一种防弹头盔及其制造方法与流程

本发明涉及防弹技术领域，尤其涉及一种防弹头盔及其制造方法。

背景技术：
防弹头盔是一种重要的单兵防护用具。传统的防弹头盔大多采用金属材料制成，这种头盔不仅重量沉、对颈椎压力大、隔热性能差、佩戴不舒适，而且防弹效果不好，容易造成二次破片伤害。现有的防弹头盔大多是由高性能纤维制成的非金属防弹头盔。目前，制备非金属防弹头盔的高性能纤维主要有芳纶纤维和超高分子量聚乙烯（英文名为ultra-highmolecularweightpolyethylene，缩写为UHMWPE）纤维。芳纶纤维进入防弹头盔领域的时间较早，20世纪70年代美国就开始应用芳纶纤维制备防弹头盔，但是其价格昂贵，不利于大量的市场应用。UHMWPE纤维从20世纪80年代末进入到防弹头盔领域，它不仅性能能达到防弹要求，而且价格低廉，是目前性价比最高的防弹材料。在现有技术中，芳纶防弹头盔的生产工艺可以包括：将芳纶纤维编织成芳纶编织物，并在芳纶编织物的单面涂覆热固性树脂基体；然后将多层涂覆有热固性树脂基体的芳纶编织物相互叠加，再放到头盔形状的模具内压制成型，即可得到芳纶防弹头盔。UHMWPE防弹头盔的生产工艺与芳纶防弹头盔的生产工艺基本相同。为了得到良好的界面效果，避免纤维在弹丸下产生滑移，UHMWPE防弹头盔在生产过程中所使用的是热塑性树脂基体；此外，经诸多研究表明：UHMWPE纤维单向排列所构成的UHMWPE无纬布相比其它各种结构形式的UHMWPE织物而言，防弹效果最好，因此在现有技术中，UHMWPE纤维首先是按照“单向排列”，并嵌入到热塑性树脂基体中制成UHMWPE无纬布，然后再多层相互叠加、压制成UHMWPE防弹头盔。尽管UHMWPE防弹头盔与芳纶防弹头盔在生产工艺上十分类似，但是，发明人发现现有UHMWPE防弹头盔还至少存在如下问题：第一，与芳纶防弹头盔不同，当子弹射入UHMWPE防弹头盔时，中弹部位的损伤会迅速扩展，内层UHMWPE无纬布与外层UHMWPE无纬布之间会出现大面积分层和明显开裂，子弹冲击所造成的头盔内鼓包高度也较大；而芳纶防弹头盔在中弹后的损害会小很多。第二，UHMWPE防弹头盔的整个压制过程都是在同一台模具上完成的；在此过程中，这台模具需要反复多次进行加热升温和冷却降温，这不仅造成了巨大的能量损耗、增加了防弹头盔的加工成本，而且延长了防弹头盔的生产周期长，降低了生产效率。

技术实现要素：
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种防弹头盔及其制造方法；该防弹头盔不仅能够接受多次弹击的最小间距减小、实际防护面积大，而且具有良好的抗分层能力，中弹后头盔的内鼓包高度以及UHMWPE无纬布之间的分层面积都很小；该防弹头盔的制造方法缩短了头盔表面处理时间，提高了生产效率，降低了加工成本。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种防弹头盔，包括多层叠合在一起的超高分子量聚乙烯UHMWPE无纬布1，还包括：缝合线2；缝合线2将这些叠合在一起的UHMWPE无纬布1在厚度方向上进行缝合。优选地，缝合密度为2.5～5针/cm2。优选地，缝合线2的旦数为50～200旦，缝合线2的捻度为40～100捻/10cm。优选地，所述的缝合线2采用UHMWPE纤维制成，并且该UHMWPE纤维的强度至少为28cN/dtex。优选地，缝合线2的缝合轨迹采用链式缝合、锁式缝合或单边缝合中的至少一种。优选地，最外层UHMWPE无纬布1的外表面以及最内层UHMWPE无纬布1的内表面均铺覆有加固层3。优选地，所述的加固层3为浸渍热固性树脂的高强度玻璃纤维织物；该高强度玻璃纤维织物为平纹组织，其经向拉伸强度和纬向拉伸强度均至少为1600N/25mm，其编织密度为150～200g/m2。