一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材及其制备方法与流程

本发明涉及一种复合树脂板材，尤其是涉及一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材及其制备方法。

背景技术：

1、随着各种武器装备的持续发展，更大排布密度，更高性能要求的装备相继被研发出来，对装备的适应性及防护能力提出更高的要求，部分装备需承受自身喷出物的冲击，部分需防护外部高能量弹片、碎片的冲击与侵彻；需在研发新装备时同步设计耐侵彻性能，以满足不同复杂环境的抗冲击与耐侵彻要求。与往常使用金属板进行耐侵彻防护，但存在重量大、海洋环境中易腐蚀等问题，无法满足轻量化、通用化、长寿命的使用要求。

技术实现思路

1、基于耐侵彻防护的金属板材无法满足轻量化、通用化、长寿命使用要求的问题，本发明提供一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材及其制备方法。

2、本发明提供的刚柔纤维复合树脂板材用于装备或容器表面冲击与侵彻防护，利用板材本身的刚性，保证承受高速冲击时结构变形的可控性，利用板材本身的柔韧性吸收弹片、碎片等异物冲击能量，保证板材或内部材料不被异物击穿。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

4、本发明提供一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材，包括刚性层和韧性层，所述韧性层复合在刚性层之间，所述刚性层用于保证板材的结构刚度，所述韧性层主要用于消耗侵彻物的动能，防止板材被击穿；

5、其中韧性层由柔性树脂和经整形的高性能纤维柔性树脂预成型体组成；所述刚性层与经整形的高性能纤维柔性树脂预成型体之间经柔性树脂连接。当板材承受冲击时，通过韧性高性能纤维与柔性树脂的协调变形及断裂来消耗能量。

6、在本发明的一个实施方式中，所述刚性层铺设在上表面和下表面，上表面和下表面之间为中间结构，所述中间结构的铺层方式为：所述韧性层与刚性层交替铺设，且所述韧性层位于两侧。

7、在本发明的一个实施方式中，上表面和下表面的刚性层各设有1层，中间结构由所述的4层韧性层和3层刚性层交替铺设组成。

8、在本发明的一个实施方式中，所述刚性层由高强度纤维和热固性树脂或热塑性树脂经模具压制成型或树脂传递模塑成型或真空灌注成型。

9、在本发明的一个实施方式中，所述刚性层由高强度纤维增强树脂材料构成，所述刚性层的材料体系包含如下质量百分比的组分：高强度纤维60～70％、热固性树脂或热塑性树脂20～35％、助剂5～10％。

10、在本发明的一个实施方式中，所述高强度纤维选择碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维中的一种或几种的组合。

11、在本发明的一个实施方式中，所述热固性树脂选择环氧树脂、酚醛树脂或丙烯酸树脂中的一种或几种的组合。

12、在本发明的一个实施方式中，所述热塑性树脂选择聚醚醚酮、聚苯乙烯或聚氯乙烯中的一种或几种的组合。

13、在本发明的一个实施方式中，所述助剂选自1,3环己二甲胺、甲醛或异氰酸酯中的一种或几种的组合。

14、在本发明的一个实施方式中，所述经整形的高性能纤维柔性树脂预成型体经由专用工艺设备经模具压制和/或拉挤成型。

15、在本发明的一个实施方式中，所述的高性能纤维柔性树脂预成型体通过高性能柔性纤维和柔性树脂经模具压制成型或树脂传递模塑成型或真空灌注成型。

16、在本发明的一个实施方式中，所述韧性层的材料体系包含如下质量百分比的组分：柔性纤维20～35％、柔性树脂60～70％、固化剂5～10％；

17、在本发明的一个实施方式中，所述柔性纤维选择芳纶纤维、聚酯纤维或氨纶中的一种或几种的组合。

18、在本发明的一个实施方式中，所述柔性树脂选择聚氨酯、乙烯基树脂或柔性环氧树脂中的一种或几种的组合。

19、在本发明的一个实施方式中，所述固化剂选择hdi三聚体、过氧化甲乙酮或聚酰胺中的一种或几种的组合。

20、本发明还提供一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材的制备方法，包括以下步骤：

21、步骤s1、获得高性能纤维柔性树脂预成型体：

22、选用高性能柔性纤维和柔性树脂经模具压制成型或树脂传递模塑成型或真空灌注成型，形成高性能纤维柔性树脂预成型体；

23、步骤s2、对高性能纤维柔性树脂预成型体使用模具进行整形，得到经整形的高性能纤维柔性树脂预成型体；

24、步骤s3、选用高强纤维和热固性/热塑性树脂经模具压制成型或树脂传递模塑成型或真空灌注成型，得到刚性层

25、步骤s4、将整形的高性能纤维柔性树脂预成型体和刚性层分层固定在模具内，通过柔性树脂的固化形成韧性层，并同时将各层结合得到耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材。

