一种机织复合陶瓷防弹面板及其制备方法与流程

本发明涉及防弹装甲制造技术领域，具体涉及一种机织复合陶瓷防弹面板及其制备方法。

背景技术：

目前整块陶瓷板已经可以规模化制造，成型率高、防弹均一性较好，但其受到子弹冲击时整块破碎，甚至脱落，失去对后续或多发子弹攻击的防护能力；同时，对不同形状的背板需要定制整块陶瓷成型模具，曲面成型工艺难度大、成本高。采用多块陶瓷片拼接粘合而成的陶瓷面板具有抗多发弹打击的能力，但陶瓷片之间仅通过胶粘剂的粘接，使其接合处的约束力不够，从而会形成整个陶瓷面板防弹的薄弱区，且子弹产生的作用力也会随着接缝散开。为解决这一技术难题：

专利cn109855473a提供了一种复合防弹装甲板及其制备方法，通过将陶瓷板设置在金属约束板内部，和金属约束板通过过盈配合进行装配连接，来提升装甲的抗多次打击能力。增强防弹装甲板的抗弹性能。

专利cn1746609b同样也提供了一种钢蜂窝陶瓷夹芯复合防弹装甲板及其制备方法，其首先采用钎焊或线切割方法加工出钢蜂窝芯板，以及加工陶瓷芯片；然后将陶瓷片置于钢蜂窝孔内，从而使得组合陶瓷片获得约束。

上述采用加工金属板的方法虽然可实现对拼接陶瓷片的约束，但金属板无形增大了防弹装甲的重量，不能满足防弹装甲轻量化的发展趋势，其次，金属的抗子弹侵彻能力要远低于陶瓷，因此，金属接缝处同样也会形成防弹装甲的薄弱区，防弹能力降低。

技术实现要素：

针对目前陶瓷复合装甲抗多发弹性能差的问题，本发明提供了一种机织复合陶瓷防弹面板及其制备方法，本发明具有生产效率高、成本低，制备工艺简单，适于规模化生产的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种机织复合陶瓷防弹面板，包括陶瓷片和包覆层，所述包覆层为经向织带和纬向织带织造而成，所述经向织带与所述纬向织带的交织处嵌有陶瓷片，相邻经向织带或相邻纬向织带的折叠方向相反，使相邻经向织带能够形成上下交错的交织开口，使经向织带和纬向织带能够交叉折叠，从而将陶瓷片束缚于经向织带和纬向织带之间，通过经向织带和纬向织带的织造过程将陶瓷片全面约束，并使陶瓷片与包覆层结合起来，使机织复合陶瓷防弹面板具有良好的整体性。

进一步的，所述陶瓷片为碳化硼陶瓷、碳化硅陶瓷、氧化铝陶瓷、氮化硼陶瓷或氮化硅陶瓷的一种。

进一步的，所述陶瓷片的边长为25mm-150mm。

进一步的，所述经向织带和纬向织带的材质为纤维预浸带，所述纤维预浸带采用增强纤维和树脂基体复合而成，树脂基体既能缓冲抗弹过程中的应力波传递，又能保证接缝处的抗弹能力，将树脂基体与高性能纤维增强体进行复合，能够提升整个面板的拉伸强度和抗冲击性能，且能拓宽增强纤维的耐受温度。

进一步的，所述纤维预浸带为单向预浸带、机织物预浸带或编织物预浸带。

进一步的，所述纤维预浸带的宽度为25mm-150mm。

进一步的，所述纤维预浸带采用增强纤维和树脂基体复合而成，将树脂基体与增强纤维进行复合，能够提升整个面板的拉伸强度和抗冲击性能，且能拓宽增强纤维的耐受温度。

进一步的，所述增强纤维为芳纶、超高分子量聚乙烯纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维、玻璃纤维、碳纤维、聚酰胺纤维中的一种或几种。

进一步的，所述树脂基体为热塑性树脂或热固性树脂，所述预浸带中基体树脂对陶瓷片还有一定粘结作用，可以提高高性能纤维织带对陶瓷片的约束力。

进一步的，所述热塑性树脂包括聚氨酯弹性体、聚乙烯醇、聚烯烃树脂、聚酯、聚酰胺树脂中的一种。

进一步的，所述热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂和聚氨酯树脂中一种。

进一步的，所述陶瓷片外表面由包覆层全面包覆。

进一步的，陶瓷板用于钝化子弹和吸收子弹的冲击能量；预浸织物用于组合陶瓷片的整体约束，提高抗多发弹的防护能力。

制备机织复合陶瓷防弹面板的方法，包括如下步骤：

步骤一：将经向织带分别穿入第一页综框和第二页综框里；

步骤二：控制第一页综框和第二页综框上下升降，使相邻经向织带形成错落的交织开口，引入纬向织带，将与交织开口尺寸相对应的陶瓷片依次置入经向织带和纬向织带的交织位置内，通过收紧装置将纬向织带以及陶瓷片推向织口，完成一次交织；

