CN101178295A

CN101178295A - 高强度、透明、超轻薄防弹复合材料及其生产方法

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Publication number: CN101178295A
Application number: CNA2006101545858A
Authority: CN
Inventors: 王天根
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-05-14

Abstract

本发明公开了一种高强度、透明、超轻薄防弹复合材料及其生产方法。高强度、透明、超轻薄防弹复合材料包括0.4至25毫米厚的单片无机透明基材，1至30层的有机透明层和透明粘结层，透明粘结层设于单片无机透明基材与有机透明层及两相邻有机透明层之间。高强度、透明、超轻薄防弹复合材料的生产方法为：清洗基材-送入无尘操作室-涂抹试剂-覆盖有机透明层-排挤气泡-切断-固化-多层叠加-输出。本发明具有比现有相同防弹等级的透明材料更轻、更薄、更透明，而且有更强的表层抗击碎的能力，能更好地满足各种领域对透明防弹材料的需要，特别是对透明防弹材料的重量和厚度有严格要求的航天、航空、车船、安防和特种军事装甲等应用领域需要。

Description

高强度、透明、超轻薄防弹复合材料及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料及其生产方法，尤其与防弹复合材料及其生产方法有关。

背景技术

透明防弹材料的质量关键在于厚度，重量和透明度。就同一等级的防弹材料而言，厚度愈小、重量愈轻、透明度愈高，其应用价值愈高，质量愈好。一般的透明防弹材料有多层玻璃经PVB或PU树脂夹胶而成。其透明防弹材料总厚度与该材料的防弹等级呈正相关。防弹等级愈高，防弹材料愈厚。根据中国防弹玻璃标准(GB17840-1999)，防弹玻璃的等级分为F64，F54，F56，F79和FJ79级。目前银行、金融系统多用F54级防弹玻璃，其厚度约为22-25毫米。而防弹运钞车多用F79级防弹玻璃，厚度约为25-30毫米。运钞车上的防弹玻璃太重会影响其机动性，行程，油耗和金属构件的使用寿命；运钞车上的防弹玻璃太厚使汽车边窗不能开启以交换车内空气并导致防弹运钞车的改装工艺复杂。就建筑门窗玻璃而言，这种防弹玻璃因太厚难以做成具有推广价值的中空防弹玻璃以达到保温节能、隔音防噪的效果。

为降低厚度，霍尔(Hall，1990，United States Patent 4,908,083)发明一种方法，用聚碳酸酯板与玻璃复合而成防弹玻璃。由此而制得的美国NIJ2级防弹玻璃厚度从30毫米左右下降到23毫米左右。由于玻璃和聚碳酸酯板的热膨胀性差异很大，易导致脱胶。这种方法目前虽占主导作用，但亟待改善。在斯狄文生(Stephinson，1994，United States Patent 5,368,904)和奥西玛等人(Oshima，et al.2003，United States Patent 6,630,235)的专利中，描述了用单层多聚酯膜制造防弹玻璃的方法。以上所有方法和工艺技术均不能解决透明防弹材料的本质问题：防弹玻璃太厚，面密度太高，透明度太低。

另外，防弹玻璃被手弩发射小型钢珠及飞镖击碎的案例屡有报道(见http://www3.chinaport.gov.cn/info/view.do？id＝11237318910001)。其原因是常用的防弹玻璃，有多层玻璃夹胶而成，其表层玻璃往往较薄。如F54级防弹玻璃是5+10+5结构(由5毫米，10毫米，5毫米三层玻璃与厚度为0.76至1.52毫米PVB胶片夹胶而成)，由于5毫米的玻璃层在外，极容易被打碎。若要增强表层抗击碎的能力，无疑会增加防弹玻璃的厚度。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，并创立这种材料的生产方法；使这种材料不但比现有相同防弹等级的透明材料更轻、更薄、更透明，而且有更强的表层抗击碎的能力，能更好地满足各种领域对透明防弹材料的需要，特别是对透明防弹材料的重量和厚度有严格要求的航天、航空、车船和特种军事装甲等应用领域。

为了达到上述目的，本发明是采用以下技术方案来实现的：高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，包括单片无机透明基材，1至30层的有机层和透明粘结层，透明粘结层设于单片无机透明基材与有机层及两相邻有机层之间。

所述的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，其单片无机透明基材为硬脆性无机透明材料，如浮法玻璃，钢化或半钢化玻璃，微晶玻璃，透明陶瓷玻璃。

所述的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，其有机层为高强度有机透明薄膜或片材，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯对苯二酸盐(PET)。

所述的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，其透明粘结层是一种由易流动渗透的透明液态试剂(如UV光敏无影胶，多组分热敏透明树脂)经光温处理固化而成。

所述的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，其单片无机透明基材的厚度为0.4-30毫米，有机层的厚度为0.05-8毫米，透明粘结层的厚度为0.001-3毫米。