26、在本发明的一个实施方式中，步骤s4中，所述刚性层铺设在上表面和下表面，上表面和下表面之间为中间结构，所述中间结构的铺层方式为：所述韧性层与刚性层交替铺设，且所述韧性层位于两侧。

27、与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

28、本发明中，耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材为层合结构，可以根据板材所需承受的侵彻能量及设计厚度，由多层刚性层和多层柔性层复合成型。刚性层主要用于维持结构刚度，防止板材产生大尺寸翘曲。柔性层主要用于消耗侵彻物的动能，防止板材被击穿。刚性层由高强度纤维增强树脂构成，柔性层由经整形的高韧性纤维增强树脂构成。刚柔纤维复合树脂板材外形尺寸可根据需要设计，上下表面的结构形式和内部结构可根据产品使用的空间设计。

29、本发明刚柔纤维复合树脂板材具有重量轻、强度高、耐腐蚀、可设计性好等优点，本发明所公开的板材，相对于同等厚度的钢板、铝板等金属材料，密度降低30％以上、耐侵彻能量提高20％以上、制备工艺性价比高，适合于爆炸、高速撞击等需要耐弹片、碎片冲击等工况使用。

30、概而言之，本发明刚柔纤维复合树脂板材具有轻量化、长寿命、耐腐蚀、适用环境广等技术优势。可满足现代武器装备排布紧密、适用环境复杂、耐腐蚀、高可靠性、寿命长等使用要求。

技术特征：

1.一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材，其特征在于，包括刚性层(1)和韧性层(2)，所述韧性层(2)复合在刚性层(1)之间，所述刚性层(1)用于保证板材的结构刚度，所述韧性层(2)用于消耗侵彻物的动能，防止板材被击穿；

2.根据权利要求1所述的一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材，其特征在于，所述刚性层(1)铺设在上表面和下表面，上表面和下表面之间为中间结构，所述中间结构的铺层方式为：所述韧性层(2)与刚性层(1)交替铺设，且所述韧性层(2)位于两侧。

3.根据权利要求2所述的一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材，其特征在于，上表面和下表面的刚性层(1)各设有1层，中间结构由所述的4层韧性层(2)和3层刚性层(1)交替铺设组成。

4.根据权利要求1所述的一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材，其特征在于，所述刚性层(1)由高强度纤维和热固性树脂或热塑性树脂经模具压制成型或树脂传递模塑成型或真空灌注成型；

5.根据权利要求4所述的一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材，其特征在于，所述高强度纤维选择碳纤维、玻璃纤维或玄武岩纤维中的一种或几种的组合；

6.根据权利要求1所述的一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材，其特征在于，所述经整形的高性能纤维柔性树脂预成型体(4)经由专用工艺设备经模具压制和/或拉挤成型。

7.根据权利要求1所述的一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材，其特征在于，所述韧性层(2)的材料体系包含如下质量百分比的组分：柔性纤维20～35％、柔性树脂60～70％、固化剂5～10％。

8.根据权利要求7所述的一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材，其特征在于，所述柔性纤维选择芳纶纤维、聚酯纤维或氨纶中的一种或几种的组合；

9.权利要求1-8中任一项所述耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述刚性层(1)铺设在上表面和下表面，上表面和下表面之间为中间结构，所述中间结构的铺层方式为：所述韧性层(2)与刚性层(1)交替铺设，且所述韧性层(2)位于两侧。

技术总结
本发明涉及一种耐侵彻的刚柔纤维复合树脂板材及其制备方法。包括刚性层和韧性层，所述韧性层复合在刚性层之间，所述刚性层用于保证板材的结构刚度，所述韧性层主要用于消耗侵彻物的动能，防止板材被击穿；其中韧性层由柔性树脂和经整形的高性能纤维柔性树脂预成型体组成；所述刚性层与经整形的高性能纤维柔性树脂预成型体之间经柔性树脂连接。当板材承受冲击时，通过韧性高性能纤维与柔性树脂的协调变形及断裂来消耗能量。与现有技术相比，本发明所涉及的板材利用多层刚性材料和柔性材料对冲击物进行多级减速，并利用固化于柔性树脂中的柔性纤维去耗散冲击物的能量，具有更好的耐侵彻性能。

技术研发人员：蔡玄龙,柯贤朝,张兆峰,刘宇盖,李小慧
受保护的技术使用者：上海材料研究所有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16