一种防护型车用轻质复合防弹装甲板及其制备、安装方法与流程

本发明涉及防弹技术领域，具体涉及一种防护型车用轻质复合防弹装甲板及其制备方法。

背景技术：

目前，防护型车辆常用的防弹装甲板主要为高强度钢板或合金钢板，能够防御一定能量的物理攻击，减轻遭受子弹射击的伤害，是一种用于抵挡或削弱攻击力，抵消或减轻对于保护目标伤害的保护壳。

而随着新型弹药的发展，高速动能弹、穿甲燃烧弹、新型破甲弹的不断出现，子弹的侵彻能力不断提高，各种防弹车辆、移动军事装备设施的防护等级也相应提高。如果仅依靠增大高强度钢板或者合金钢板的厚度来提高防弹装甲板的保护能力，则会相应地增加重量，从而导致车辆机动性下降，增加了暴露在敌方火力下的时间，相应地增加了中弹风险。若改用高性能防弹钢板或其他合金材料替代现有车体钢板基材，提高防弹能力，则其焊接性能下降，对于车体的加工和刚强度稳定性带来风险，工艺可实施性较差。

因此，在目前阶段钢板综合防弹性能无大跨度发展的背景下，为保证防弹车辆的机动能力和防护等级提升的同时，还需要满足工艺可实施性优良，并兼顾维修性，这使得防弹板必须向着高防护、轻量化、复合化的趋势发展。

技术实现要素：
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针对上述问题，本发明目的在于提供一种高防护、轻量化、复合化的防护型车用轻质复合防弹装甲板。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种防护型车用轻质复合防弹装甲板，包括从外到内依次设置的面板腔体、防弹基层、粘接层b、防弹内衬层及背板层；

所述面板腔体位于最外侧，作为车体外部直观面，为封闭壳体结构；面板腔体内部设有粘接层a及陶瓷层，所述陶瓷层由多个多边形小陶瓷片组合粘接而成；所述粘接层a为结构胶层，固定粘接内部的多边形小陶瓷片和外部的面板腔体；所述防弹基层为防弹钢板；所述防弹内衬层采用芳纶纤维层或聚乙烯纤维，通过酚醛改性树脂进行层层粘接，模压成型；所述面板腔体与防弹基层通过增强螺栓组件连接，所述增强螺栓组件包括螺栓、位于螺栓顶部的装甲板钢补强片、双螺母及套在螺栓上的装甲板钢垫圈，螺栓焊接在防弹基层上，面板腔体中部开孔套在螺栓上，外部通过双螺母紧固缩紧。

进一步的，所述面板腔体使用铝合金或聚脲。

进一步的，所述多边形小陶瓷片为交叉排列于粘接层a内部的六边形陶瓷片，其材质为氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷或者碳化硼陶瓷。

进一步的，所述面板腔体的壳体厚度范围为0.5mm-1mm，陶瓷层厚度为3mm-12mm，防弹内衬层厚度为5mm-10mm。

进一步的，所述粘接层b采用聚丙烯胶。

进一步的，所述背板层包括背板层a、背板层b及背板层c，所述背板层a与防弹内衬层粘接，所述背板层b与背板层a粘接，所述背板层c与背板层b粘接，所述背板层a、背板层b及背板层c材质分别为xpe泡沫、abs塑料及pvc，背板层b厚度为2-3mm，背板层c厚度为0.5mm-1mm。

进一步的，所述的防护型车用轻质复合防弹装甲板的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按设计排布图，在未封闭的面板腔体内部粘接多个多边形小陶瓷片，组成陶瓷板，达到正确的边界尺寸和孔位；

