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1、10申请公布号CN104215130A43申请公布日20141217CN104215130A21申请号201410472095722申请日20140916F41H5/04200601B32B27/04200601B32B37/02200601B32B37/10200601B32B37/0620060171申请人山东大学地址250061山东省济南市历下区经十路17923号申请人北京勤达远致新材料科技股份有限公司72发明人朱波曹伟伟王宝刚74专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司37221代理人崔苗苗54发明名称一种多功能复合材料防弹板及其制备方法57摘要本发明涉及一种多功能复合材料防弹板及其制。
2、备方法，防弹板包括刚性加固层、中间防弹层、防背凸层和缓冲层多重结构，多重结构模压而成，其中刚性加固层为芳纶纤维、高性能碳纤维中的一种或几种的纤维织物与改性热固性树脂浸渍而成，中间防弹层为超高分子量聚乙烯纤维、高性能碳纤维的混合纤维织物与改性热塑性树脂浸渍而成，防背凸层为高性能碳纤维的纤维织物与改性热固性树脂浸渍而成，缓冲层为有机硅或聚氨酯泡沫。本发明采用多层铺设、采用真空模压一体化成型得到兼备红外隐身特性、高强度、高刚度、低背凸、耐腐蚀、耐热性能的防弹板。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图1页10申请公布号。
3、CN104215130ACN104215130A1/2页21一种多功能复合材料防弹板，其特征是，包括刚性加固层、中间防弹层、防背凸层和缓冲层多重结构，多重结构模压而成，其中刚性加固层为芳纶纤维、高性能碳纤维中的一种或几种的纤维织物与改性热固性树脂浸渍而成，中间防弹层为超高分子量聚乙烯纤维、高性能碳纤维的混合纤维织物与改性热塑性树脂浸渍而成，防背凸层为高性能碳纤维的纤维织物与改性热固性树脂浸渍而成，缓冲层为有机硅或聚氨酯泡沫。2根据权利要求1所述的一种多功能复合材料防弹板，其特征是，还包括表面的红外隐身层和内嵌的电子信息功能部件。3根据权利要求2所述的一种多功能复合材料防弹板，其特征是，它由刚性。
4、加固层、中间防弹层、刚性加固层、防背凸层、缓冲层依次铺设，外涂红外隐身层，内嵌电子信息功能部件而成。4权利要求13任一项所述的一种多功能复合材料防弹板，其特征是，所述的刚性加固层、中间防弹层、防背凸层，均至少有1层纤维织物。5根据权利要求4所述的一种多功能复合材料防弹板，其特征是，刚性加固层、防背凸层含210层纤维织物，中间防弹层含100500层纤维织物。6根据权利要求1所述的一种多功能复合材料防弹板，其特征是，所述的高性能碳纤维指拉伸强度在3500MPA以上的碳纤维，所述的改性热固性树脂是热塑性树脂改性的环氧树脂、酚醛树脂或热固性聚氨酯；所述的改性热塑性树脂为热固性树脂改性的聚氨酯、聚乙烯、。
5、不饱和聚酯树脂或橡胶弹性体；所述的超高分子量聚乙烯纤维是拉伸强度在30CN/DTEX以上的聚乙烯纤维，所述的内嵌电子信息功能部件选自具备GPS、红外遥感、夜视电子信息功能的部件。7一种多功能复合材料防弹板的制备方法，其特征是，包括步骤如下1刚性加固层的制备将芳纶纤维、高性能碳纤维中的一种或几种编织成纤维织物，用改性热固性树脂浸渍上述纤维织物制备刚性加固层预浸料，树脂含量控制在3540WT；2中间防弹层的制备用超高分子量聚乙烯纤维为主体防弹原料、采用高性能碳纤维为高效冲击能吸收原料编织成混合纤维织物，其中超高分子量聚乙烯纤维与高性能碳纤维的混杂质量比例在2151，用改性热塑性树脂浸渍混合织物，制。