步骤三：重复步骤二过程，控制两页综框的上下升降、重复引入纬向织带，在经向织带和纬向织带交织位置依次置入陶瓷片，直至得到所需尺寸的陶瓷面板，收紧工序完成织造，得到陶瓷面板预制体；

步骤四：采用复合材料的固化成型工艺将步骤三所述的陶瓷面板预制体固化成型，得到机织复合陶瓷面板，将包覆后的陶瓷面板预制体固化成型，成为具有整体结构的机织陶瓷面板，从而将纤维预浸带与陶瓷片固化在一起，能够通过纤维预浸带的韧性和强度，对陶瓷片进行全方位的约束，提升其拉伸强度和抗冲击性能，并能够在抗弹过程中防止碎片飞溅。

进一步的，步骤四中：所述固化成型的工艺为模压工艺、真空袋压工艺或热压罐工艺中的任意一种。

进一步的，固化温度为120℃，固化时间为2h，固化后冷却至40℃后脱模。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

1.本发明提供的一种机织复合陶瓷防弹面板及其制备方法，通过织造的方式将陶瓷片置入高性能纤维织物交织位置，本方案不但满足防弹装甲轻质发展的趋势，还可以实现单一陶瓷片整个外表面的全面包覆，防止弹丸冲击时造成的陶瓷碎片飞溅，避免二次伤害。

2.本发明提供的一种机织复合陶瓷防弹面板及其制备方法，包覆层的全面包覆还可以在陶瓷片之间形成非常强的约束力，从而使整个机织复合陶瓷防弹面板获得更好的防弹能力以及抗多发弹的防护能力。

附图说明

图1是本发明包覆层和陶瓷片的结构图；

图2是本发明包覆层的组装示意图；

图3是本发明陶瓷板和包覆层的俯视图；

图4是本发明陶瓷面板预制体的工艺流程图。

图中：包覆层-1、陶瓷片-2、经向织带-3、纬向织带-4。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。

实施例1：

步骤一：将宽度50mm的芳纶平纹增强纤维织物，浸渍环氧树脂后，制成纤维预浸布作为经向织带3和纬向织带4，按照机织工艺将相邻经向织带3分别重复穿入第一页综框和第二页综框里；

步骤二：然后通过控制两页综框的上下升降，使相邻的经向织带3形成一上一下的交织开口，然后引入纬向织带4，经向织带3和纬向织带4的交织位置置入陶瓷片2，此时先将纬向织带4的一端通过夹具固定，然后另一边进行交织，一边将边长为50mm、厚度10mm的氧化铝陶瓷片2依次置入经向织带3和纬向织带4的交织位置内，完成一次引纬和陶瓷片2的置入过程后，通过收紧装置将纬向织带4以及陶瓷片2推向织口，并将夹具另一端固定；

步骤三：重复两页综框的上下升降、重复引入纬向织带4、在经向织带3和纬向织带4交织位置依次置入陶瓷片2、收紧工序完成织造，得到陶瓷面板预制体；

步骤四：采用真空袋压工艺将步骤三所述的陶瓷面板预制体固化成型，将上述陶瓷面板预制体置入真空袋中并抽真空至0.1mpa，放入烘箱中100℃保温3h后，自然降温至25℃固化成型，最终制得机织陶瓷面板，作为实验组a。

实施例2：

步骤一：将宽度25mm的超高分子量聚乙烯纤维平纹增强纤维织物，浸渍聚烯烃树脂后，制成纤维预浸布，作为经向织带3和纬向织带4，按照机织工艺将经向织带3分别重复穿入第一页综框和第二页综框里；

步骤二：然后通过控制两页综框的上下升降，使经向织带3形成一上一下的交织开口，然后引入纬向织带4，在交织位置置入陶瓷片2，此时先将纬向织带4的一端通过夹具固定，然后另一边进行交织，一边将边长为25mm、厚度10mm的碳化硼陶瓷片2依次置入经向织带3和纬向织带4的交织位置内，完成一次引纬和陶瓷片2的依次置入后，通过收紧装置将纬向织带4以及陶瓷片2推向织口，并将夹具另一端固定；

步骤三：同实施例1；

步骤四：采用模压成型工艺将步骤三所述的陶瓷面板预制体固化成型，将上述陶瓷面板预制体置入模具中密封并抽真空至0.1mpa，再将其置于压机上下两个压板之间，控制上下压板间压力为1mpa，100℃保温3h后，自然降温至25℃固化成型，最终制得机织陶瓷面板，作为实验组b。

实施例3：

步骤一：将宽度50mm的碳纤维单向增强纤维织物，浸渍环氧树脂后，制成纤维预浸布，作为经向织带3和纬向织带4，按照机织工艺将经向织带3分别重复穿入第一页综框和第二页综框里；

