CN110044211A - 一种防弹头盔内衬部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及防弹头盔技术领域，尤其涉及一种防弹头盔内衬部件。所述内衬部件包括：内衬壳体和加强防护件，所述内衬壳体与头盔盔壳的形状相匹配；所述加强防护件设置在内衬壳体的重点防护部位；所述内衬部件采用碳纤维浸渍热固性树脂复合而成，所述碳纤维为二维织物或单向织物以正交铺层方式排布；所述加强防护件设置在内衬壳体的方式包括：将加强防护件埋入重点防护部、将加强防护件贴覆在所述重点防护部位设置；所述加强防护件包括：实心片状体或多孔片状体。本发明采用高性能碳纤维复合耐冲击性树脂形成复合结构的内衬部件，并在内衬部件的重点防护部位通过设置加强防护件贴，实现头盔防弹性能强化，同时增加防弹头盔的抵抗变形的能力。

Description

一种防弹头盔内衬部件

技术领域

本发明涉及防弹头盔技术领域，具体的，涉及一种防弹头盔内衬部件。

背景技术

本发明背景技术中，公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

复合材料防弹头盔是目前单兵或单警处理危险事件或军事作战条件下，对于个体头部安全防护的重要装备。目前轻质高性能纤维复合材料成为防弹头盔的主体材质，已经全面替代金属防弹头盔成为军队和警队列装的主流。然而单位复合材料材质防弹头盔由于增强纤维自身的力学和物理化学特性，也存在诸多不可逾越的问题。例如，UHMWPE复合材料头盔的抗高温蠕变特性较大，在高温环境下容易出现头盔抗变形特性较差的问题，此外，其抵御弹丸侵彻过程中也存在背凸变形量较大的问题，可能会间接造成对头部的类似钝器的冲击伤害；芳纶复合材料头盔由于纤维自身的抗紫外老化问题严重，长期使用过程中，容易出现头盔的耐久度差进而也出现头盔整体刚性较差的问题。

综上，本发明人认为：目前，碳纤维和树脂形成的复合材料材质的防弹头盔的性能需要进一步改善，以便于提高防弹头盔的力学特性和防护特性。

发明内容

针对上述的不足，本发明旨在提供一种防弹头盔内衬部件。本发明采用高性能碳纤维混杂配合耐冲击性树脂形成复合结构的内衬部件，并在内衬部件的重点防护部位通过设置特殊结构的部件，实现头盔防弹性能强化，同时增加防弹头盔的抵抗变形的能力。

为实现上述目的，本发明公开了下述技术方案：

一种防弹头盔内衬部件，所述内衬部件包括：内衬壳体和加强防护件，所述内衬壳体与头盔盔壳的形状相匹配，以便于内衬壳体能够靠近头盔盔壳的内表面设置；所述加强防护件设置在内衬壳体的重点防护部位，所述重点防护部位为：前额、后脑、头顶以及左、右耳部。

所述内衬部件采用碳纤维浸渍热固性树脂复合而成，其中，所述碳纤维为二维织物或单向织物以正交铺层方式排布。所述热固性树脂的作用之一是将碳纤维丝粘接在一起，使碳纤维形成整体结构以及加固碳纤维形成的二维织物或单向织物。

所述加强防护件设置在内衬壳体的方式包括：将加强防护件埋入重点防护部、将加强防护件贴覆在所述重点防护部位设置等。

进一步地，所述加强防护件包括：实心片状体或多孔片状体。

优选地，所述实心片状体为高硬度陶瓷片，包括：碳化硅、氮化硅、氧化铝、氮化硼、碳化硼中的任意一种，所述片状体的厚度可根据防弹设计要求灵活调整。这类陶瓷材料不仅硬度非常高，而且耐热性能好，能够对重点部位起到更好的防护作用。