一种防弹头盔的制造方法，包括如下步骤：步骤一，将28～33层UHMWPE无纬布1叠合在一起，并按照防弹头盔的尺寸进行剪裁；其中，相邻两层UHMWPE无纬布1的纤维走向之间存在非零夹角；步骤二，采用缝合线2对这些叠合在一起的UHMWPE无纬布1在厚度方向上进行缝合；步骤三，将缝合好的UHMWPE无纬布1放入热压预成型模具中，并且升温至90～100℃，升压至5～10MPa，再保温保压5～10分钟，即得到热塑性树脂软化的UHMWPE无纬布1；步骤四，取出热塑性树脂软化的UHMWPE无纬布1直接放入冷压预成型模具中，并且在5～15℃的温度以及5～10MPa的压力下，保持5～10分钟，即得到预成型UHMWPE防弹头盔；步骤五，在预成型UHMWPE防弹头盔的内表面和外表面铺覆加固层3；步骤六，将铺覆加固层3的预成型UHMWPE防弹头盔放入热压成型模具中，并且升温至120～125℃，升压至25～30MPa，再保温保压10～15分钟，即得到加固层3硬化的UHMWPE防弹头盔；步骤七，取出加固层3硬化的UHMWPE防弹头盔直接放入冷压成型模具中，并且在5～15℃的温度以及25～30MPa的压力下，保持10～15分钟，即得到加固定型后的UHMWPE防弹头盔。优选地，热压预成型模具与冷压预成型模具是两个结构相同但使用温度不同的模具。优选地，热压成型模具与冷压成型模具是两个结构相同但使用温度不同的模具。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的防弹头盔利用缝合线2将这些叠合在一起的UHMWPE无纬布1在厚度方向上进行缝合，从而使缝合后的多层UHMWPE无纬布1之间具有良好的连接强度，进而使中弹后防弹头盔的内鼓包高度以及UHMWPE无纬布1的分层面积均大幅减小，能够抵御更多次的弹击。本发明实施例所提供的防弹头盔的制备方法不仅增加了将叠合在一起的UHMWPE无纬布1在厚度方向上进行缝合的步骤，而且对预成型UHMWPE防弹头盔的内表面和外表面铺覆了浸渍热固性树脂的高强度玻璃纤维织物，因此不仅提高了头盔的硬度、增强了涂覆油漆的附着力，还缩短了表面处理时间，提高了生产效率，降低了成本。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本发明实施例提供的防弹头盔的结构示意图；图2为本发明实施例提供的防弹头盔被子弹4击中后的结构示意图。具体实施方式下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。下面对本发明实施例所提供的防弹头盔及其制造方法进行详细描述。（一）防弹头盔如图1和图2所示，一种防弹头盔，其具体结构可以包括：缝合线2以及多层叠合在一起的UHMWPE无纬布1；缝合线2将这些叠合在一起的UHMWPE无纬布1在厚度方向上进行缝合。其中，缝合密度可以为2.5～5针/cm2，但最好为3.5～5针/cm2；这是由于缝合密度越大，缝针穿过UHMWPE无纬布1的次数就越多，对UHMWPE无纬布1造成的损伤就越严重，缝合处的防弹性能越弱，而缝合密度过小，缝合后多层UHMWPE无纬布1之间的连接强度越弱，因此为了减少对UHMWPE无纬布1的损伤，并且尽力增大缝合后多层UHMWPE无纬布1之间的连接强度，缝合密度最好采用3.5～5针/cm2。具体地，该防弹头盔可以包括如下的具体实施方案：（1）缝合线2的旦数可以为50～200旦，但最好为50～100旦；这是由于缝合线2的旦数越大，缝合线2越粗，缝合时对UHMWPE无纬布1造成的损伤越大，缝合处的防弹性能越弱，而缝合线2的旦数越小，缝合线2越细，缝合后多层UHMWPE无纬布1之间的连接强度越弱，因此为了减少对UHMWPE无纬布1的损伤，并且尽力增大缝合后多层UHMWPE无纬布1之间的连接强度，缝合线2的旦数最好采用50～100旦。