一种防多发弹的嵌套整板式陶瓷复合板的制作方法

1.本实用新型涉及人体防护装具研究领域，特别涉及一种防多发弹的嵌套整板式陶瓷复合板。


背景技术：

2.现代战争的形式日益更新，在可预期的未来时间内，战争已由传统的大规模、高强度高烈度攻防作战转变为维和、反恐以及特种作战等低烈度低强度军事行动，在此类军事行动中，步兵遭受轻武器弹丸和破片袭击的风险越来越大，这种情况下，单兵人体防护装具将起到保护士兵生命、降低伤害程度、维护部队士气和战斗力、保证行动成功起到至关重要的作用。
3.在传统防护材料中，陶瓷具有强度高、质量轻、耐磨性和耐腐蚀性好等特点，具有良好的抗冲击性能，目前已广泛应用于防弹衣、防弹头盔、车辆和飞机等装备的防护装甲。但是，陶瓷作为整体使用时脆性大，在经受高速冲击后会发生破碎，因此其抗多发弹能力差。
4.为了提高陶瓷的抗多发弹性能，技术上将高强高硬的陶瓷硬层与高强高模的聚合物软层结合，制成复合型防护装具，这种装具综合了硬层和软层材料各自的优点，具有优异的防护性能和广阔的市场空间。
5.现有技术中，设计陶瓷复合结构有多种方式。常见的思路是将单曲面或多曲面的整块陶瓷板粘结到金属板或复合材料表面，依赖陶瓷的高硬度高耐磨来毁坏弹丸，迫使其减速破碎，再通过金属板或复合材料捕捉降速降动能的弹丸碎块。然而，当弹丸击中陶瓷板时，在强冲击下，裂纹易于从弹着点扩展而导致整片陶瓷板被破坏，分裂成很多碎片，导致一整块材料的破碎和脱落，增大了未防弹面积，造成防多发弹时效能失效。
6.另外一种思路是采用层状复合结构设计：在脆性的陶瓷层间加入不同材质的较软或较韧的材料层(通常称之为夹层、隔离层或界面层)制成层状复合材料，这种结构的材料在应力场中是一种能量耗散结构，能克服陶瓷材料突发性断裂的致命缺点。当材料受到弯曲或冲击时，裂纹多次在层界面处受到阻碍而钝化和偏折，有效地减弱了载荷下裂纹尖端的应力集中效应。同时，这种材料的强度受缺陷影响较小，是一种耐缺陷材料，这种结构可使陶瓷材料的韧性得到很大改善。
7.此类典型的设计如专利号cn202770328u中所公开的一种复合结构防弹材料板，其包括五层材料，由表及里依次为聚碳酸酯或纤维复合材料组成的防崩落层、板或颗粒陶瓷元件组成的陶瓷层、tc4钛合金或纤维复合材料组成的碰撞层、超高分子量聚乙烯纤维无纬布或泡沫铝与超高分子量聚乙烯纤维无纬布组成的吸能反弹层、tc4钛合金或纤维复合材料组成的抵抗层，各层之间采通过粘结剂粘接，面密度为60～90kg/m2。该复合结构防弹材料具有低容重、高抗弹性能，且能抗多发弹的优点，可作为7.62mm及其以上中小型口径穿甲燃烧弹的防护材料，也可以作为舰船甲板、盾牌。
8.然而，此类材料存在的缺点是成型和烧结工艺非常复杂(包括多次成型和浇筑，热
压成型，不同异构件的连接等复杂工序)，而且原料成分庞杂，部分原料价格昂贵，不利于降低成本和大规模生产。


技术实现要素：

9.为了解决现有技术的问题，本实用新型公开了一种防多发弹的嵌套整板式陶瓷复合板，所述技术方案包括：
10.嵌套整板式陶瓷复合板包括防弹陶瓷片模块和pe或芳纶背板。将防弹陶瓷模块化，嵌套整板式防弹陶瓷由3块、6块或若干块的防弹陶瓷片模块组成，各防弹陶瓷片模块通过拼接处对应的侧边的凹槽和凸槽来拼接成嵌套式结构，使用胶黏剂将各防弹陶瓷片模块之间的缝隙粘结起来后在热压罐中预成型，使之具备整板的外型，防多弹的性能；通过预成型的嵌套整板式防弹陶瓷与pe或芳纶防弹背板材料再次在热压罐中形成一体式结构。
