芯层的对应部位采用直径为10mm的内埋入螺纹孔式结构连接，选用钛合金材质的六角连接螺栓进行连接。
(3)外置复合油箱配件的复合密封层制备。采用树脂含量在40％之间的聚乙烯热塑性树脂浸渍玻璃纤维的长丝通过缠绕工艺在金属壳体芯层表面制备，复合密封层的厚度为1mm。
(4)外置复合油箱配件的复合防弹防暴层制备。采用含量在52％之间的SEBS为树脂基体，选用单向织物正交织物结构的UHMWPE纤维，制备厚度为15mm的复合防弹防暴层，
(5)外置复合油箱配件的硬质防弹层制备。采用氧化铝材质的4mm厚度的形状为六边形的硬质陶瓷片层拼接组合结构，拼接面积与复合防弹防暴层的覆盖面积一致，
(6)外置复合油箱配件的耐冲击层制备。在硬质防弹陶瓷层表面铺敷芳纶纤维的斜纹厚度为2mm的二维叠层织物，叠层织物铺敷完毕后，将上述硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层预制备的多层结构通过真空体系整体密封，采用聚苯硫醚改性不饱和聚酯树脂作为导入树脂，真空导入的真空度在0.08MPa范围内，最终导入树脂含量在40％之间。耐冲击层导入树脂后，置于125℃内的加热***内固化2小时后成型。
实施例4
(1)金属壳体芯层的制备。依据油箱外型要求，选用铝合金为基本材质，在壳体特定部位加工直径为10mm的内沉螺纹孔，金属壳体芯层厚度为4mm。
(2)外置复合油箱配件即为整体多层结构部件，由外到内包括耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层，该多层结构与金属壳体芯层的对应部位采用直径为10mm的内埋入螺纹孔式结构连接，选用钛合金材质的六角连接螺栓进行连接。
(3)外置复合油箱配件的复合密封层制备。采用树脂含量在45％之间的聚氨酯热塑性树脂浸渍UHMWPE纤维的斜纹编织物二维铺层在金属壳体芯层表面制备，复合密封层的厚度为1mm。
(4)外置复合油箱配件的复合防弹防暴层制备。采用含量40％之间的SBS为树脂基体，选用二维平纹织物结构的芳纶纤维，制备厚度为15mm的复合防弹防暴层，
(5)外置复合油箱配件的硬质防弹层制备。采用碳化硼材质的4mm厚度的形状为四边形的硬质陶瓷片层拼接组合结构，拼接面积与复合防弹防暴层的覆盖面积一致，
(6)外置复合油箱配件的耐冲击层制备。在硬质防弹陶瓷层表面铺敷碳纤维的平纹厚度为2mm的二维叠层织物，叠层织物铺敷完毕后，将上述硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层预制备的多层结构通过真空体系整体密封，采用聚氨酯改性环氧树脂作为导入树脂，真空导入的真空度在0.09MPa范围内，最终导入树脂含量在38％之间。耐冲击层导入树脂后，置于122℃内的加热***内固化2.5小时后成型。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种军用防弹防护油箱壳体，其特征在于，所述油箱壳体包括复合多层结构和金属壳体芯层，复合多层结构包括：耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层；所述耐冲击层、硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层、金属壳体芯层由外到内依次设置；
复合防弹防暴层为树脂增强高性能防弹纤维复合材料；复合多层结构以金属壳体芯层为基材，通过复合多层结构由内到外按梯度制备，其中复合密封层采用热塑性树脂浸渍纤维编织物或长丝通过缠绕或二维铺层工艺在金属壳体芯层表面制备；所述硬质防弹层采用硬质陶瓷片层拼接组合结构，在复合防弹防暴层的表面将硬质陶瓷防弹片进行拼接，拼接采用高强度喷胶预固定；所述耐冲击层用二维织物铺敷在硬质防弹层的表面形成；
将织物叠层后，同时也将上述硬质防弹层、复合防弹防暴层、复合密封层预制备的复合多层结构通过真空体系整体密封，采用热固性树脂通过真空导入成型，选用树脂为热塑改性的热固性树脂；复合多层结构为整体多层部件，金属壳体芯层表面的连接部位采用内沉螺纹孔式结构用以与复合多层结构进行连接装配；
复合多层结构与金属壳体芯层采用金属螺栓连接。
2.如权利要求1所述的油箱壳体，其特征在于，所述金属壳体芯层采用的金属为高硬度不锈钢、铝合金、钛合金中的任意一种。
3.如权利要求1所述的油箱壳体，其特征在于，
所述金属壳体芯层的厚度根据军用油箱整体自重要求灵活选择。
4.如权利要求1所述的油箱壳体，其特征在于，所述金属螺栓的材质为不锈钢、铝合金、钛合金中的任意一种，螺栓外型为六角螺栓或内孔螺栓。
5.如权利要求1所述的油箱壳体，其特征在于，所述热塑性树脂浸渍纤维中，热塑性树脂选用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚中的任意一种，复合密封层的最终树脂含量控制在30-60％之间，
所用的纤维选用芳纶纤维、UHMWPE纤维、PBO纤维等任意一种，织物结构选用二维平纹、斜纹、缎纹织物或单向织物正交铺层。
6.如权利要求1所述的油箱壳体，其特征在于，
拼接选用的陶瓷防弹层材质为碳化硅、氮化硼、氮化硅、氧化铝、碳化硼中的一种；
防弹片的形状为四边形或六边形，及其二者的组合。
7.如权利要求1所述的油箱壳体，其特征在于，所述二维织物选用碳纤维、玻璃纤维、UHMWPE纤维、芳纶纤维中的任意一种的平纹、斜纹或缎纹织物。
8.如权利要求1所述的油箱壳体，其特征在于，所述的采用热固性树脂通过真空导入成型，
选用树脂为热塑改性的热固性树脂，其中热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种，主体树脂经过热塑共混改性，改性树脂选用聚氨酯、聚乙烯、聚苯硫醚中的任意一种，最终耐冲击层的树脂含量控制在30-60％之间，真空导入的真空度控制在0.06-0.1MPa范围内。
9.如权利要求8所述的油箱壳体，其特征在于，所述的耐冲击层真空导入热塑改性的热固性树脂后，将整体油箱置于热固化设备中进行固化成型，固化温度和固化时间根据树脂特性要求灵活设计。
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