步骤2：在陶瓷板表面均匀涂胶，使其与面板腔体内侧面粘接；

步骤3：封闭面板腔体，完成面板腔体-结构胶-陶瓷层-结构胶-面板腔体的复合预制件；

步骤4：将步骤3中的复合预制件放入压机模板，升温至110℃-130℃并保温、保压20分钟，然后保压冷却至100℃以下开模出板，水平放置待自然冷却至常温；

步骤5：背板层b及背板层c通过吸塑成型，背板层b背面粘贴背板层a+铝箔+双面胶。

进一步的，所述的防护型车用轻质复合防弹装甲板的安装方法，包括如下步骤：

步骤.在装甲车身板即防弹基层表面摆放内置粘接层a及陶瓷层的面板腔体，在车身上标记陶瓷板的每个螺栓孔位；

步骤.在装甲车身板上依次焊装每块面板腔体的螺栓，并采用焊接辅具保证螺栓与钢板表面的垂直度；

步骤3.在螺栓上依次披挂安装装甲板钢垫圈、面板腔体、双螺母及装甲板钢补强片，并应采用弹性垫圈以防止螺母松脱。

步骤4：背板层b及背板层c通过吸塑成型，背板层b背面粘贴背板层a+铝箔+双面胶，通过预留支架及固定点进行卡扣连接或者螺栓连接固定于防弹基层上，背板层a与防弹内衬层压紧贴合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明的防护型车用轻质复合防弹装甲板，通过设置陶瓷层，弹体撞击陶瓷表面，在集中应力下破碎陶瓷表面并形成弹坑，陶瓷通过自身高硬度抵御穿甲燃烧弹能量，并通过自身脆性碎裂和粉化，分解和消耗能量。相比普通金属防弹材料，装甲板板抗击穿甲弹能力提高，同时也具有耐高温、密度小和耐高腐蚀性的特征，提高了此防弹板的使用寿命。

2.本发明的防护型车用轻质复合防弹装甲板，通过小尺寸陶瓷拼接的方法，减少陶瓷本身脆性等问题导致的裂纹扩散，提升陶瓷材料抗击多发弹的装甲板持续防护能力。

3.本发明的防护型车用轻质复合防弹装甲板，通过设置陶瓷四周约束结构，降低了弹丸侵彻产生的陶瓷粉末柱在弹丸压力下向四周流动扩散，增大了对弹体的磨蚀作用，增加了陶瓷层的抗弹性能。

4.本发明的防护型车用轻质复合防弹装甲板通过陶瓷层与防弹基层连接形式采取焊接高强度螺栓的方式，并搭配安装装甲板钢垫圈、装甲板钢补强片进行连接，补充了防弹薄弱区的漏弹风险。

5.本发明的防护型车用轻质复合防弹装甲板通过设置粘接层，增加了陶瓷片的附着强度和整体排列稳定性，当陶瓷层被击穿，弹孔处不会因为陶瓷片相互间的排列成型强度弱，导致动能传播，使陶瓷层松动、裂缝扩张、整体崩塌而造成大面积防弹陶瓷失效，显著提升防弹板的防弹稳定性。

6.本发明的防护型车用轻质复合防弹装甲板通过设置防弹内衬，采用芳纶材料高性能纤维，可吸收子弹击中陶瓷层和高强度钢板基层时传递的能量，在子弹击碎陶瓷，侵彻钢板层使其局部变形或穿透后进一步吸收子弹残余能量。同时可根据不同的防弹级别，制成不同等级的防弹板，质量轻，密度小，轻量化程度高，实用性强。

7.本发明的防护型车用轻质复合防弹装甲板通过设置背板层，采用abs+pvc，进一步提升缓冲效果，可阻挡子弹侵彻前防弹各层后产生的子弹碎屑，防止弹屑进入车体内部，对乘员舱的人员造成二次伤害。同时背附的xpe泡沫还具备吸收弹击噪音传递，提升汽车nvh性能，有效保护车内人员耳膜的优点，且表皮外观质量优良，位于车体内部，美观性强。

8.本发明的防护型车用模块化轻质复合防弹装甲板，通过多层复合结构，在防弹板损坏的情况下，不需要车辆整体进行维修，只需要更换防弹结构块，而且结构简单，操作方便，维修成本大幅降低，二次使用性强，为防护型车辆的装甲板板使用带来便利。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的结构示意图；

图2为本发明较佳实施例的螺栓连接剖面结构图(图中粘胶层未示出)；

图中：1-面板腔体；2-粘接层a；3-陶瓷层；4-防弹基层；5-粘接层b；6-防弹内衬层；7-背板层a；8-背板层b；9-背板层c；10-螺栓增强组件、101-螺栓；102-装甲板钢补强片；103-装甲板钢垫圈103；104-双螺母。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参考图1，一种防护型车用轻质复合防弹装甲板，包括从外到内依次设置的面板腔体1、防弹基层4、粘接层b5、防弹内衬层6及背板层，每一层均有其对应的抗弹功能，各层的防弹功能不同源于其材料及对应的防弹机理的不同，通过各层发挥各自的防弹能力；