11.作为本实用新型的进一步方案，本实用新型一种防多发弹的嵌套整板式陶瓷复合板中的防弹陶瓷片模块，材质为氧化铝、碳化硅、氮化硅和碳化硼中的一种或几种。碳化硼硬度最高，密度最低，被认为是较理想的防弹陶瓷，只是其价格比较昂贵，使用范围相对有限；氧化铝虽然硬度较低、密度较高，但烧结性能好，工艺成熟，生产成本低，因而使用广泛；碳化硅材料的防弹性能介于碳化硼和氧化铝之间，它的硬度、弹性模量较高，密度居中。
12.作为本实用新型的进一步方案，本实用新型一种防多发弹的嵌套式陶瓷复合板中的防弹陶瓷片模块有3块、6块或若干块，通过拼接处对应的侧边的凹槽和凸槽来拼接成嵌套式结构。通过若干陶瓷片嵌套拼接的陶瓷复合板，能够减缓抗弹过程中的应力波传递，从而增强陶瓷复合防弹面板的抗多发弹性能。且当某些陶瓷片受到多次弹丸冲击造成防弹效果变差或失效后，可以方便的更换新的陶瓷片，方便战地和后方及时维修。
13.防弹陶瓷片有3块、6块或若干块。制备方式为整版陶瓷的模块化，即分别单独制备成型。模块化的陶瓷片有利于大规模成型加工，且更容易拼接成嵌套式结构，提高生产效率。防弹陶瓷片的数目过低，起不到模块化的作用，容易造成裂纹的大面积传递而造成防多发弹失效，而且陶瓷片的数目低导致单张陶瓷片面积大，不利于嵌套式陶瓷复合板加工成符合人力形态学的复杂曲面结构。从另一方面说，过多的防弹陶瓷片也不利于防弹，以及造成加工成本的提高和战地维修的复杂化。
14.所述的防弹陶瓷片模块的拼接处对应的侧边的凹槽和凸槽，所述凹槽的直径为1-16mm，间距为10-20mm，所述凸槽的直径为1-16mm，间距为 10-20mm，凹槽的深度和凸槽的长度尺寸基本吻合。本处的“直径”是指凹槽或凸槽上平行于防弹陶瓷片模块侧面的一边的长度，本处的“间距”是指相邻凹槽或凸槽之间的距离。直径低于1mm，容易导致各防弹陶瓷片模块拼接处存在抗冲击力薄弱区域，且不利于陶瓷片模块的加工和拼装，过大的直径容易导致各防弹陶瓷模块间的嵌套咬合程度不够，影响后续拼装以及热压成型工艺。间距的设置遵守同样的原则。
15.所述的防弹陶瓷片模块的凹槽的深度和凸槽的长度尺寸基本吻合。本处的“凹槽的深度”是指凹槽上垂直于防弹陶瓷片模块侧面的一边的长度，本处的“凸槽的长度”是指凸槽上垂直于防弹陶瓷片模块侧面的一边的长度。凹槽的深度1-5mm，凸槽的长度0.9-4.9mm，便于嵌套并且不因凸槽与凹槽的加工精度影响模块化的拼接缝隙。
16.作为本实用新型的进一步方案，使用胶黏剂将各防弹陶瓷片模块之间的缝隙粘结
起来后在热压罐中预成型，使之具备整板的外型，防多弹的性能。所述胶黏剂为改性耐冲击环氧树脂胶黏剂。
17.作为本实用新型的进一步方案，本实用新型一种防多发弹的嵌套整版式陶瓷复合板中的改性耐冲击环氧树脂胶黏剂，其制备方法为按照环氧树脂：端羟基丁腈橡胶：环氧稀释剂：环氧固化剂：纳米氧化铝为100：(10-15)： (15-25)：(20-30)：(2-5)的质量比混合搅拌均匀，然后向混合物中加入丁酮，所述丁酮的加入量使环氧胶黏剂的固体份含量为75-80％。
18.所述环氧树脂的环氧值为0.50-0.52mol/100g，为常见的市售产品，如巴陵石化的cyd-128树脂，陶氏化学的der331树脂，壳牌公司的828xa树脂，南亚新材料有限公司的npel128树脂，迪爱生的850s树脂，东都化成的yd128树脂等。该类树脂作为主体树脂起到高模量的作用，对pe或芳纶背板和陶瓷片有良好的粘结力，同时在陶瓷烧结炉中有耐高温的性能。