所述多孔片状体也由碳纤维浸渍热固性树脂复合而成，其中，所述碳纤维为二维织物或单向织物以正交铺层方式排布。所述热固性树脂的作用之一是将碳纤维丝粘接在一起，使碳纤维形成整体结构以及加固碳纤维形成的二维织物或单向织物。采用上述碳纤维浸渍热固性树脂复合结构的材料制备多孔结构的加强防护件时，可采用冲孔机得到多孔结构。多孔的孔径可根据防弹设计要求灵活调整。

优选地，所述多孔片状体包括圆孔结构、正方形孔结构或蜂窝夹层等；且所述多孔结构的孔的中心轴线平行于内衬壳体的表面设置(或者平行于头盔盔壳内表面，所述表面指多孔结构的所在部位的表面)，本发明发现：这样在加强防护件受到外界的冲击力时，多孔结构结构可以在一定程度上被压扁，能够起到很好的变形缓冲作用，从而更多地吸收冲击能；如果是将多孔结构的孔的中心轴线垂直于内衬壳体表面设置，则难以发挥多孔结构的优势。

本发明中，所述碳纤维选用T300、T700、T800、T1000其中的任意一种；所述内衬部件的制备方法为：将碳纤维织物铺层后浸渍在热固性树脂胶液中，然后进行热固化成型，即得；或者将预浸了热固性树脂的碳纤维织物铺层后，再借进行热固化成型。

本发明中，所述热固性树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种。

可选地，所述内衬壳体可以为部分镂空结构，这样可以减轻内衬部件的重量，便于携带。

进一步地，所述多孔片状体的孔中填充有热固化的改性树脂，所述改性树脂由环氧树脂和改性剂复配而成，复配时采用超声振动搅拌，所述改性剂的质量为改性树脂质量的2-5％；所述改性剂由经过氢氟酸刻蚀的二氧化硅粉体和蒙脱土组成，其中，所述蒙脱土的添加量为环氧树脂质量的1.6-3.4％，所述二氧化硅粉体的添加量为环氧树脂质量的7-13％。

进一步地，所述氢氟酸刻蚀的二氧化硅粉体的方法为：将二氧化硅粉体加入水中，搅拌均匀，然后加入二氧化硅粉体质量6-15％的浓度为3-8mo l/L的氢氟酸，待反应至无气体放出即可；反应时还可以搅拌，以加快反应速率和反应的均匀性。

本发明的这种改性树脂的优点是：通过改性剂对环氧树脂进行改性，显著提高环氧树脂的抗冲击性能性，然后将具有上述性能的环氧树脂填充到多孔结构的孔中，得到具有良好的抗冲击性能的加强防护件，从而进一步提高头盔的耐冲击性，缓解抵御弹丸侵彻过程中头盔的背凸变形量较大的问题；通过填充上述的改性树脂后，在加强防护件受到冲击时，除了多孔结构结构起到的变形缓冲作用，上述改性树脂能够进一步对冲击能进行吸收。

本发明的这种改性树脂能够提高环氧树脂的抗冲击性能和耐热性能的主要原因是：通过氢氟酸对二氧化硅粉体的表面进行一定程度的刻蚀，使二氧化硅颗粒表面形成多“坑”形貌，这种形貌的二氧化硅有巨大的表面积，其和环氧树脂之间的界面粘接作用得到大幅增强,一是有助于增加环氧树脂变形的阻力，二是加强防护件在受到冲击力时，这种形貌的二氧化硅由于在被刻蚀的部位存在一些棱角，从而更容易导致固化的环氧树脂中产生微裂纹,在这一产生微裂纹过程中也能够进一步吸收冲击能。而蒙脱土在加入环氧树脂后，通过超声振动搅拌，部分环氧树脂进入蒙脱土的层状结构中，使蒙脱土的层间距增大，另外，改性的二氧化硅同时也进入了蒙脱土的层状结构中，当这样的改性树脂填充到多孔结构的加强防护件中后，既能加强环氧树脂的弯曲强度，提高吸收冲击能的能力。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