步骤二：然后通过控制两页综框的上下升降，使经向织带3形成一上一下的交织开口，然后引入纬向织带4，在交织位置置入陶瓷片2，此时先将纬向织带4的一端通过夹具固定，然后另一边进行交织，一边将边长为50mm、厚度10mm的碳化硅陶瓷片2依次置入经向织带3和纬向织带4的交织位置内，完成一次引纬和陶瓷片2的依次置入后，通过收紧装置将纬向织带4以及陶瓷片2推向织口，并将夹具另一端固定；

步骤三：同实施例1；

步骤四：采用热压罐工艺将步骤三所述的陶瓷面板预制体固化成型，将上述陶瓷面板预制体置入真空袋抽真空至0.1mpa，放入热压罐中加热加压固化成型，热压罐压力0.6mpa，温度100℃，保温保压3h，自然降温至25℃固化成型，最终制得机织陶瓷面板，作为实验组c。

实施例4：

步骤一：将宽度150mm的聚对苯撑苯并二噁唑纤维单向增强纤维织物，浸渍酚醛树脂后，制成纤维预浸布，作为经向织带3，将宽度150mm的玻璃纤维单向增强纤维织物，浸渍聚烯烃树脂后，制成纤维预浸布，作为纬向织带4，按照机织工艺将经向织带3分别重复穿入第一页综框和第二页综框里；

步骤二：然后通过控制两页综框的上下升降，使经向织带3形成一上一下的交织开口，然后引入纬向织带4，在交织位置置入陶瓷片2，此时先将纬向织带4的一端通过夹具固定，然后另一边进行交织，一边将边长为150mm、厚度10mm的氮化硼陶瓷片2依次置入经向织带3和纬向织带4的交织位置内，完成一次引纬和陶瓷片2的依次置入后，通过收紧装置将纬向织带4以及陶瓷片2推向织口，并将夹具另一端固定；

步骤三：同实施例1；

步骤四：采用热压罐工艺将步骤三所述的陶瓷面板预制体固化成型，将上述陶瓷面板预制体置入真空袋抽真空至0.1mpa，放入热压罐中加热加压固化成型，热压罐压力0.6mpa，温度100℃，保温保压3h，自然降温至25℃固化成型，最终制得机织陶瓷面板，作为实验组d。

实施例5：

步骤一：将宽度80mm的聚酰胺纤维单向增强纤维织物，浸渍聚酰胺树脂后，制成纤维预浸布，作为经向织带3和纬向织带4，按照机织工艺将经向织带3分别重复穿入第一页综框和第二页综框里；

步骤二：然后通过控制两页综框的上下升降，使经向织带3形成一上一下的交织开口，然后引入纬向织带4，在交织位置置入陶瓷片2，此时先将纬向织带4的一端通过夹具固定，然后另一边进行交织，一边将边长为80mm、厚度10mm的氮化硅陶瓷片2依次置入经向织带3和纬向织带4的交织位置内，完成一次引纬和陶瓷片2的依次置入后，通过收紧装置将纬向织带4以及陶瓷片2推向织口，并将夹具另一端固定；

步骤三：同实施例1；

步骤四：采用热压罐工艺将步骤三所述的陶瓷面板预制体固化成型，将上述陶瓷面板预制体置入真空袋抽真空至0.1mpa，放入热压罐中加热加压固化成型，热压罐压力0.6mpa，温度100℃，保温保压3h，自然降温至25℃固化成型，最终制得机织陶瓷面板,作为实验组e。

实施例6：

将氧化铝陶瓷在具有300mm*300mm，厚10mm模腔的模具内压制成胚体，然后采用高温烧结成300mm*300mm，厚10mm的氧化铝陶瓷板3，作为对照组。

实施例7：

检测实施例1-6中提供的机织陶瓷面板的防弹性能，将实验组a-e和对照组分别与rha钢板粘合制成复合靶板，通过53式步枪发射7.62mm钢芯子弹垂直射击实验组a-e和对照组，测试子弹冲击后防弹面板的穿透情况和碎片飞溅情况，检测结果见表1。

表1.实施例1-6的防弹性能

由检测结果可知，实施例1-5中提供的机织陶瓷面板具有较好的抗多发子弹的性能，实施例1-5中提供的机织陶瓷面板与钢板的复合面板在三次子弹射击后仍未穿透，由此可知，包覆层1纤维预浸带能够增强陶瓷片2的约束力，从而减少子弹的后续冲击，且从而能够起到较好的防护作用，陶瓷片2之间存在缝隙能够有效缓冲抗弹过程中的应力波传递，且纤维预浸带的使用又能保证接缝处的抗弹能力，使其具有较好的抗多发子弹的性能；

比较实验组a-e与对照组的情况可知，对照组中陶瓷板经过三发子弹后完全碎裂，而实验组a-e具有较好的抗弹、防弹性能，实验组a-e提供的包覆层1对陶瓷片2进行全包覆，可实现陶瓷片2的三维约束，阻止陶瓷碎片从侧面方向飞出，提高其整体性，提升机织陶瓷面板的抗多发弹性能。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。