19.所述端羟基丁基橡胶为市售产品，分子量2000-3000，羟值为 0.4-0.5mmol/g。端羟基丁基橡胶的引入主要是提高环氧胶黏剂的韧性，耐冲击能力，改善伸长率等应用性能，在陶瓷片-环氧胶黏剂之间提供良好的应力缓冲作用，减轻或避免相邻的陶瓷片因应力集中或裂纹传递而破碎失效。
20.所述环氧稀释剂为常见市售产品，按结构划分有缩水甘油醚型环氧稀释剂，缩水甘油酯型环氧稀释剂和脂环族环氧稀释剂，最常用的为501稀释剂，业内已知的生产商有安徽恒远集团，南亚新材料有限公司等。
21.作为本实用新型的进一步方案，本实用新型一种防多发弹的嵌套整版式陶瓷复合板中，所述环氧胶黏剂中的丁酮的加入量使环氧胶黏剂的固体份含量为75-80％。过低的固体份含量容易环氧胶黏剂在pe或芳纶背板和陶瓷片之间发生涂料中常见的流挂现象，导致涂料厚度偏薄或不均匀；同样，过高的固体份含量也会导致环氧胶黏剂粘度过高，不利于正常施工温度下的陶瓷复合板加工。
22.作为本实用新型的进一步方案，本实用新型一种防多发弹的嵌套整版式陶瓷复合板，具有高防弹性能和防多发弹的优点，且在同等防弹性能下重量较轻，应用于人体防护装具研究领域。
23.本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
24.这种嵌套整版式陶瓷复合板在受到冲击时，由于陶瓷片间环氧胶黏剂的缓冲作用，相邻的陶瓷片所受到的影响会减小，从而使整个复合结构的损伤限制在局部区域，特别适合于防多发弹的性能需求。
25.另外，这种嵌套式复合板更容易形成各种曲面，以便于制造各种形状的防护结构。
26.其次，这种嵌套式复合板在同等防弹性能下重量较轻。
27.最后，这种嵌套式复合板制备所用原料来源广泛，成本低廉，生产工艺简单，质量稳定可控。
附图说明
28.图1为本实用新型所述的6块模块化陶瓷组成的嵌套式复合板的嵌套示意图；
29.图2为本实用新型所述的6块模块化陶瓷组成的嵌套式复合板的立体结构图；
30.图3为本实用新型所述的模块化陶瓷拼接处凹槽和凸槽的细节示意图。
具体实施方式
31.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。在以下具体实施例中，所涉及的操作未注明条件者，均按照常规条件或者制造商建议的条件进行。
32.实施例1
33.本实用新型实施例制备了防多发弹的嵌套式陶瓷复合板，具体的：
34.向料桶中加入100份环氧树脂cyd128，12份端羟基丁基橡胶，20份501 环氧稀释剂，30份593环氧固化剂，2份纳米氧化铝，再加入丁酮溶液搅拌混合均匀，配置成75％固体份的环氧胶黏剂。
35.选择3块氧化铝陶瓷片模块，其直径为5mm，相邻之间的凸槽或凹槽的间距为10mm,凹槽的深度为2mm，凸槽的长度为1.9mm。通过定位器拼接成嵌套式结构，采用上述配置的胶黏剂将各模块之间的缝隙刷涂填充，在40℃鼓风干燥箱中预烘除掉有机溶剂，再转移至热压罐中高温固化烧结成型，使之具备整板的外型，防多弹的性能。
36.通过预成型的嵌套整板式防弹陶瓷与pe防弹背板材料再次在热压罐中热压形成一体式结构，得到嵌套整版式陶瓷复合板。
37.实施例2
38.本实用新型实施例制备了防多发弹的嵌套式陶瓷复合板，具体的：
39.向料桶中加入100份环氧树脂der331，13份端羟基丁基橡胶，25份501 环氧稀释剂，20份593环氧固化剂，2份纳米氧化铝，再加入丁酮溶液搅拌混合均匀，配置成80％固体份的环氧胶黏剂。