(1)本发明采用高性能碳纤维混杂配合耐冲击性树脂形成复合结构的内衬部件，并在内衬部件的重点防护部位通过设置特殊结构的部件，实现头盔防弹性能强化，同时增加防弹头盔的抵抗变形的能力。

(2)本发明通过设计特殊结构的加强防护件，进一步提高了加强防护件的抗冲击性能和抗高温蠕变性，从而更好地保护头部的重要部位。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1-3中防弹头盔内衬部件的结构示意图。

图2为本发明实施例4中内衬部件在头盔内的布置示意图。

图3为本发明实施例5中加强部件的结构示意图。

图4为本发明实施例8中加强部件的结构示意图。

附图中标记分别代表：1-内衬壳体、2-重点防护部位、3-加强防护件、4-镂空部位、5-头盔盔壳，

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所述，目前，复合材料材质的防弹头盔的刚性以及耐冲击稳定性的问题普遍需要进一步改善，以便于提高防弹头盔的综合力学特性和防护特性。因此，本发明提出了一种防弹头盔内衬部件，现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1

一种防弹头盔内衬部件，参考图1，所述内衬部件包括：内衬壳体1和加强防护件3，所述内衬壳体1与头盔盔壳的形状相匹配，以便于内衬壳体1能够靠近头盔盔壳的内表面设置；所述加强防护件3设置在内衬壳体1的重点防护部位2，所述重点防护部位为：前额、后脑、头顶以及左、右耳部。所述内衬壳体1为多处被镂空的结构，镂空部位如图1中4所示。

所述内衬部件厚度为4mm，其采用碳纤维浸渍环氧树脂复合而成，其中，所述碳纤维为T300，采用平纹排布织物结构叠层设计，将碳纤维织物叠层后浸渍环氧树脂后热固化成型，树脂含量为内衬部件总质量的35％。

所述加强防护件3为碳化硅陶瓷片，其厚度为2mm，长宽均为20mm，所述碳化硅陶瓷片埋入在上述的重点防护部。

实施例2

一种防弹头盔内衬部件，同实施例1，区别在于：所述内衬部件厚度为5mm，采用碳纤维浸渍酚醛树脂复合而成，其中，所述碳纤维为T800，采用单向排布织物的正交叠层设计，将碳纤维织物叠层后浸渍酚醛树脂后热固化成型，树脂含量为内衬部件总质量的45％。

所述加强防护件3为氧化铝陶瓷片，其厚度为1mm，长宽均为25mm，所述氧化铝陶瓷片埋入在上述的重点防护部。

实施例3

一种防弹头盔内衬部件，同实施例1，区别在于：所述内衬部件厚度为4.5mm，采用碳纤维浸渍不饱和聚酯树脂复合而成，其中，所述碳纤维为T700，采用斜纹编织织物的多叠层设计，将碳纤维织物叠层后浸渍不饱和聚酯树脂后热固化成型，树脂含量为内衬部件总质量的40％。

所述加强防护件3为氧化铝陶瓷片，其厚度为1mm，长宽均为30mm，所述氧化铝陶瓷片埋入在上述的重点防护部。

实施例4

一种防弹头盔内衬部件，同实施例1，区别在于：所述内衬壳体1为整体结构，即没有被镂空。所述内衬部件厚度为4.5mm，采用碳纤维浸渍不饱和聚酯树脂复合而成，其中，所述碳纤维为T1000，采用斜纹编织织物的多叠层设计，将碳纤维织物叠层后浸渍不饱和聚酯树脂后热固化成型，树脂含量为内衬部件总质量的40％。

所述加强防护件3为氮化硅陶瓷片，其厚度为1.5mm，长宽均为28mm，所述氮化硅陶瓷片埋入在上述的重点防护部。

本实施例的内衬部件采用螺栓连接方式固定在头盔盔壳5的内壁上(参考图2)，所述头盔盔壳的材质为芳纶复合材料。

实施例5

一种防弹头盔内衬部件，同实施例1，区别在于：

(1)所述内衬壳体1为整体结构，即没有被镂空。

(2)所述加强防护件3为多孔片状体(参考图3)，所述加强防护件3贴覆内衬壳体1上，贴覆部位对应所述重点防护部，且所述多孔结构的孔的中心轴线平行于内衬壳体1的表面设置，或者平行于头盔盔壳内表面，所述表面指多孔结构的所在部位的表面。