6、备中间防弹层预浸料，树脂含量控制在2030WT范围内；3防背凸层的制备用高性能碳纤维编织成纤维织物，将改性热固性树脂浸渍纤维织物制备刚性加固层预浸料，树脂含量控制在3540WT；4选用有机硅或聚氨酯泡沫为缓冲层；5按照“刚性加固层中间防弹层刚性加固层防背凸层缓冲层”顺序铺设各层，内嵌入电子信息功能部件，采用真空模压联动的一体化成型技术，将上述原料铺层后，包覆于耐压真空袋中并连接真空调节系统，之后将该体系置于模压系统中，进行真空模压一体化成型；6成型后的多功能防弹板产品表面喷涂具备红外隐身功能的涂层胶液形成红外隐身涂层。8根据权利要求7所述的一种多功能复合材料防弹板的制备方法，其特征是，纤维织物。
7、为单向织物、二维织物或三维织物。权利要求书CN104215130A2/2页39根据权利要求7所述的一种多功能复合材料防弹板的制备方法，其特征是，所述的真空度在0208MPA之间调节。10根据权利要求7所述的一种多功能复合材料防弹板的制备方法，其特征是，红外隐身涂层厚度控制在051MM。权利要求书CN104215130A1/5页4一种多功能复合材料防弹板及其制备方法技术领域0001本发明涉及一种多功能复合材料防弹板及其制造方法，特别涉及一种具有红外隐身特性、高强度、高刚度、低背凸、耐腐蚀、耐热性能优良，且兼备GPS定位、红外遥感等多功能的复合材料防弹板。背景技术0002随着高性能纤维研究的不断深。
8、入，其在防护领域的应用范围和深度也逐渐拓展，对防弹材料的质量和功能的提高起到了重要的推动作用。从20世纪70年代开始，高性能纤维复合材料在装甲防护领域得到了广泛应用。高性能纤维复合材料发挥了其中增强纤维和基体树脂的各自强韧性的主要特点，使其在具备优良物理机械性能的同时，又具有大大优于金属防弹材料的高比强度、高比模量，同时对冲击动能吸收效率良好，其防弹性能也大大高于金属材料，特别是不存在对弹丸的二次反弹问题。此外，高性能纤维复合材料的制作加工性能良好，能够使防弹装甲的质量大大减轻，有效改善装备的机动性和灵活性。0003超高分子量聚乙烯纤维，由聚乙烯平均分子量在100万以上纺制而成，是继芳纶纤维后。
9、出现的另一种高强度、高模量纤维，其密度低、韧性强、耐腐蚀性好、分子结构取向度高，具有比芳纶纤维更优异的防弹特性，因此超高分子量聚乙烯纤维是制作防弹复合材料的最佳材料。但是聚乙烯纤维自身也有不可避免的缺点，其熔点较低、高温环境下的力学性能差，应用到防弹材料上会引起背弹面较大的鼓包问题，所以单纯超高分子量聚乙烯纤维复合材料的防弹性能仍存在需要提高的方面。目前，已有大量研究者针对超高分子量聚乙烯改性进行试验，力求提高其使用温度，但是收效甚微。基于这种研究背景，在超高分子量聚乙烯纤维防弹特性的基础上，集合发挥其他高性能纤维的防护特性，采用混杂纤维组合铺层技术研制具备综合特性的新型防护材料，成为单纯材质。
10、复合材料防弹性能提升的有效方法。0004随着科学技术的发展，现代化武器已经大量装备士兵，红外跟踪探测、GPS定位、红外热感等功能已经成为高科技武器的必备功能，而超高分子量聚乙烯纤维复合材料防弹装甲目前仅有的单一防护功能已经显得捉襟见肘，逐渐适应不了电子信息技术无处不在的现代战场环境。因此在发挥混杂纤维综合特性的同时，在复合材料防弹装甲成型过程中引入电子信息部件，进行防弹板装甲的信息集成处理，也成为目前复合材料防弹板的研究热点。发明内容0005本发明的目的是提供一种多功能复合材料防弹板及其制备方法，能够得到兼备红外隐身特性、高强度、高刚度、低背凸、耐腐蚀、耐热性能，且具有GPS定位、红外遥感等多。