40.选择3块碳化硅陶瓷片模块，其直径为10mm，相邻之间的凸槽或凹槽的间距为15mm,凹槽的深度为2mm，凸槽的长度为1.9mm。通过定位器拼接成嵌套式结构，采用上述配置的胶黏剂将各模块之间的缝隙刷涂填充，在40℃鼓风干燥箱中预烘除掉有机溶剂，再转移至热压罐中高温固化烧结成型，使之具备整板的外型，防多弹的性能。
41.通过预成型的嵌套整板式防弹陶瓷与pe防弹背板材料再次在热压罐中热压形成一体式结构，得到嵌套整版式陶瓷复合板。
42.实施例3
43.本实用新型实施例制备了防多发弹的嵌套式陶瓷复合板，具体的：
44.向料桶中加入100份壳牌公司的828xa树脂，15份端羟基丁基橡胶，20 份501环氧稀释剂，25份593环氧固化剂，4份纳米氧化铝，再加入丁酮溶液搅拌混合均匀，配置成78％固体份的环氧胶黏剂。
45.选择3块氮化硅陶瓷片模块，其直径为3mm，相邻之间的凸槽或凹槽的间距为15mm,凹槽的深度为1mm，凸槽的长度为0.9mm。通过定位器拼接成嵌套式结构，采用上述配置的胶黏剂将各模块之间的缝隙刷涂填充，在40℃鼓风干燥箱中预烘除掉有机溶剂，再转移至热压罐中高温固化烧结成型，使之具备整板的外型，防多弹的性能。
46.通过预成型的嵌套整板式防弹陶瓷与pe防弹背板材料再次在热压罐中热压形成一体式结构，得到嵌套整版式陶瓷复合板。
47.实施例4
48.本实用新型实施例制备了防多发弹的嵌套式陶瓷复合板，具体的：
49.向料桶中加入100份环氧树脂cyd128，10份端羟基丁基橡胶，25份501 环氧稀释剂，28份593环氧固化剂，2份纳米氧化铝，再加入丁酮溶液搅拌混合均匀，配置成78％固体份的环氧胶黏剂。
50.选择3块碳化硼陶瓷片模块，其直径为1mm，相邻之间的凸槽或凹槽的间距为10mm,凹槽的深度为1mm，凸槽的长度为0.9mm。通过定位器拼接成嵌套式结构，采用上述配置的胶黏剂将各模块之间的缝隙刷涂填充，在40℃鼓风干燥箱中预烘除掉有机溶剂，再转移至热压罐中高温固化烧结成型，使之具备整板的外型，防多弹的性能。
51.通过预成型的嵌套整板式防弹陶瓷与pe防弹背板材料再次在热压罐中热压形成一体式结构，得到嵌套整版式陶瓷复合板。
52.实施例5
53.本实用新型实施例制备了防多发弹的嵌套式陶瓷复合板，具体的：
54.向料桶中加入100份环氧树脂cyd128，15份端羟基丁基橡胶，15份501 环氧稀释剂，25份593环氧固化剂，5份纳米氧化铝，再加入丁酮溶液搅拌混合均匀，配置成78％固体份的环氧胶黏剂。
55.选择6块氧化铝陶瓷片模块，其直径为10mm，相邻之间的凸槽或凹槽的间距为20mm,凹槽的深度为3mm，凸槽的长度为2.9mm。通过定位器拼接成嵌套式结构，采用上述配置的胶黏剂将各模块之间的缝隙刷涂填充，在40℃鼓风干燥箱中预烘除掉有机溶剂，再转移至热压罐中高温固化烧结成型，使之具备整板的外型，防多弹的性能。
56.通过预成型的嵌套整板式防弹陶瓷与pe防弹背板材料再次在热压罐中热压形成一体式结构，得到嵌套整版式陶瓷复合板。
57.实施例6
58.本实用新型实施例制备了防多发弹的嵌套式陶瓷复合板，具体的：
59.向料桶中加入100份迪爱生的850s环氧树脂，15份端羟基丁基橡胶，20 份501环氧稀释剂，20份593环氧固化剂，5份纳米氧化铝，再加入丁酮溶液搅拌混合均匀，配置成80％固体份的环氧胶黏剂。
