高强度聚氨酯/纤维/陶瓷结构的防弹板的制作方法

本发明涉及防弹装备领域，具体涉及一种高强度聚氨酯/纤维/陶瓷结构的防弹板。

背景技术：

目前，防弹插板的复合方法多采用整块陶瓷板与高性能纤维织物层压板通过胶粘剂直接粘结而成，或将小片拼接陶瓷直接粘结到纤维织物层压板上复合而成；前者受到子弹冲击后极易导致陶瓷板的整体碎裂从而影响防弹效果；而后者制备的防弹插板，由于陶瓷片之间的缝隙而导致的局部薄弱，当防弹插板受到子弹冲击后，易造成子弹的贯穿。

单兵用防护插板在作战行动中，需要佩戴在士兵身上出入各种战场环境，很容易遇到高温、高湿、泡水，雨雪冰冻，阳光曝晒等恶劣气候和环境，防弹陶瓷、金属、高分子纤维长时间处于此环境下，其结构和性能都会发生一些改变，如老化、锈蚀等，同时吸水增重、表面冰凉等问题也会影响士兵的穿戴体验。

子弹射击时的速度很高，具有很大的动能，在和防弹插板撞击和侵彻的瞬间，能量传递给防弹插板，使插板表面破碎或凹陷，也使插板内层凹陷并把瞬时形变传递到缓冲层和人体，一小块区域很大的瞬时形变很容易造成人体组织和骨骼的受损。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足，提供一种高强度聚氨酯/纤维/陶瓷结构的防弹板，该高强度聚氨酯/纤维/陶瓷结构的防弹板在前表面、后表面、四个窄侧面喷涂聚氨酯材料，使材料包覆成一个整体，根据防弹板的材质和结构所实现的防弹效果的不同，在不同表面喷涂不同厚度的聚氨酯材料，能够很好的抵御子弹的射击，利用聚氨酯的性能和纤维布包覆层缓冲子弹射击动能产生的瞬时形变，保护穿戴者的人体组织和骨骼不受损伤；而且，相邻防弹板之间贴合紧密，有效保护防弹板之间的缝隙而导致的局部薄弱；涂敷在外表面聚氨酯材料有效抵御恶劣气候和环境，提高了防弹板的使用性能。

为了实现上述目的，本发明提供一种高强度聚氨酯/纤维/陶瓷结构的防弹板，包括内层和包覆层，所述内层包括陶瓷防弹板和纤维布层压板，所述包覆层由内至外包括纤维布包覆层和聚氨酯包覆层，所述包覆层包覆在内层外，在所述纤维布包覆层不同表面涂敷不同厚度的聚氨酯包覆层。

优选地，所述纤维布层压板的每层纤维布的对应经纬线之间偏移一定角度。

优选地，所述纤维布包覆层按上下两个方向相互交替进行包覆。

优选地，所述聚氨酯由a、b双组分制备，所述a组份包括聚醚二元醇、二异氰酸酯和稀释剂，所述b组份包括端氨基聚醚、胺类扩链剂、耐磨剂、催化剂。

优选地，其中，以组份a的总重量为1为基准，所述组份a包括：

聚醚二元醇30wt％～59.7wt％；

二异氰酸酯30wt％～61wt％；

稀释剂3wt％～11wt％；

以组份b的总重量为1为基准，所述组份b包括：

优选地，所述稀释剂选自邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸丁酯和碳酸丙酯中的至少一种。

优选地，所述耐磨剂采用羟基硅油、聚四氟乙烯微粉和氧化石墨烯中的至少一种。

优选地，所述胺类扩链剂选自二乙基甲苯二胺、4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷和偶氮甲酰胺中至少一种。

优选地，所述催化剂选自二月桂酸二丁锡、氯化亚锡和辛酸亚锡中的至少一种。

优选地，所述组份a和组份b的重量比为1：(0.9-1.1)。

通过上述技术方案，防弹板在前表面、后表面、四个窄侧面喷涂聚氨酯材料，使材料包覆成一个整体，根据防弹板的材质和结构所实现的防弹效果的不同，在不同表面喷涂不同厚度的聚氨酯材料，能够很好的抵御子弹的射击；子弹射击时的速度很高，具有很大的动能，由聚氨酯包覆层先对子弹射击动能进行第一步缓冲，然后子弹射击动能传递给陶瓷防弹板，使陶瓷防弹板表面破碎或凹陷，再次对子弹射击动能进行缓冲，最后由纤维布包覆层将子弹射击动能吸收，更好地保护穿戴者的人体组织和骨骼不受损伤；而且，相邻防弹板之间可以贴合紧密，有效保护防弹板之间的缝隙而导致的局部薄弱；涂敷在外表面聚氨酯材料有效抵御聚氨酯或聚脲材料能够抵抗高温、高湿、泡水，雨雪冰冻，阳光曝晒等恶劣气候和环境，降低恶劣气候和环境对陶瓷防弹板结构和性能的影响，不会影响士兵出入各种战场环境，提高使用体验。

