本发明涉及一种防弹头盔，特别是一种石墨烯防弹头盔。
背景技术：
防弹头盔的适用对象主要是装备部队的作战人员，主要分日式和德式两种头盔。除了老式的钢盔以外，目前制作防弹头盔的主要材料是超高分子量聚乙烯纤维和芳族聚酰胺两种材质，超高分子量聚乙烯纤维材质头盔更加轻便，防公安部二级要求重量仅为1.2kg。步兵防弹头盔能防破弹片和直射子弹，一般要求能抵御5m外的9mm口径手枪弹丸和弹片的冲击。后勤部军需研究所采用的高强度铝合金、玻璃钢、铬钢玉和碳化硼等为防弹材料制成的防弹头盔，可有效地防止54式手枪，51式普通弹丸对人体头部的伤害。
目前，防弹材料的防弹层多用金属、陶瓷片、玻璃钢、尼龙、凯夫拉、超高分子量聚乙烯纤维等材料，构成单一或复合型防护结构，在保证良好防弹效果的同时无法兼具轻便及舒适等特点。石墨烯是目前已知最薄、最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材高200倍，如用0.1微米厚的石墨烯膜制成包装袋可承受2吨重物品压力。
现有的石墨烯防弹板多应用于装甲车辆，有关石墨烯防弹头盔的产品还未见报道。
技术实现要素：
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种石墨烯防弹头盔，其重量轻，抗压抗冲击性能强，且抗重复冲击性能好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯防弹头盔，为粘结剂粘合在一起的三层夹心结构，其内外层分别为芳纶预浸布和高模高强聚乙烯纤维无纬布，芯层为碳化硅、石墨烯及铝混合增强的海绵结构复合体，所述的海绵复合体的制备方法为：将石墨烯及二氧化硅包覆铝粉与酒精溶液混合，其中石墨烯占混合溶液的重量百分比为6～8％，二氧化硅包覆铝粉占混合溶液的重量百分比为3～5％；然后取与石墨烯等重量的碳化硅粉末，并将其添加到上述混合溶液中，超声波混合搅拌1.5～2小时，得混合悬浮液；将开孔聚氨酯海绵浸入到混合悬浮液中，并施加压力以排出开孔聚氨酯海绵内的气体，继续超声波振荡6～8小时；然后将挂料的聚氨酯海绵在室温下干燥2小时得到海绵复合体，然后放入加热炉中，在0.5～2mpa的氮气氛围下加热至350～380℃并保温，同时将铝合金基体粉末加热至700～750℃成熔体后保温，通过惰性气体对该铝合金熔体施加5～10mpa的压力，并保持该压力状态0.5～2h使海绵复合体中的孔隙全部充满铝合金熔体，然后冷却至80～100℃，保温40～60分钟，最后冷却至室温，获得碳化硅、石墨烯及铝混合增强的海绵结构复合体。
作为进一步的优选实施方案，所述开孔聚氨酯海绵的孔隙率为90～95％，孔径范围为0.8～1.1mm。
作为进一步的优选实施方案，内外层的厚度分别为5～8mm，芯层的厚度为10～15mm。
本发明的积极效果：本发明首先利用聚氨酯海绵为载体对石墨烯及碳化硅进行海绵结构分散性结合，以形成非实心的孔隙型骨架，然后将铝合金熔体填充到孔隙中，且在高温填充过程中聚氨酯海绵会受热分解产生气体，二氧化硅包覆铝粉熔融以提高与铝合金熔体结合强度，在最终形成的海绵结构体中同样具有一定的孔隙率，在降低产品质量的同时还为石墨烯提供了充分的弹性变形空间，显著提高了产品的防弹性能。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细说明。
实施例1
本发明优选实施例1提供一种石墨烯防弹头盔，为粘结剂粘合在一起的三层夹心结构，其内外层分别为芳纶预浸布和高模高强聚乙烯纤维无纬布，芯层为碳化硅、石墨烯及铝混合增强的海绵结构复合体，所述的海绵复合体的制备方法为：将石墨烯及二氧化硅包覆铝粉与酒精溶液混合，其中石墨烯占混合溶液的重量百分比为7％，二氧化硅包覆铝粉占混合溶液的重量百分比为4％；然后取与石墨烯等重量的碳化硅粉末，并将其添加到上述混合溶液中，超声波混合搅拌1.5～2小时，得混合悬浮液；将开孔聚氨酯海绵浸入到混合悬浮液中，并施加压力以排出开孔聚氨酯海绵内的气体，继续超声波振荡6～8小时；然后将挂料的聚氨酯海绵在室温下干燥2小时得到海绵复合体，然后放入加热炉中，在0.5～2mpa的氮气氛围下加热至350～380℃并保温，同时将铝合金基体粉末加热至700～750℃成熔体后保温，通过惰性气体对该铝合金熔体施加5～10mpa的压力，并保持该压力状态0.5～2h使海绵复合体中的孔隙全部充满铝合金熔体，然后冷却至80～100℃，保温40～60分钟，最后冷却至室温，获得碳化硅、石墨烯及铝混合增强的海绵结构复合体。
所述开孔聚氨酯海绵的孔隙率为93％，孔径范围为0.9mm。
