一种用于防爆头盔的一体成型复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种用于防爆头盔的一体成型复合材料及其制备方法。

背景技术：

头盔是警察执勤单兵作战时不可或缺的防护用具，起到保护头部的作用。金属头盔尤其是钢制头盔从二次大战开始得到了广泛的引用。钢制头盔在防弹及防暴领域发挥着极大的作用，但同时也存在一定的缺陷，主要表现在金属头盔质量大，佩戴舒适性差、导电性能高、隔热性能低等问题。随着纺织用高性能纤维的出现，高韧性、高模量高拉伸强度的高性能纤维作为增强体的复合材料逐渐用作金属制头盔的替代材料。复合材料制非金属头盔显著降低头盔质量的同时，保证了防护性能与佩戴舒适性的结合。非金属制头盔中，与锦纶纤维增强复合材料和玻璃纤维增强复合材料头盔相比较，芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料头盔具有更好的防护性能。

普通织物中由于存在经纬纱线的交织，因而限制了纱线的移动，难以适应头盔中大曲率曲面，因此在制作头盔用复合材料时会将织物裁剪成小块后铺覆在模具中制备复合材料头盔。由此方法制备的头盔材料由于纤维的不连续性导致部分性能丧失，因此需要寻找一种能够适应头盔这种大曲率曲面的具有较大变形能力的织物作为头盔的增强材料。

真空辅助树脂传递成型法(Vacuum Assisted Resin Transfer Molding，简称VARTM) 是一种较先进的高性能低成本纤维强化树脂基复合材料制备工艺。该技术在提高树脂传递的动力，排除模具及纤维增强体中的空气的同时，为树脂在纤维增强体中的流动打开通道并形成完整的通路，使得制备的复合材料具有较低的孔隙率和较高的纤维体积含有率，并且产品质量稳定、适合不同尺寸产品的加工。

目前以超高分子量聚乙烯或凯夫拉织物作为增强材料的头盔壳体都采用无纬布或裁剪方式以适应头盔壳体对织物大变形能力的需求，其缺陷主要在于成型工艺的不连续性和由于织物中纤维不连续造成的纤维防护能力未能充分发挥。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于防爆头盔的一体成型复合材料及其制备方法，

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于防爆头盔的一体成型复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.通过混杂织造制备预设层数的角联锁织物；

S2.依次将角联锁织物、脱模布、导流网铺覆在头盔模具中，留出树脂流动通道后进行密封处理；

S3.在抽真空下，将树脂灌入树脂流动通道中，固化，脱模，裁剪，得到用于防爆头盔的一体成型复合材料。

进一步地，所述角联锁织物和树脂中，角联锁织物的体积分数为70-90%，余量为树脂。

进一步地，所述角联锁织物的层数为至少一层。

进一步地，所述角联锁织物由高性能纤维织造而成。

进一步地，所述高性能纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维中的至少一种。

进一步地，所述树脂为热固性聚合物树脂或热可塑性聚合物树脂。

进一步地，所述树脂为环氧树脂。

进一步地，所述步骤S2中密封是实用真空袋膜进行密封处理。

进一步地，所述步骤S3中固化是在65-80℃下进行，固化时间为2-5h。

一种用于防爆头盔的一体成型复合材料，由上述方法制备而成。

本发明采用角联锁织物通过真空辅助树脂传递成型法制得用于防爆头盔的一体成型复合材料，其中角联锁织物为2.5维角联锁织物，2.5维角联锁织物一般由纬纱系统、接结经纱系统、衬经系统、衬纬系统组成，前两个系统构成主体结构，后两个系统可灵活选择，不同的织物结构具有不同的性能特点，最大的特点是一部分纱线沿织物厚度方向呈一定角度配置，起到增强层间断裂韧性，改善织物厚度方向上的力学性能的作用，克服了传统复合材料层板受到层问应力时易分层的性能缺陷，以正交角联锁结构最为突出；其次织物的成型性与结构密切相关，合理的织物结构可以获得良好的变形，以斜交角联锁结构最为优异；角联锁织物在平面状态下单位面积内经纬纱交织点少，织物结构松散，变形时纱线所受摩擦力较小，能够发生较大的相对滑移，有平面向立体变化的过程中纱线滑移并伴随有层内滑移和层间滑移纱线取向发生变化、重新排列，适应立体形状；2.5维角联锁织物实现了在头盔大曲率曲面上的无褶皱、非裁剪、无搭接的一体铺覆成形。

本发明的有益效果是：本发明使用的角联锁织物在织造阶段经设计达到需要的层数及厚度，得到的织物是一个整体，没有分层的缺陷，同时角联锁织物能够很好地贴合模具，无需对织物裁剪，能够实现一体成型，克服了现有技术中易产生层间剥离、增强体与模具不贴合的问题；另外，纤维在增强织物中连续不断，使能量具有很好的传递性，具有更好的防护效果。

附图说明

图1为本发明一体成型模具剖面示意图；

图中，1-头盔模具，2-角联锁织物，3-真空袋膜，4-树脂，5-树脂入口，6-通过真空泵管道。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

实施例1

一种用于防爆头盔的一体成型复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.采用芳纶通过织造制备3层的角联锁织物；

S2.依次将角联锁织物、脱模布、导流网铺覆在头盔模具中，采用真空辅助树脂传递成型法，留出树脂流动通道后进行密封处理；

S3.在抽真空下，将环氧树脂灌入树脂流动通道中，浸润织物一体成型，固化，脱模，裁剪，得到厚度为1.5±0.1mm的防暴头盔壳体。

实施例2

一种用于防爆头盔的一体成型复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.采用芳纶/碳纤维通过混杂织造制备5层的角联锁织物，经纱为芳纶，3层纬纱使用芳纶纤维，2层纬纱使用T300碳纤维；

S2.依次将角联锁织物、脱模布、导流网铺覆在头盔模具中，采用真空辅助树脂传递成型法，留出树脂流动通道后进行密封处理；

S3.在抽真空下，将环氧树脂灌入树脂流动通道中，浸润织物一体成型，固化，脱模，裁剪，得到外层为两层碳纤维层，内层为3层芳纶层的防暴头盔壳体，厚度为2.3±0.1mm。

实施例3

一种用于防爆头盔的一体成型复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维、聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维通过混杂织造制备5层的2.5维角联锁织物，经纱为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，3层纬纱使用聚乙烯纤维，2层纬纱聚对苯撑苯并二噁唑纤维；

S2.依次将角联锁织物、脱模布、导流网铺覆在头盔模具中，采用真空辅助树脂传递成型法，留出树脂流动通道后进行密封处理；

S3.在抽真空下，将环氧树脂灌入树脂流动通道中，浸润织物一体成型，固化，脱模，裁剪，得到厚度为2.3±0.1mm的防暴头盔。

优选地，所述实施例3中固化是在65-80℃下进行，固化时间为2-5h。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。