本发明的其他特征和优点将在下面的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

附图标记说明

1陶瓷防弹板2纤维布层压板

3纤维布包覆层4聚氨酯包覆层

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或指应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。

如图1所示，一种高强度聚氨酯/纤维/陶瓷结构的防弹板，包括内层和包覆层，所述内层包括陶瓷防弹板1和纤维布层压板2，所述包覆层由内至外包括纤维布包覆层3和聚氨酯包覆层4，所述包覆层包覆在内层外，在所述纤维布包覆层3不同表面涂敷不同厚度的聚氨酯。所述纤维布层压板2的每层纤维布的经纬线之间偏移一定角度。所述纤维布包覆层3按上下两个相互垂直方向交替进行包覆。

制作纤维布层压板2的过程：将多层纤维布用胶粘剂润湿，一层一层压粘接在一起，在0-90度范围内，每一层纤维布的对应经纬线偏移一定角度，例如1度、2度或3度等等，制作成纤维布层压板2，这样可以将子弹射击产生的冲击力通过纤维经纬线分散到平面的任一方向，使冲击力得到缓冲，且减轻子弹射击动能产生的瞬时形变对人体的影响，保护穿戴者的人体组织和骨骼不受损伤；

在陶瓷防弹板1背面均匀涂上胶粘剂和纤维布层压板2压合在一起；

纤维布包覆层3的制作过程：在上述陶瓷防弹板1与纤维布层压板2压合结构的上下两个方向同时开始用纤维布包覆，交替进行，一层压一层，包覆一定厚度形成纤维布包覆层3；可以进一步强化纤维布层压板2的技术效果，使子弹射击产生的冲击力通过纤维经纬线分散到平面的任一方向，使冲击力得到缓冲；

在上述纤维布包覆层3外表的前表面、后表面、四个窄侧面喷涂聚氨酯材料，使聚氨酯材料包覆成一个整体，根据防弹板的材质和结构所实现的防弹效果的不同，在不同表面喷涂不同厚度的聚氨酯材料，在厚度要求大的表面先进行喷涂，在将要达到要求厚度的时候，开始进行防弹插板的全方位喷涂，完成聚氨酯包覆层4，由此可实现防弹板表面聚氨酯材料的不同厚度和包覆层的整体性；利用聚氨酯的力学性能缓冲子弹的射击动能，保护穿戴者的人体组织和骨骼不受损伤。

所述聚氨酯由a、b双组分制备，所述a组份包括聚醚二元醇、二异氰酸酯和稀释剂，所述b组份包括端氨基聚醚、胺类扩链剂、耐磨剂、催化剂。

根据本发明，为了优化聚氨酯包覆层4(即聚氨酯材料层)的力学性能，优选条件下，以组份a的总重量为1为基准，所述组份a包括：聚醚二元醇30wt％～59.7wt％，二异氰酸酯30wt％～61wt％，稀释剂3wt％～11wt％。

根据本发明，为了优化聚氨酯包覆层4(即聚氨酯材料层)的力学性能，优选条件下，以组份b的总重量为1为基准，所述组份b包括：端氨基聚醚30wt％～60wt％，胺类扩链剂20wt％～45wt％，耐磨剂11wt％～34wt％，催化剂0.05wt％～0.8wt％。

根据本发明，聚醚二元醇是制备聚氨酯材料的重要原料之一，为了提高聚氨酯材料的力学性能，优选条件下，所述聚醚二元醇选自聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇和四氢呋喃-氧化丙烯二醇中的至少一种。

根据本发明，所述二异氰酸酯选自二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。

根据本发明，所述稀释剂选自邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸丁酯和碳酸丙酯中的至少一种。

