一种陶瓷复合材料防弹胸插板的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种陶瓷复合材料防弹胸插板，特别涉及一种超高分子量聚乙烯纤维与碳纤维增强复合材料与陶瓷片组合式的防弹胸插板的制备方法。
【背景技术】
[0002]虽然世界范围趋于和平发展，大规模战争冲突出现的几率不大，但是在国际范围内的恐怖活动和国家内部暴乱等事件仍然不断出现，这种以小范围、个体犯罪为特点的事件自然对维和人员，特别是单警或单兵的防护装备提出了特殊要求，针对暴乱人员或恐怖分子仍然持有类似狙击步枪、重型冲锋枪、重型半自动步枪等远距离、大伤害性的武器，为了保证单兵单警人身安全，就必须针对此种枪型进行其个体使用的防护胸插板开发，在保证百分之百防护特性的情况下，尽可能减轻插板重量以提高人员作战机动性，同时保证插板最大使用寿命。
[0003]装备性能由材料特性及其质量决定，随着对个体防护胸插板的轻质、结构稳定以及使用寿命的不断要求提升，从20世纪70年代以来，高性能纤维复合材料在个体胸插板领域的应用逐渐增多，这种新型防护复合材料的出现，最大化的应用了超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、PBO纤维等强度、韧性、断裂伸长等优异力学特点，在防御弹丸侵彻的基础上极大减轻了产品重量，同时有避免了金属防弹装备存在的弹头反弹隐患，成为目前个体防护装备系统主流材料。
[0004]然而高级防弹纤维复合材料的总体防御特性毕竟存在瓶颈，在防止诸如狙击步枪、重型半自动步枪、重型冲锋枪等大型单人武器发射的弹丸侵彻方面仍然存在问题，要达到防弹和低背凸的双重要求，就要做成大厚度、大重量制品才能满足，这往往使得轻质复合材料的原始特性丧失，失去了机动性、灵活性的意义。鉴于此，为了在该特定防弹级别上制备出轻质、高防弹特性的个体防弹胸插板制品，就需要综合多种材质的防弹特性，立足高级纤维复合材料的防弹特性基础，引入高性能陶瓷装甲材料，结合多材质组合新技术，同时实用新型新型的拼接工艺，制品一种陶瓷复合材料防弹胸插板，有效保证轻质特点同时发挥多种防弹材料的防护优势并保证防弹胸插板制品的使用寿命及其在复杂环境下的特性稳定。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的就是为了提供一种陶瓷复合材料防弹胸插板及其制备方法，能够得到轻质、低背凸、高低温结构稳定、使用寿命较长的结合陶瓷装甲、碳纤维复合材料、超高分子量聚乙烯纤维等防弹纤维复合材料组合的防弹胸插板制品。
[0006]本实用新型采取的技术方案为:
[0007]—种陶瓷复合材料防弹胸插板，由碳纤维复合表面刚性层、陶瓷复合材料片组合层，防弹纤维复合材料主体层、背弹面碳纤维复合防背凸层四个部分组成层状结构，模压成型制备的防弹纤维复合材料主体层与陶瓷复合材料片组合层位于中间，两者通过热塑或热固复合胶黏剂粘接同时通过增强纤维微孔铆接(增强纤维包括碳纤维、碳化硅纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维中的一种或多种组合)，在保证粘接强度的同时具备一定韧性，提高了弹丸冲击时结构抗冲击性；在碳纤维复合表面刚性层与陶瓷复合材料片组合层通过改性热固性树脂真空导入技术同时制备碳纤维表面刚性层和背弹面的防背凸层，(该技术可保证碳纤维复合表面刚性层与陶瓷复合材料片组合层之间的粘接强度较高，有效降低界面空隙，增强界面致密性)所述陶瓷复合材料片组合层采用特种纤维(可选用碳化硅、氧化铝、氮化硼、碳化硼中的一种或多种混合)增强陶瓷基体的针刺插入式组合结构，有效避免了陶瓷复合材料片传统拼接结构中的接缝防弹特性薄弱问题，具备多种防弹材质的综合特性。同时可配合三维编织复合材料防碎裂框架结构设计，
[0008]所述的主体防弹纤维复合材料层，是采用高性能防弹纤维与改性热塑性树脂胶黏剂浸渍形成的二维预浸布制备；
[0009]高性能防弹纤维可选用超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、PBO纤维等其中的一种或多种混杂组合，其拉伸强度均在30g/d以上；