内外层的厚度分别为6mm，芯层的厚度为12mm。
实施例2
本发明优选实施例2提供一种石墨烯防弹头盔，为粘结剂粘合在一起的三层夹心结构，其内外层分别为芳纶预浸布和高模高强聚乙烯纤维无纬布，芯层为碳化硅、石墨烯及铝混合增强的海绵结构复合体，所述的海绵复合体的制备方法为：将石墨烯及二氧化硅包覆铝粉与酒精溶液混合，其中石墨烯占混合溶液的重量百分比为8％，二氧化硅包覆铝粉占混合溶液的重量百分比为5％；然后取与石墨烯等重量的碳化硅粉末，并将其添加到上述混合溶液中，超声波混合搅拌1.5～2小时，得混合悬浮液；将开孔聚氨酯海绵浸入到混合悬浮液中，并施加压力以排出开孔聚氨酯海绵内的气体，继续超声波振荡6～8小时；然后将挂料的聚氨酯海绵在室温下干燥2小时得到海绵复合体，然后放入加热炉中，在0.5～2mpa的氮气氛围下加热至350～380℃并保温，同时将铝合金基体粉末加热至700～750℃成熔体后保温，通过惰性气体对该铝合金熔体施加5～10mpa的压力，并保持该压力状态0.5～2h使海绵复合体中的孔隙全部充满铝合金熔体，然后冷却至80～100℃，保温40～60分钟，最后冷却至室温，获得碳化硅、石墨烯及铝混合增强的海绵结构复合体。
所述开孔聚氨酯海绵的孔隙率为95％，孔径范围为0.8mm。
内外层的厚度分别为6mm，芯层的厚度为12mm。
实施例3
本发明优选实施例3提供一种石墨烯防弹头盔，为粘结剂粘合在一起的三层夹心结构，其内外层分别为芳纶预浸布和高模高强聚乙烯纤维无纬布，芯层为碳化硅、石墨烯混合增强的海绵结构复合体，所述的海绵复合体的制备方法为：将石墨烯与酒精溶液混合，其中石墨烯占混合溶液的重量百分比为8％，然后取与石墨烯等重量的碳化硅粉末，并将其添加到上述混合溶液中，超声波混合搅拌1.5～2小时，得混合悬浮液；将开孔聚氨酯海绵浸入到混合悬浮液中，并施加压力以排出开孔聚氨酯海绵内的气体，继续超声波振荡6～8小时；然后将挂料的聚氨酯海绵在室温下干燥2小时得到海绵复合体，然后放入加热炉中，在0.5～2mpa的氮气氛围下加热至350～380℃并保温，同时将铝合金基体粉末加热至700～750℃成熔体后保温，通过惰性气体对该铝合金熔体施加5～10mpa的压力，并保持该压力状态0.5～2h使海绵复合体中的孔隙全部充满铝合金熔体，然后冷却至80～100℃，保温40～60分钟，最后冷却至室温，获得碳化硅、石墨烯混合增强的海绵结构复合体。
所述开孔聚氨酯海绵的孔隙率为95％，孔径范围为0.8mm。
内外层的厚度分别为6mm，芯层的厚度为12mm。
对比例
本对比例技术方案以现有专利公开的防弹材料制备防弹头盔，其也是由粘结剂粘合在一起的三层夹心结构组成，其内外层分别为芳纶预浸布和高模高强聚乙烯纤维无纬布，中间层为碳化硅和石墨烯混合增强的铝基复合材料板材，内外层的厚度分别为6mm，中间层的厚度为12mm，中间层的制备方法为：
⑴将石墨烯与酒精溶液混合，石墨烯占混合溶液的重量百分比为0.5％～5％，利用超声波振荡制备出单分散的石墨烯均匀溶液；
⑵按石墨烯与碳化硅的重量百分关系称取碳化硅粉末，将碳化硅粉末添加到石墨烯均匀溶液中；
⑶将步骤⑵得到的混合溶液装入到球磨罐中，进行机械球磨，球磨时间为20～40小时；
⑷球磨结束后将混合溶液取出，装入到大烧杯并放入烘箱中烘干，得到石墨烯和碳化硅的混合物；
⑸在室温下，将石墨烯和碳化硅的混合物装入冷压模具中，利用液压机压制成平板形实心骨架，压力为3～7mp；
⑹将冷压成的平板形实心骨架装入到压力浸渗设备中，将用于制备中间层板的铝合金基体粉末按配比称量后置于坩埚中，分别加热平板形实心骨架和与铝合金基体粉末，其中，平板形实心骨架加热至300～400℃并保温，铝合金基体粉末加热至700～750℃成熔体后保温，通过惰性气体对该铝合金熔体施加5～10mpa的压力，并保持该压力状态0.5～2h使铝合金熔体全部渗入平板形实心骨架中，然后将平板形实心骨架随炉冷却至室温，得到中间层，即碳化硅和石墨烯混合增强的铝基复合材料板层。
将实施例1～2制得的防弹头盔与对比例中的防弹头盔进行实弹测试，测试结果如表1。
表1实弹测试结果
从表1可以看出，本发明所述的防弹头盔在进行实弹测试之后的凹陷深度明显比对比例低，即本发明的防弹头盔防弹性能极佳，有效的提高了使用人员的安全系数，且经多枪打击的防弹效果优良，原因是由于该防弹头盔受到子弹冲击时，充足的变形空间及石墨烯与碳化硅的增强效果能够消耗大量的子弹冲击能，内外层的设计有利于子弹能量的初步衰减及运动方向的改变。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。