所述面板腔体1位于最外侧，作为车体外部直观面，为封闭壳体结构；其材质为铝合金或聚脲，可优选铝合金材料，其声阻抗在同类金属中较小；盖板+四周约束+背板并不作为抗弹主体,虽然选取硬度较高的防弹钢可以有效的破坏弹头；面板腔体1内部设有粘接层a2及陶瓷层3；所述陶瓷层3由多个多边形小陶瓷片组合粘接而成，面板腔体包覆于陶瓷层上、下面及四周，陶瓷层形成完全的立体约束，降低了弹丸侵彻产生的陶瓷粉末柱在弹丸压力下向四周流动扩散，增大了对弹体的磨蚀作用，增加了陶瓷层的抗弹性能；所述粘接层a2为结构胶层，固定粘接内部的多边形小陶瓷片和外部的面板腔体1；

抗弹机理为：弹体撞击陶瓷表面，在集中应力下破碎陶瓷表面并形成弹坑，陶瓷通过自身高硬度抵御穿甲燃烧弹能量，并通过自身脆性碎裂和粉化，分解和消耗能量。相比普通金属防弹材料，装甲板抗击穿甲弹能力高，同时也具有耐高温、密度小和耐高腐蚀性的特征，适合作为外层防护材料。可优选氮化硅陶瓷作为材料(密度≈3.14g/cm3，硬度≥2400hv，抗弯强度≥380mpa，其轻量化程度高，防弹性能强)，氮化硅陶瓷的性能和价格适中，防弹性能优良，适合在车辆上大面积推广。由于陶瓷抗多发弹打击性能差,裂纹扩展较为严重,因此,采用小尺寸陶瓷拼接的方案能避免大面积的陶瓷碎裂。常用的陶瓷形状有圆形、正方形、正六边形等,圆形由于装配间隙过大,因此常用于斜面防护,正方形的直角容易影响板内应力波传播,本专利可正六边形为设计方案。

子弹通过第一层盖板时，弹头铜壳等较软材质的部件首先失效,穿过第一层金属盖板时钢芯尖端已经破碎。随后携带较高的初始动能的子弹对陶瓷产生挤压作用,陶瓷板由内部微小空隙形成裂纹扩展,子弹开始侵彻陶瓷板。子弹进入开坑、钝粗阶段,在稳定侵蚀阶段中,由于盖板和四周约束的作用,减弱了子弹前方陶瓷粉末(颗粒)柱区域的反溉现象和膨胀效应,增强了陶瓷粉末(颗粒)区域对子弹的磨蚀作用。在这个过程中,子弹前端不断被磨蚀、钝粗,子弹体积不断减小,直至子弹接触背板。之后由背板变形吸收子弹剩余动能,相比较子弹直接侵彻背板而言,此时的子弹已经被钝粗,子弹和背板的接触面变大,弹头的开坑能力急剧减弱,更有利于背板的变形吸能。相较于陶瓷无包覆结构，能更好的保证其防弹效果，并弥补陶瓷层脆性较大的问题。

所述防弹基层4为防弹钢板(即装甲车身板，防弹钢板是几乎所有防护型车体的主体结构材料，有较高的硬度，对低杀伤力子弹进行阻挡，通过子弹变形和自身变形消耗子弹冲击的能量，对于低级别子弹有很好的抵御能力，适用性广泛，故本专利采用的防护方案选取防弹钢板作为防弹基层，比较与现有其他防弹基层材料，在车体上的应用市场更广泛)；

所述防弹内衬层6采用芳纶纤维层或聚乙烯纤维，通过酚醛改性树脂进行层层粘接，模压成型，防弹内衬层6作为防弹基层的背面层，其防弹功能主要体现在吸收能量，通过纤维织物的变形、破坏、摩擦散热、声抗散能、枪弹物理变形，进行子弹能量的吸收。其质量轻，密度小，轻量化程度高，实用性强。本专利选取的芳纶纤维作为目前市场上成熟度最高的纤维中的一种，且具备其他纤维不具备的耐高温特性，能很好地补充抵御穿甲燃烧弹的能力，安装维修时，仅需要从车体内部拆卸破损或凸起的凯夫拉芳纶纤维防弹内衬板，将新的层合板涂胶、压合，即可完成单块防弹内衬板的更换；