11、功能的复合材料防弹板，可以为军用、警用等各种领域提供高质量多功能的防护装甲材料。0006本发明采取的技术方案为0007一种多功能复合材料防弹板，包括刚性加固层、中间防弹层、防背凸层和缓冲层多重结构，多重结构模压而成，其中刚性加固层为芳纶纤维、高性能碳纤维中的一种或几种的说明书CN104215130A2/5页5纤维织物与改性热固性树脂浸渍而成，中间防弹层为超高分子量聚乙烯纤维、高性能碳纤维的混合纤维织物与改性热塑性树脂浸渍而成，防背凸层为高性能碳纤维的纤维织物与改性热固性树脂浸渍而成，缓冲层为有机硅或聚氨酯泡沫。0008所述的多功能复合材料防弹板，还包括表面的红外隐身层和内嵌的电子信息功能部件。。
12、0009所述的多功能复合材料防弹板，优选由刚性加固层、中间防弹层、刚性加固层、防背凸层、缓冲层依次铺设，外涂红外隐身层，内嵌电子信息功能部件而成。0010所述的刚性加固层、中间防弹层、防背凸层，均至少有1层纤维织物，刚性加固层、防背凸层优选含210层纤维织物，中间防弹层优选含100500层纤维织物。0011上述的高性能碳纤维指拉伸强度在3500MPA以上的碳纤维，所述的改性热固性树脂是热塑性树脂改性的环氧树脂、酚醛树脂或热固性聚氨酯；所述的改性热塑性树脂为热固性树脂改性的聚氨酯、聚乙烯、不饱和聚酯树脂或橡胶弹性体；所述的超高分子量聚乙烯纤维是拉伸强度在30CN/DTEX以上的聚乙烯纤维，所述的。
13、内嵌电子信息功能部件选自具备GPS、红外遥感、夜视电子信息功能的部件。0012一种多功能复合材料防弹板的制备方法，包括步骤如下00131刚性加固层的制备将芳纶纤维、高性能碳纤维拉伸强度在3500MPA以上中的一种或几种编织成纤维织物优选两种纤维混织，用改性热固性树脂浸渍上述纤维织物制备刚性加固层预浸料，树脂含量控制在3540WT；00142中间防弹层的制备用超高分子量聚乙烯纤维为主体防弹原料、采用高性能碳纤维为高效冲击能吸收原料编织成混合纤维织物，其中超高分子量聚乙烯纤维与高性能碳纤维的混杂质量比例在2151，用改性热塑性树脂浸渍混合织物，制备中间防弹层预浸料，树脂含量控制在2030WT范围内。
14、；00153防背凸层的制备用高性能碳纤维编织成纤维织物，将改性热固性树脂浸渍纤维织物制备刚性加固层预浸料，树脂含量控制在3540WT；00164选用有机硅或聚氨酯泡沫为缓冲层；00175按照“刚性加固层中间防弹层刚性加固层防背凸层缓冲层”顺序铺设各层，内嵌入具备GPS定位、夜视或红外遥感等功能的电子信息功能部件，采用真空模压联动的一体化成型技术，将上述原料铺层后，包覆于耐压真空袋中并连接真空调节系统，之后将该体0018系置于模压系统中，进行真空模压一体化成型；00196成型后的多功能防弹板产品表面喷涂具备红外隐身功能的涂层胶液形成红外隐身涂层。0020上述的纤维织物为单向织物、二维织物平纹、斜。
15、纹、缎纹或三维织物，单向织物可采用90、45等多种纤维排列方式。0021上述制备方法中的改性热固性树脂为热塑性树脂改性的环氧树脂、酚醛树脂、热固性聚氨酯等类型，具备优良冲击韧性。改性热塑性树脂基体包括聚氨酯、聚乙烯、不饱和聚酯树脂、橡胶弹性体等其中的一种或多种，通过物理共混或化学接枝方式进行热固性树脂改性，使其具备优异冲击韧性的特种树脂胶黏剂。所述的真空度在0208MPA之间调节，红外隐身涂层厚度控制在051MM。说明书CN104215130A3/5页60022本发明的有益效果是00231采用多层铺设得到兼备红外隐身特性、高强度、高刚度、低背凸、耐腐蚀、耐热性能的防弹板，其中最表面红外隐身层6。
16、可使该复合材料防弹板具备吸收雷达波的特性；外侧刚性加固层1可抵抗弹丸向内部侵彻并改变弹头形状；中间防弹层2可有效吸收弹丸侵彻的破坏能量；内侧刚性加固层3可有效破坏侵彻后的弹丸形状并与防背凸层4一起达到降低背弹面鼓包变形的作用；缓冲层5可以有效缓冲弹丸侵彻的能量对人体冲击并提高防弹板与人体接触的舒适性。00242采用真空模压一体化成型，该成型方式可有效提高模压工艺的排气效率，增加预浸料界面结合。附图说明0025图1为本发明多功能复合材料防弹板的一种具体结构示意图。0026其中，1外侧的刚性加固层、2中间防弹层、3内侧的刚性加固层、4防背凸层、5缓冲层、6红外隐身涂层。具体实施方式0027下面结合。