（2）缝合线2的捻度可以为40～100捻/10cm，优选为50～80捻/10cm，但最好为60～70捻/10cm；这是由于每根缝合线2都有自己的临界捻度，只有在临界捻度时缝合线2的强度最高，捻度过大或过小，都会降低缝合线2的强度，而且缝合线2的捻度越大则缝合线2手感会越差，缝合线2的捻度越小则缝合线2会出现毛丝、手感松软，因此为了保障缝合线2兼具良好的强度和良好的舒适感，缝合线2的捻度最好采用60～70捻/10cm。（3）缝合线2最好采用UHMWPE纤维制成，这是由于UHMWPE纤维制成缝合线2能够与UHMWPE无纬布1相统一，从而保障了该防弹头盔具有良好的整体性。制成缝合线2的UHMWPE纤维的强度可以至少为28cN/dtex，优选为32cN/dtex，最好为至少35cN/dtex，这种高强度的UHMWPE纤维所制成的缝合线2也会具有较高强度，从而可以尽力增大缝合后多层UHMWPE无纬布1之间的连接强度。（4）缝合线2的缝合轨迹可以采用链式缝合、锁式缝合、改进的锁式缝合或单边缝合中的至少一种；这些缝合轨迹能够尽力增大缝合后多层UHMWPE无纬布1之间的连接强度，从而尽力减小中弹后多层UHMWPE无纬布1的分层面积，以抵御更多次的弹击。（5）最外层UHMWPE无纬布1的外表面以及最内层UHMWPE无纬布1的内表面最好均铺覆有加固层3；而该加固层3最好选用浸渍热固性树脂的高强度玻璃纤维织物。该高强度玻璃纤维织物最好选用平纹组织，并且其经向拉伸强度和纬向拉伸强度最好均至少为1600N/25mm，其编织密度最好为150～200g/m2。高强度玻璃纤维的特点是高强度、高模量；它的单纤抗拉强度为2800MPa，比无碱玻璃纤维高25%左右；它的弹性模量为86000MPa，比E-玻璃纤维的强度还高。高强度玻璃纤维织物所浸渍的热固性树脂可以选用乙烯基酯、不饱和聚酯、环氧树脂或苯酚树脂，但最好选用环氧树脂；而热固性树脂在加固层3中的含量最好为30～35%（按重量百分数计）。在实际应用中，可以采用将高强度玻璃纤维织物所浸渍在热固性树脂中的方式，或者可以通过刷涂、喷涂等方式将热固性树脂涂覆于高强度玻璃纤维织物的整个表面。在现有技术中，防弹头盔的内表面和外表面通常是铺覆防弹纤维机织物（例如：芳纶织物、UHMWPE织物等），这些防弹纤维机织物虽然能够防止UHMWPE无纬布1出现纤维滑丝，但这种防弹头盔需要经过喷砂、刮平等复杂的表面处理，并且这种防弹头盔表面对油漆的附着力很小。而本发明采用浸渍热固性树脂的高强度玻璃纤维织物作为加固层3，这不仅能够在不增加头盔重量的前提下，提高头盔的整体刚性，使子弹的弹头更易于变形，有效防止头盔被子弹穿透，而且头盔无需进行复杂的表面处理、缩短了生产时间、降低了加工成本；同时这种加固层3还增强了头盔表面对油漆的附着力。进一步地，本发明实施例所提供的防弹头盔利用缝合线2将叠合在一起的UHMWPE无纬布1在厚度方向上进行缝合，使头盔成为不分层的整体网状结构，具备了良好的抗分层能力。如图2所示，当本发明实施例所提供的防弹头盔被子弹4击中时，由于UHMWPE无纬布1在厚度方向上受到缝合线2的拉力作用，因此子弹4的冲击力在一定程度上有所抵消，防弹头盔的内鼓包高度6明显减小，UHMWPE无纬布1的分层面积5也明显减小。由于防弹头盔上UHMWPE无纬布1未分层的部分仍具有良好的防弹能力，而本发明中UHMWPE无纬布1的分层面积5明显减小，因此能够防御再次弹击的面积增大，这相当于缩短了可承受再次弹击的最短距离，增加了实际防护面积，使本...