一种高强度、透明、超轻薄防弹复合材料的生产方法为：

a)清洗单片无机透明基材，

b)将清洗干净的单片无机透明基材送入无尘操作室，

c)在单片无机透明基材的上表面涂抹易流动渗透的透明液态试剂，

d)在涂抹了易流动渗透的透明液态试剂的单片无机透明基材上覆盖有机层，

e)排挤单片无机透明基材与有机层之间的气泡，

f)在单片无机透明基材的末端用激光将多余的有机层切断，

g)将上述复合材料在温度为0-40℃和光源波长为300-400纳米的传输系统上滞留2-60分钟，使单片无机透明基材与有机层在透明粘结层形成的同时复合成一体，

h)如需将有机层多层叠加，重复从c)到g)的五个步骤，即：在前次复合的有机层上表面涂抹易流动渗透的透明液态试剂→覆盖有机层→排挤气泡→激光切断→复合，

i)在完成单片无机透明基材与所需的有机层的复合后，将所形成的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料从无尘操作室输出。

所述的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料的生产方法，其易流动渗透的透明液态试剂在单片无机透明基材上涂覆量为20-150毫升/平方米。

本发明由于采用了上述技术解决方案，因而具有以下有益效果：(一)无机透明基材表面的不平(纳米级水准)，小空隙和微裂缝是最薄弱点，受外力冲击时的碎裂始于最薄弱点，易流动渗透的透明液态试剂涂于无机透明基材表面后，会渗入这些薄弱点，排挤单片无机透明基材与有机层之间的气泡和固化易流动渗透的透明液态试剂这两道工序不但提高了这些薄弱点的抗冲击强度，而且使单片无机透明基材与有机层复合成一体，这种复合既弥补了单片无机透明基材与有机层各自缺点(前者坚而不韧，后者韧而不坚)，又发挥了各自的长处(前者硬度高，后者韧性好)，因此，单片12.7毫米厚的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料(10毫米浮法玻璃与2.7毫米胶膜复合层)能达到F79-H级防弹标准，到目前为此，没有其它同等厚度或重量的透明防弹材料具有这样的防弹性能；(二)是表面抗击碎的性能明显提高。常规的防弹玻璃由5毫米浮法玻璃+0.76毫米PVB+10毫米浮法玻璃+0.76毫米PVB+5毫米浮法玻璃夹胶后、再在背面加贴0.25毫米的防爆膜而成。因5毫米的外层浮法玻璃抗击碎的最大能量不及10毫米浮法玻璃的六分之一，常规的防弹玻璃极易被手弩发射小型钢珠及飞镖击碎。本发明所制成的单片防弹玻璃的总厚度大于常规防弹玻璃中的最厚层，其表面抗击碎的性能明显高于常规防弹玻璃；(三)是生产方法高效节能。常规防弹玻璃生产需加温100℃以上，抽真空设备，又不能连续生产，本发明的生产不需高温，不需抽真空设备清除夹层间的气泡，单位产量的能耗小于常规防弹玻璃生产的25％，且可连续生产；由于总厚度减小50％，单位面积的玻璃等原材料消耗也相应减少50％以上；(四)是本发明所制成的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，一面是硬脆性无机透明材料，另一面是有机透明复合层。这种单片复合材料具有单向防护的能力，当硬脆面受到子弹等外物冲击时，里面的人可免于子弹的伤害；而里面的人若从有机透明复合层向外射击，其子弹可以穿过这种复合材料，命中外面的目标。上述四大优点使本高强度、透明、超轻薄防弹复合材料能更好地满足各种领域对透明防弹材料的需要，特别是对透明防弹材料的重量和厚度有严格要求的航天、航空、车船和特种军事装甲等应用领域。

附图说明

图1是本发明的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料的结构示意图。

图2是本发明的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料的制作工艺示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。

实施例1：如图1所示，高强度、透明、超轻薄防弹复合材料包括单片无机透明基材1，1至30层的有机层2和透明粘结层3，透明粘结层3设于单片无机透明基材1与有机层2及两相邻有机层2之间，单片无机透明基材1为硬脆性无机透明材料，如浮法玻璃，钢化或半钢化玻璃，微晶玻璃，透明陶瓷玻璃，有机层2为高强度有机透明薄膜或片材，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯对苯二酸盐(PET)，透明粘结层3是一种由易流动渗透的透明液态试剂(如UV光敏无影胶，多组分热敏透明树脂)经光温处理固化而成。

实施例2：如图1所示，1是外层0.4毫米至30毫米厚的单片无机透明基材(简称无机层)，2是高强度有机透明薄膜或片材层(简称有机层)，3是透明粘结层，设于无机层与有机层及两相邻有机层之间，有机层2和透明粘结层3的组合是一个有机复合单元。有机复合单元的数量根据产品的要求而定，全部有机复合单元组成一个有机透明复合层。一个有机透明复合层与无机透明层的复合形成高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，其余同实施例1。