请参考图2，所述面板腔体1与防弹基层4通过增强螺栓组件10连接，所述增强螺栓组件10包括螺栓101(采用高强度螺栓(9.8级以上))、位于螺栓顶部的装甲板钢补强片102、双螺母104及套在螺栓上的装甲板钢垫圈103，螺栓101焊接在防弹基层4上，面板腔体1中部开孔套在螺栓101上，外部通过双螺母104紧固缩紧(所述双螺母104位于面板腔体1外面)。

装甲板钢补强片及装甲板钢垫圈提高了螺栓、螺栓孔处防弹薄弱区域的防弹性能；安装或者维修时，仅需要拆卸固定螺栓上的螺母，即可将待安装或破损的外部装甲板拆卸，进行单块外部面板腔体1的安装或更换，维修性相较于其他现有技术显著提高。

防弹钢板搭配“铝合金-结构胶-氮化硅陶瓷-结构胶-铝合金”面板和“凯夫拉芳纶纤维+泡沫+abs+pvc”防弹内衬，使防弹方案具备优良的防护升级性，可根据需求随时选装不同厚度的外装甲和防弹内衬，针对不同的防弹指标，具有更好的方案包容性和多样性，实用性强。

作为优选的方案，所述多边形小陶瓷片为交叉排列于粘接层a内部的六边形陶瓷片，其材质为氮化硅陶瓷或碳化硅陶瓷或者碳化硼陶瓷。

作为优选的方案，所述面板腔体1的壳体厚度范围为0.5mm-1mm，陶瓷层3厚度为3mm-12mm，防弹内衬层6厚度为5mm-10mm。

作为优选的方案，所述粘接层b5采用聚丙烯胶。

所述背板层包括背板层a7、背板层b8及背板层c9，所述背板层a7与防弹内衬层6粘接，所述背板层b8与背板层a7粘接，所述背板层c9与背板层b8粘接，所述背板层a7、背板层b8及背板层c9分别为xpe泡沫、abs塑料及pvc，背板层b8厚度为2-3mm，背板层c9厚度为0.5mm-1mm；背板层abs与pvc通过吸塑成型，外观表面质感好，面向车体内部，美观性强。背面粘贴xpe泡沫+铝箔+双面胶，通过预留支架及固定点进行卡扣连接或者螺栓连接固定于防弹基层上。背板层与防弹内衬层间通过xpe泡沫压紧贴合，达到减弱中弹噪音的效果；背板层直接置于车体内部，防弹效果上进一步地提升子弹能量缓冲，可阻挡子弹侵彻防弹前部装甲各层后产生的子弹碎屑，防止弹屑进入车体内部，对乘员舱的人员造成二次伤害。拆除方式方面，这几层材料均可热烘拆除。

该防护型车用轻质复合防弹装甲板的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：按设计排布图，在未封闭的面板腔体1内部粘接多个多边形小陶瓷片，组成陶瓷板，达到正确的边界尺寸和孔位；

步骤2：在陶瓷板表面均匀涂胶，使其与面板腔体1内侧面粘接；

步骤3：封闭面板腔体1，完成面板腔体-结构胶-陶瓷层-结构胶-面板腔体的复合预制件；

步骤4：将步骤3中的复合预制件放入压机模板，升温至110℃-130℃并保温、保压20分钟，然后保压冷却至100℃以下开模出板，水平放置待自然冷却至常温；

步骤5：背板层b8及背板层c通过吸塑成型，背板层b8背面粘贴背板层a+铝箔+双面胶。

该防护型车用轻质复合防弹装甲板的安装方法，包括如下步骤：

步骤1.在装甲车身板即防弹基层表面摆放内置粘接层a及陶瓷层3的面板腔体1，在车身上标记陶瓷板的每个螺栓孔位；

步骤2.在装甲车身板上依次焊装每块面板腔体1的螺栓101，并采用焊接辅具保证螺栓101与钢板表面的垂直度；

步骤3.在螺栓101上依次披挂安装装甲板钢垫圈103、面板腔体1、双螺母104及装甲板钢补强片102，并应采用弹性垫圈以防止螺母松脱。

步骤4：背板层b8及背板层c通过吸塑成型，背板层b8背面粘贴背板层a+铝箔+双面胶，通过预留支架及固定点进行卡扣连接或者螺栓连接固定于防弹基层上，背板层a与防弹内衬层6压紧贴合。

背板层使用abs+pvc+xpe材料，还可以使用pp+epdm替代。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。