根据本发明，所述端氨基聚醚选自聚醚二元胺和/或聚醚三元胺。

根据本发明，所述胺类扩链剂选自二乙基甲苯二胺、4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷和偶氮甲酰胺中至少一种。

根据本发明，本发明的耐磨剂可以采用羟基硅油、聚四氟乙烯微粉和氧化石墨烯中的至少一种。

根据本发明，所述催化剂选自二月桂酸二丁锡、氯化亚锡和辛酸亚锡中的至少一种。

根据本发明，影响聚氨酯材料的力学性能的一个因素是组份a和组份b的含量比例，优选条件下，所述组份a和组份b的重量比为1：(0.9-1.1)。

本发明还提供一种制备聚氨酯涂料的方法，包括以下步骤：

(1)对聚醚二元醇进行真空脱水处理，将脱水后的聚醚二元醇、二异氰酸酯与稀释剂在惰性气体氛围中，于35～100℃下反应2～6h，冷却出料，得到组份a；

(2)分别将端氨基聚醚、胺类扩链剂、耐磨剂在反应釜中进行减压脱水，然后加入催化剂，在35～80℃下搅拌1～4h，超声5～30min后，冷却出料，得到组份b。

以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃二醇和四氢呋喃-氧化丙烯二醇购自巴斯夫，二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯购自huntsman，邻苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸丁酯和碳酸丙酯购自山东科兴化工有限责任公司，聚醚二元胺和聚醚三元胺购自huntsman，4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷购自dorfketal、二乙基甲苯二胺和偶氮甲酰胺购自苏州湘园化工有限公司，羟基硅油购自道康宁、聚四氟乙烯微粉购自杜邦公司，氧化石墨烯购自苏州碳丰石墨烯科技有限公司，二月桂酸二丁锡、氯化亚锡和辛酸亚锡购自airproducts。

实施例1

本实施例中组份a和组份b中各原料的含量如表1所示。

(1)对30重量份聚氧化丙烯二醇进行真空脱水处理，将脱水后的聚氧化丙烯二醇与61重量份二苯基甲烷二异氰酸酯、9重量份邻苯二甲酸二辛脂在惰性气体氛围中，于35℃下反应6h，冷却出料，得到组份a；

(2)分别将30重量份聚醚二元胺、44重量份二乙基甲苯二胺、25.95重量份羟基硅油在反应釜中进行减压脱水，然后加入0.05重量份二月桂酸二丁锡，在35℃下搅拌4h，超声30min后，冷却出料，得到组份b。

表1：实施例1中组份a和组份b中各原料的含量

实施例2

本实施例中组份a和组份b中各原料的含量如表2所示。

(1)对59.7重量份聚四氢呋喃二醇进行真空脱水处理，将脱水后的聚四氢呋喃二醇与30重量份甲苯二异氰酸酯、10.3重量份邻苯二甲酸丁酯在惰性气体氛围中，于100℃下反应2h，冷却出料，得到组份a；

(2)分别将60重量份聚醚三元胺、28.2重量份4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷、11重量份聚四氟乙烯微粉在反应釜中进行减压脱水，然后加入0.8重量份氯化亚锡，在80℃下搅拌1h，超声5min后，冷却出料，得到组份b。

表2：实施例2中组份a和组份b中各原料的含量

实施例3

本实施例中组份a和组份b中各原料的含量如表3所示。

(1)对48重量份四氢呋喃-氧化丙烯二醇进行真空脱水处理，将脱水后的四氢呋喃-氧化丙烯二醇与49重量份二环己基甲烷二异氰酸酯、3重量份碳酸丙酯在惰性气体氛围中，于85℃下反应3h，冷却出料，得到组份a；

(2)分别将45.5重量份聚醚二元胺、20重量份偶氮甲酰胺、34重量份氧化石墨烯在反应釜中进行减压脱水，然后加入0.5重量份辛酸亚锡，在60℃下搅拌2h，超声15min后，冷却出料，得到组份b。

表3：实施例3中组份a和组份b中各原料的含量

实施例4

本实施例中组份a和组份b中各原料的含量如表4所示。

(1)对40重量份聚氧化丙烯二醇进行真空脱水处理，将脱水后的聚氧化丙烯二醇与52重量份甲苯二异氰酸酯、8重量份邻苯二甲酸二辛脂在惰性气体氛围中，于90℃下反应3h，冷却出料，得到组份a；