所述多孔片状体由碳纤维浸渍酚醛树脂复合而成，其中所述碳纤维为T800，采用单向排布织物的正交叠层设计，将碳纤维织物叠层后浸渍酚醛树脂后热固化成型，得到碳纤维/酚醛树脂复合结构材料，其中，树脂含量为内衬部件总质量的50％；然后采用冲孔机对得到的复合结构材料处理，得到多孔片状体，处理时孔径设置为1mm。

实施例6

一种防弹头盔内衬部件，同实施例5，区别在于：所述多孔片状体的孔中填充有热固化的改性树脂，所述改性树脂由环氧树脂和改性剂复配而成，复配时采用超声振动搅拌，将多孔片状体进入复配好的改性树脂进行填充，然后进行热固化即可；具体的：

所述改性剂的质量为改性树脂质量的2.8％；所述改性剂由经过氢氟酸刻蚀的二氧化硅粉体和蒙脱土组成，其中，所述蒙脱土的添加量为环氧树脂质量的2.0％，所述二氧化硅粉体的添加量为环氧树脂质量的10％。

所述氢氟酸刻蚀的二氧化硅粉体的方法为：将二氧化硅粉体加入水中，搅拌均匀，然后加入二氧化硅粉体质量6％的浓度为8mo l/L的氢氟酸，边反应边搅拌，待反应至无气体放出即可。

实施例7

一种防弹头盔内衬部件，同实施例6，区别在于：所述多孔片状体的孔为正方形，冲孔机处理时孔的边长设置为1mm；所述孔中填充的热固化的改性树脂中，所述改性剂的质量为改性树脂质量的5％；所述蒙脱土的添加量为环氧树脂质量的1.6％，所述二氧化硅粉体的添加量为环氧树脂质量的7％。

所述氢氟酸刻蚀的二氧化硅粉体的方法为：将二氧化硅粉体加入水中，搅拌均匀，然后加入二氧化硅粉体质量15％的浓度为3mo l/L的氢氟酸，边反应边搅拌，待反应至无气体放出即可。

实施例8

一种防弹头盔内衬部件，同实施例6，区别在于：所述多孔片状体为蜂窝夹层(参考图4)，其孔为六边形，孔径为1mm；所述孔中填充的热固化的改性树脂中，所述改性剂的质量为改性树脂质量的2％；所述蒙脱土的添加量为环氧树脂质量的3.4％，所述二氧化硅粉体的添加量为环氧树脂质量的13％。

所述氢氟酸刻蚀的二氧化硅粉体的方法为：将二氧化硅粉体加入水中，搅拌均匀，然后加入二氧化硅粉体质量10％的浓度为5mo l/L的氢氟酸，边反应边搅拌，待反应至无气体放出即可。

实施例9

一种防弹头盔内衬部件，同实施例1，区别在于：所述重点防护部位未设置加强防护件。

性能测试：

对实施例1-9制备的内衬壳体上的五处重点防护部位进行抗冲击性测试，并计算平均值，结果如表1所示：

表1

实施例	1	2	3	4	5	6	7	8	9
										冲击韧性(KJ/cm<sup>2</sup>)	11.6	14.4	12.7	10.5	16.9	25.3	30.3	27.7	4.4