[0010]采用的改性热塑性树脂为热固性树脂改性的聚氨酯、聚乙烯、不饱和聚酯树脂或橡胶弹性体；
[0011 ] 该防弹纤维复合预浸布中的纤维可采用单向排布、正交排布以及多轴向排布等多种结构；根据不同防弹级别要求进行预浸布铺叠并模压成型。
[0012]所述的陶瓷复合材料片组合层采用小尺寸陶瓷复合材料片制备，该陶瓷复合材料片内部采用特种纤维增强，所用的纤维包括碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、氮化硼纤维中的一种或者多种组合编织，纤维织物与陶瓷复合材料片形成复合材料陶瓷片材，所用的陶瓷片可选用碳化硅、氧化铝、氮化硼、碳化硼中的一种或多种混合，该小尺寸陶瓷复合材料片的组合采用针刺插入式结构或三维编织防碎裂框架结构制备，单个陶瓷复合材料片可采用正方形、长方形、六角形、八角形等多种形状，其表面积在4-30cm2(针对不同防护面积可以人为在生产时灵活选择)之间可调，厚度根据防弹级别在1-50_之间进行选择，陶瓷复合材料片可根据胸插板的外型弧度要求采用弧面设计。单个陶瓷复合材料片与主体纤维防弹层的接合面采用凹槽设计，保证陶瓷复合材料片组合层与主体防弹层的界面含胶量以实现尚强尚初性结合。
[0013]所述的陶瓷复合材料片组合层中的单个陶瓷复合材料片之间可采用针刺插入式组合结构或三维编织防碎裂框架结构设计。其中的插入式组合结构在陶瓷复合材料单片的边缘设计一种插入式凹凸拼接边，同时在单片边缘设计陶瓷复合材料刺针结构，在拼接过程中通过刺针直接穿刺与凹凸边拼接相结合的形式，保证复合材料陶瓷片接缝位置不在同一垂直线上；采用针刺插入结构拼接完成后，陶瓷复合材料片组合层整体采用真空导入树脂技术使其形成整体。
[0014]所述的真空导入复合采用的树脂为加入陶瓷短纤维填料的改性热固性树脂，其中改性热固性树脂可采用热塑性树脂改性的环氧树脂或酚醛树脂或热固性聚氨酯等一种或多种，短纤维填料可选用碳化硅短纤维、氧化铝短纤维、氮化硼短纤维或碳化硼短纤维中的一种或多种，纤维长度在之间，填料含量为10-30%之间可调，真空导入的树脂含量为10-40%之间可调。
[0015]所述的三维编织防碎裂框架结构，根据选用的不同形状、厚度及数量的陶瓷复合材料片，采用无机纤维编织三维结构框架，编织所用的纤维为碳化硅纤维、氮化硼纤维、氧化铝纤维、碳纤维等中的一种或多种混杂，编织结构可选用三维四向、三维五向、三维六向等多种形式。将所用的陶瓷复合材料片嵌入三维编织框架中之后，采用树脂真空导入方式将防碎裂框架结构与陶瓷片形成整体，所用的树脂为改性热塑性树脂，包括热固性树脂改性的聚氨酯、聚乙烯、不饱和聚酯树脂或橡胶弹性体中的一种或多种。
[0016]所述的陶瓷复合材料片组合层和主体防弹层之间通过热塑/热固复合胶黏剂粘接与增强纤维微孔铆接技术，在陶瓷复合材料片层组成单元的单片复合材料陶瓷与主体防弹层基材表面采用微孔预留设计，待陶瓷复合材料片层通过上述针刺插入结构或三维编织防碎裂框架结构组合完毕后，采用热塑/热固复合胶黏剂将其与主体防弹层表面粘接，粘接同时将增强纤维通过陶瓷复合材料片层与主体防弹层的微孔进行纵向穿刺铆接，形成陶瓷复合材料片层与主体防弹纤维层的整体结合，实现界面刚度与韧性二者结合。所用的微孔铆接用增强纤维包括碳纤维、碳化硅纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维中的一种或多种组合。
[0017]所述的碳纤维表面刚性层和背弹面的防背凸层采用高强高模量碳纤维的单向或二维织物，纤维铺层数量在ι-?ο层之间可调，采用树脂真空导入工艺将上述的陶瓷复合材料片组合层与纤维主体防弹层包裹于碳纤维表面刚性层与背弹面防背凸层之中，所用的树脂包括热塑性树脂改性的环氧树脂或酚醛树脂或热固性聚氨酯等一种或多种，真空导入树脂含量(树脂含量是指碳纤维表面刚性层和背弹面防背凸层中复合材料内部树脂的重量百分比)为10-40wt%可调。
[0018]—种陶瓷复合材料防弹胸插板的制造方法包括步骤如下:
[0019](I)防弹纤维复合材料主体层制备:选用高性能防弹纤维中的一种或多种，采用改性热塑性树脂进行二维预浸布的制备，其中树脂含胶量在10_30w