(2)分别将48.4重量份聚醚三元胺、33重量份二乙基甲苯二胺、18重量份羟基硅油在反应釜中进行减压脱水，然后加入0.6重量份氯化亚锡，在65℃下搅拌2.5h，超声15min后，冷却出料，得到组份b。

表4：实施例4中组份a和组份b中各原料的含量

实施例5

本实施例中，制备方法与实施例4相同，不同的是各物质的含量配比不同，本实施例中组份a和组份b中各原料的含量如表5所示。

表5：实施例5中组份a和组份b中各原料的含量

对比例1：将聚氨酯或聚脲材料替换为纤维布。

测试方法：按照gb-t16777的方法测试实施例1-5和对比例1中各材料层的断裂伸长率，按照gb-t16777-1997的方法测试实施例1-5和对比例1中各材料层的拉伸强度。

表6：实施例1-5和对比例1中各材料层的性能表

下面，描述本发明的高强度聚氨酯/纤维/陶瓷结构的防弹板的制作过程。

(一)将多层纤维布用胶粘剂润湿，一层一层压粘接在一起，在0-90度范围内，每一层纤维布的对应经纬线偏移一定角度，例如1度、2度或3度等等，制作成纤维布层压板2；

(二)在陶瓷防弹板1背面均匀涂上胶粘剂和纤维布层压板2压合在一起；

(三)在上述陶瓷防弹板1与纤维布层压板2压合结构的上下两个方向同时开始用纤维布包覆，交替进行，一层压一层，包覆一定厚度形成纤维布包覆层3；

(四)将组份a和组份b按照1：(0.9-1.1)重量比例混合均匀后，通过喷枪在上述纤维布包覆层3外表的前表面、后表面、四个窄侧面喷涂聚氨酯材料，使聚氨酯材料包覆成一个整体，根据防弹板的材质和结构所实现的防弹效果的不同，在不同表面喷涂不同厚度的聚氨酯材料，在厚度要求大的表面先进行喷涂，在将要达到要求厚度的时候，开始进行防弹插板的全方位喷涂，固化后形成聚氨酯包覆层4。

其中，在喷涂聚氨酯时，可以根据需要，先向纤维布包覆层3的前表面和后表面喷涂一定厚度的涂层，再向纤维布包覆层3的六个表面均匀喷涂，可以得到不同力学性能的要求的防弹板；例如：

前表面喷涂3mm厚的涂层、后表面喷涂2mm厚的涂层，再六个表面均匀喷涂2mm厚的涂层；

前表面喷涂2mm厚的涂层、后表面喷涂3mm厚的涂层，再六个表面均匀喷涂1mm厚的涂层；

前表面喷涂4mm厚的涂层、后表面喷涂1mm厚的涂层，再六个表面均匀喷涂2mm厚的涂层。

可以理解的是，防弹板的六个表面喷涂厚度并不限于上述举例内容，可以形成多种方案，在此不再一一赘述。

防弹板在前表面、后表面、四个窄侧面喷涂聚氨酯材料，使材料包覆成一个整体，根据防弹板的材质和结构所实现的防弹效果的不同，在不同表面喷涂不同厚度的聚氨酯材料，可以满足不同的需求，能够很好的抵御子弹的射击；子弹射击时的速度很高，具有很大的动能，由聚氨酯包覆层4先对子弹射击动能进行第一步缓冲，然后子弹射击动能传递给陶瓷防弹板1，使陶瓷防弹板1表面破碎或凹陷，再次对子弹射击动能进行缓冲，最后由纤维布包覆层3将子弹射击动能吸收，更好地保护穿戴者的人体组织和骨骼不受损伤；而且，在本发明的高强度聚氨酯/纤维/陶瓷结构的防弹板的四个窄侧面喷涂较薄的聚氨酯，可以使相邻的高强度聚氨酯/纤维/陶瓷结构的防弹板之间贴合紧密，有效保护防弹板之间的缝隙而导致的局部薄弱；遇到高温、高湿、泡水，雨雪冰冻，阳光曝晒等恶劣气候和环境，涂敷在外表面聚氨酯材料有效抵御聚氨酯或聚脲材料能够有效抵抗老化、锈蚀、吸水增重、表面冰凉等问题，降低恶劣气候和环境对陶瓷防弹板结构和性能的影响，不会影响士兵出入各种战场环境，提高使用体验；纤维材料和陶瓷材料相对金属材料质量轻，有利于减轻士兵的负重，增强其作战能力。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。