可以看出，相对于实施例9，实施例1-8的设置了加强防护件的重点防护部位的抗冲击性能得到了有效的提升，这主要是加强防护件能够承受更强的冲击力，从而对重点部位起到更好的防护作用。从实施例1-4和实施例5可以看出，多孔的结构的加强防护件能够更好地抵御冲击，这是因为受到外界的冲击力时，多孔结构的加强防护件可以在一定程度上被压扁，能够起到很好的变形缓冲作用，从而更多地吸收冲击能。从实施例5和6-8的测试数据可以看出，在加强防护件的多孔结构中填充改性的环氧树脂后，重点防护部位的抗冲击性得到了进一步提升；而相对于实施例1-4、9，在加强防护件的多孔结构中填充改性的环氧树脂后，重点防护部位的抗冲击性得到了更为显著的提升，这主要是因为：通过改性剂对环氧树脂进行改性，显著提高环氧树脂的抗冲击性能性，然后将具有上述性能的环氧树脂填充到多孔结构的孔中，得到具有良好抗冲击性能的加强防护件，从而进一步提高头盔的耐冲击性，缓解抵御弹丸侵彻过程中头盔的背凸变形量较大的问题；通过填充上述的改性树脂后，在加强防护件受到冲击时，除了多孔结构结构起到的变形缓冲作用，上述改性树脂能够进一步对冲击能进行吸收。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防弹头盔内衬部件，其特征在于，所述内衬部件包括：内衬壳体和加强防护件，所述内衬壳体与头盔盔壳的形状相匹配；所述加强防护件设置在内衬壳体的重点防护部位；

所述内衬部件采用碳纤维浸渍热固性树脂复合而成，其中，所述碳纤维为二维织物或单向织物以正交铺层方式排布；

所述加强防护件设置在内衬壳体的方式包括：将加强防护件埋入重点防护部、将加强防护件贴覆在所述重点防护部位设置；所述加强防护件包括：实心片状体或多孔片状体。

2.如权利要求1所述的防弹头盔内衬部件，其特征在于，所述重点防护部位为：前额、后脑、头顶以及左、右耳部。

3.如权利要求1所述的防弹头盔内衬部件，其特征在于，所述实心片状体为高硬度陶瓷片，包括：碳化硅、氮化硅、氧化铝、氮化硼、碳化硼中的任意一种。

4.如权利要求1所述的防弹头盔内衬部件，其特征在于，所述多孔片状体由碳纤维浸渍热固性树脂复合而成，其中，所述碳纤维为二维织物或单向织物以正交铺层方式排布。

5.如权利要求4所述的防弹头盔内衬部件，其特征在于，所述多孔片状体包括圆孔结构、正方形孔结构或蜂窝夹层；且所述多孔结构的孔的中心轴线平行于内衬壳体的表面设置，或者平行于头盔盔壳内表面，所述表面指多孔结构的所在部位的表面。

6.如权利要求4或5所述的防弹头盔内衬部件，其特征在于，所述多孔片状体的孔中填充有热固化的改性树脂，所述改性树脂由环氧树脂和改性剂复配而成，复配时采用超声振动搅拌，所述改性剂的质量为改性树脂质量的2-5％；所述改性剂由经过氢氟酸刻蚀的二氧化硅粉体和蒙脱土组成，其中，所述蒙脱土的添加量为环氧树脂质量的1.6-3.4％，所述二氧化硅粉体的添加量为环氧树脂质量的7-13％。

7.如权利要求6所述的防弹头盔内衬部件，其特征在于，所述氢氟酸刻蚀的二氧化硅粉体的方法为：将二氧化硅粉体加入水中，搅拌均匀，然后加入二氧化硅粉体质量6-15％的浓度为3-8mo l/L的氢氟酸，待反应至无气体放出即可；优选的，反应时进行搅拌。

8.如权利要求1-5、7任一项所述的防弹头盔内衬部件，其特征在于，所述碳纤维选用T300、T700、T800、T1000其中的任意一种。

9.如权利要求1-5、7任一项所述的防弹头盔内衬部件，其特征在于，所述热固性树脂包括酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂中的任意一种。

10.如权利要求1-5、7任一项所述的防弹头盔内衬部件，其特征在于，所述内衬壳体为部分镂空结构。