17、实施例进一步说明。0028实施例10029选用T700碳纤维、KEVLAR芳纶纤维K29分别为刚性加固层纤维原料，两种纤维按照21的质量比例采用平纹编织形式制备二维织物，将制备好的织物浸渍改性环氧树脂，树脂含量控制在35WT，制成刚性加固层用预浸料，预浸料克重控制在120G/M2。0030选用强度为40G/D的超高分子量聚乙烯纤维为原料，选用T700碳纤维为辅助原料，按照纤维质量比例为21制备混杂纤维单向织物，两种纤维所用浸渍胶黏剂树脂为改性聚氨酯，含胶量控制在30WT，将制备的单向织物按照90方向叠层后制备中间防弹层预浸布原料，预浸料克重控制在75G/M2。0031采用T700碳纤维和M40。
18、高模量碳纤维为纤维原料，两种纤维按照11的质量比例制备平纹织物，之后浸渍环氧树脂胶黏剂，含胶量为40WT，浸渍胶黏剂后制备防背凸层预浸布，预浸料克重控制在120G/M2。0032选用厚度为2MM的有机硅为缓冲层，同时根据尺寸要求选用带有GPS定位功能的电子芯片作为电子信息内嵌模块备用。0033设定防弹为GA6682006中规定的A级要求，按“刚性加固层中间防弹层刚性加固层防背凸层缓冲层”的顺序，将以上预浸布进行组合叠层铺敷，其中外侧刚性加固层为2层，中间防弹层为108层，内侧刚性加固层为2层，防背凸层为4层，缓冲层选用厚度为2MM的有机硅树脂固化成型，同时根据尺寸要求选用带有GPS定位功能的电。
19、子芯片作为电子信息内嵌模块，将上述组合叠层原料包覆在耐压真空袋中并放入预热模具，保持真空度在04MPA，模压温度在120、压力在8MPA条件下，保温保压10分钟，之后保持真空度在04MPA，在120、165MPA条件下保温保压20分钟，最后真空度在04MPA，保持165MPA压强降温至60以下开启模具取出样品。在压制成的防弹板表面喷涂厚度为05MM红外隐身涂层，采用水刀切割修边制备尺寸为250MM300MM的复合材料防弹板。说明书CN104215130A4/5页70034实施例20035选用T700碳纤维为刚性加固层纤维原料，采用缎纹编织形式制备二维织物，将制备好的织物浸渍改性环氧树脂，树脂含。
20、量控制在40WT，制成刚性加固层用预浸料，预浸料克重控制在100G/M2。0036选用强度为40G/D的超高分子量聚乙烯纤维为原料，选用T300碳纤维为辅助原料，按照纤维质量比例为31制备混杂纤维单向织物，两种纤维所用浸渍胶黏剂树脂为改性聚氨酯，含胶量控制在25WT，将制备的单向织物按照90方向叠层后制备中间防弹层预浸布原料，预浸料克重控制在75G/M2。0037采用T300碳纤维和M40高模量碳纤维为纤维原料，两种纤维按照21的质量比例制备平纹织物，之后浸渍环氧树脂胶黏剂，含胶量为35WT，浸渍胶黏剂后制备防背凸层预浸布，预浸料克重控制在120G/M2。0038选用厚度为3MM的有机硅为缓冲。
21、层，同时根据尺寸要求选用带有GPS定位功能的电子芯片作为电子信息内嵌模块备用。0039设定防弹为GA6682006中规定的B级要求，按“刚性加固层中间防弹层刚性加固层防背凸层缓冲层”的顺序，将以上预浸布进行组合叠层铺敷，其中外侧刚性加固层为4层，中间防弹层为324层，内侧刚性加固层为4层，防背凸层为4层，缓冲层选用厚度为3MM的有机硅树脂固化成型，同时根据尺寸要求选用带有GPS定位功能的电子芯片作为电子信息内嵌模块，将上述组合叠层原料包覆在耐压真空袋中并放入预热模具，保持真空度在03MPA，模压温度在120、压力在8MPA条件下，保温保压15分钟，之后保持真空度在04MPA，在120、165M。