60.选择6块氧化铝陶瓷片模块，其直径为16mm，相邻之间的凸槽或凹槽的间距为15mm,凹槽的深度为5mm，凸槽的长度为4.9mm。通过定位器拼接成嵌套式结构，采用上述配置的胶黏剂将各模块之间的缝隙刷涂填充，在40℃鼓风干燥箱中预烘除掉有机溶剂，再转移至热压罐中高温固化烧结成型，使之具备整板的外型，防多弹的性能。
61.通过预成型的嵌套整板式防弹陶瓷与芳纶防弹背板材料再次在热压罐中热压形成一体式结构，得到嵌套整版式陶瓷复合板。
62.实施例7
63.本实用新型实施例制备了防多发弹的嵌套式陶瓷复合板，具体的：
64.向料桶中加入100份环氧树脂cyd128，15份端羟基丁基橡胶，20份501 环氧稀释剂，25份593环氧固化剂，5份纳米氧化铝，再加入丁酮溶液搅拌混合均匀，配置成78％固体份的环氧胶黏剂。
65.选择6块碳化硅陶瓷片模块，其直径为15mm，相邻之间的凸槽或凹槽的间距为
15mm,凹槽的深度为5mm，凸槽的长度为4.9mm。通过定位器拼接成嵌套式结构，采用上述配置的胶黏剂将各模块之间的缝隙刷涂填充，在40℃鼓风干燥箱中预烘除掉有机溶剂，再转移至热压罐中高温固化烧结成型，使之具备整板的外型，防多弹的性能。
66.通过预成型的嵌套整板式防弹陶瓷与芳纶防弹背板材料再次在热压罐中热压形成一体式结构，得到嵌套整版式陶瓷复合板。
67.实施例8
68.本实用新型实施例制备了防多发弹的嵌套式陶瓷复合板，具体的：
69.向料桶中加入100份东都化成的yd128环氧树脂，15份端羟基丁基橡胶， 20份501环氧稀释剂，25份593环氧固化剂，5份纳米氧化铝，再加入丁酮溶液搅拌混合均匀，配置成78％固体份的环氧胶黏剂。
70.选择6块碳化硼陶瓷片模块，其直径为15mm，相邻之间的凸槽或凹槽的间距为15mm,凹槽的深度为5mm，凸槽的长度为4.9mm。通过定位器拼接成嵌套式结构，采用上述配置的胶黏剂将各模块之间的缝隙刷涂填充，在40℃鼓风干燥箱中预烘除掉有机溶剂，再转移至热压罐中高温固化烧结成型，使之具备整板的外型，防多弹的性能。
71.通过预成型的嵌套整板式防弹陶瓷与pe防弹背板材料再次在热压罐中热压形成一体式结构，得到嵌套整版式陶瓷复合板。
72.上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
73.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
74.本实用新型一种防多发弹的嵌套式陶瓷复合板，该陶瓷复合板具有高防弹性能和防多发弹的优点，且在同等防弹性能下重量较轻。应用于人体防护装具研究领域。
75.检测实施例1-8中提供的嵌套式陶瓷复合板的防弹性能，将实施例1-8中提供的嵌套式陶瓷复合板分别橡皮泥贴合，用以观察陶瓷复合板上是否被子弹穿透，以及测试子弹侵彻后的弹坑深度。通过53式步枪发射7.62mm钢芯子弹垂直射击贴合后的陶瓷复合板，用橡皮泥的背凸变形值来反映弹坑深度，检测结果见表1。
76.表1嵌套式陶瓷复合板的防弹性能测试
[0077][0078]
从以上数据可以看出，实施例1-8中提供的嵌套整版式陶瓷复合板在受到单发和多发子弹冲击后，未被子弹穿透，不仅有较好的防单发子弹性能，也具有很好的防多发子弹的性能，且在同等防弹性能下重量较轻。
[0079]
本实用新型的一种防多发弹的陶瓷嵌套整版式复合板，应用于人体防护装具研究领域。
[0080]
所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。