22、PA条件下保温保压25分钟，最后真空度在04MPA，保持165MPA压强降温至60以下开启模具取出样品。在压制成的防弹板表面喷涂厚度为06MM红外隐身涂层，采用水刀切割修边制备尺寸为250MM300MM的复合材料防弹板。0040实施例30041选用T300碳纤维为刚性加固层纤维原料，采用斜纹编织形式制备二维织物，将制备好的织物浸渍改性环氧树脂，树脂含量控制在35WT，制成刚性加固层用预浸料，预浸料克重控制在100G/M2。0042选用强度为35G/D的超高分子量聚乙烯纤维为原料，选用T700碳纤维为辅助原料，按照纤维质量比例为41制备混杂纤维单向织物，两种纤维所用浸渍胶黏剂树脂为改性聚氨酯，含。
23、胶量控制在30WT，将制备的单向织物按照90方向叠层后制备中间防弹层预浸布原料，预浸料克重控制在75G/M2。0043采用M40高模量碳纤维为原料制备单向纤维织物，之后浸渍环氧树脂胶黏剂，含胶量为40WT，浸渍胶黏剂后制备防背凸层预浸布，预浸料克重控制在100G/M2。0044选用厚度为2MM的聚氨酯泡沫为缓冲层，同时根据尺寸要求选用带有红外遥感功能的电子芯片作为电子信息内嵌模块备用。0045设定防弹为GA6682006中规定的B级要求，按“刚性加固层中间防弹层刚性加固层防背凸层缓冲层”的顺序，将以上预浸布进行组合叠层铺敷，其中外侧刚性加固层为4层，中间防弹层为300层，内侧刚性加固层为4层，。
24、防背凸层为4层，缓冲层选用厚度为2MM的聚氨酯泡沫固化成型，同时根据尺寸要求选用带有GPS定位功能的电子芯片作为电子信息内嵌模块，将上述组合叠层原料放入预热模具，在120、8MPA条件下，保温保说明书CN104215130A5/5页8压10分钟，之后在120、165MPA条件下保温保压20分钟，最后保持165MPA压强降温至60以下开启模具取出样品。在压制成的防弹板表面喷涂厚度为03MM红外隐身涂层，采用水刀切割修边制备尺寸为300MM300MM的复合材料防弹板。0046实施例40047选用T300碳纤维为刚性加固层纤维原料，采用单向纤维排列形式，将制备好的织物浸渍改性环氧树脂，树脂含量控制在。
25、40WT，制成刚性加固层用预浸料，预浸料克重控制在120G/M2。0048选用强度为40G/D的超高分子量聚乙烯纤维为原料，选用T700碳纤维为辅助原料，按照纤维质量比例为41制备混杂纤维单向织物，两种纤维所用浸渍胶黏剂树脂为改性聚乙烯树脂，含胶量控制在25WT，将制备的单向织物按照90方向叠层后制备中间防弹层预浸布原料，预浸料克重控制在160G/M2。0049采用T300碳纤维和M40高模量碳纤维为纤维原料，两种纤维按照21的比例制备平纹织物，之后浸渍环氧树脂胶黏剂，含胶量为40WT，浸渍胶黏剂后制备防背凸层预浸布，预浸料克重控制在120G/M2。0050选用厚度为2MM的有机硅为缓冲层，同。
26、时根据尺寸要求选用带有夜视功能的电子芯片作为电子信息内嵌模块备用。0051设定防弹为GA6682006中规定的B级要求，按“刚性加固层中间防弹层刚性加固层防背凸层缓冲层”的顺序，将以上预浸布进行组合叠层铺敷，其中外侧刚性加固层为4层，中间防弹层为160层，内侧刚性加固层为4层，防背凸层为2层，缓冲层选用厚度为2MM的有机硅树脂固化成型，同时根据尺寸要求选用带有夜视功能的电子芯片作为电子信息内嵌模块，将上述组合叠层原料包覆在耐压真空袋中并放入预热模具，保持真空度在04MPA，模压温度在120、压力在8MPA条件下，保温保压10分钟，之后保持真空度在03MPA，在120、165MPA条件下保温保压30分钟，最后真空度在03MPA，保持165MPA压强降温至60以下开启模具取出样品。在压制成的防弹板表面喷涂厚度为06MM红外隐身涂层，采用水刀切割修边制备尺寸为250MM300MM的复合材料防弹板。说明书CN104215130A1/1页9图1说明书附图CN104215130A。