实施例3：高强度、透明、超轻薄防弹复合材料的生产方法为：a)清洗单片无机透明基材1，b)将清洗干净的单片无机透明基材1送入无尘操作室，c)在单片无机透明基材1的上表面涂抹易流动渗透的透明液态试剂，d)在涂抹了易流动渗透的透明液态试剂的单片无机透明基材1上覆盖有机层2，e)排挤单片无机透明基材1与有机层2之间的气泡，f)在单片无机透明基材1的末端用激光将多余的有机层2切断，g)将上述复合材料在温度为0-40℃和光源波长为300-400纳米的传输系统上滞留2-60分钟，使单片无机透明基材1与有机层2在透明粘结层3形成的同时复合成一体，h)如需将有机层2多层叠加，重复从c)到g)的五个步骤，即：在前次复合的有机层2上表面涂抹易流动渗透的透明液态试剂→覆盖有机层2→排挤气泡→激光切断→复合，i)在完成单片无机透明基材1与所需的有机层2的复合后，将所形成的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料从无尘操作室输出。

实施例4：高强度、透明、超轻薄F56防弹复合材料，其基本结构见图1，它包括19毫米厚的单片浮法玻璃1和20个复合单元(即20层的0.25毫米厚的聚乙烯对苯二酸盐(PET)有机层2和透明粘结层3)，透明粘结层3是一种由易流动渗透的透明液态试剂固化而成的，这种易流动渗透的透明液态试剂为无色、透明、非亲水的双组分改性的聚氨酯材料，透明粘结层3设于单片无机透明基材1与有机层2及两相邻有机层2之间，透明粘结层3的厚度为0.0028毫米，其余同实施例1、2和3。本实施例高强度、透明、超轻薄防弹复合材料的总厚度仅24毫米，但能达到中国国家标准GB17840-1999《防弹玻璃》中F56级防弹标准的要求。

实施例5：0.7毫米超轻薄电子玻璃，其基本结构类似于图1，它包括0.6毫米厚的单片浮法玻璃1和1个复合单元(即0.1毫米厚的聚丙烯(PP)有机层2和透明粘结层3)，透明粘结层3是一种由易流动渗透的透明液态试剂固化而成的，这种易流动渗透的透明液态试剂为无色、透明的聚氨酯丙烯酸酯材料，透明粘结层3设于单片无机透明基材1与有机层2之间，透明粘结层3的厚度为0.0028毫米，其余同实施例1、2和3。本实施例高强度、透明、超轻薄复合材料的总厚度为0.7毫米。该材料其强度远远大于相同厚度的其他无机透明材料。

实施例6：高强度、透明、超轻薄防弹复合材料的生产方法，其易流动渗透的透明液态试剂(UV光敏聚氨酯材料)在单片无机透明基材1上涂覆量为20-150毫升/平方米，其余同实施例1、2和3。

实施例7：无机透明基材为8毫米钢化玻璃，有机层为0.25毫米厚的PET材料，有机复合单元数为3，易流动渗透的透明液态试剂为无色、透明、非亲水的改性的聚氨酯材料，它在单位面积上的涂覆量为28至40毫升/平方米，其余同实施例1、2和3。所制得材料其抗击碎性能显著地高于8毫米钢化玻璃。

实施例8：F79级透明防弹材料制作：根据所需尺寸规格，取10毫米浮法玻璃一块。清洗后，送入无尘操作室，有机复合单元数为10，易流动渗透的透明液态试剂为无色、透明、非亲水的改性的聚氨酯材料，其余同实施例1、2和3，从而形成2.7毫米厚的有机透明复合层。上述复合材料在有机透明复合层形成后从无尘操作室输出。所制得材料仅12.7毫米厚，但能达到中国国家标准GB17840-1999《防弹玻璃》中F79级防弹标准的要求。

实施例9：NIJ1级透明防弹材料：根据所需尺寸规格，取6毫米浮法玻璃一块，用0.25毫米的PET高透明薄膜，有机复合单元数为4，按照图2所述基本生产工艺流程进行复合，易流动渗透的透明液态试剂为无色、透明、非亲水的改性的聚氨酯材料，其余同实施例1、2和3。这种复合玻璃，其总厚度仅为7毫米左右，但能达美国NIJ1级防弹标准的要求。

实施例10：F64级透明防弹材料：根据所需尺寸规格，取6毫米以上(包含6毫米)浮法玻璃一块，用0.25毫米的PET高透明薄膜，有机复合单元数为4，按照图2所述基本生产工艺流程进行复合。易流动渗透的透明液态试剂为无色、透明、非亲水的改性的聚氨酯材料，其余同实施例1、2和3。这种复合玻璃，其厚度仅为7毫米左右，但能达中国F64级防弹标准的要求。

实施例11：F54级透明防弹材料：根据所需尺寸规格，取8毫米以上(包含8毫米)浮法玻璃一块，用0.25毫米的PET高透明薄膜，有机复合单元数为8，按照图2所述基本生产工艺流程进行复合，其余同实施例1、2和3。这种复合玻璃，其厚度仅为10毫米左右，但能达中国F54级防弹标准的要求。

实施例12：NIJ2-9MM级透明防弹材料：根据所需尺寸规格，取9.5毫米(3/8英寸)浮法玻璃一块，用0.25毫米以上的PET高透明薄膜，有机复合单元数为7，按照图2所述基本生产工艺流程进行复合其余同实施例1、2和3。这种复合玻璃，其厚度仅为11毫米左右，但能通过美国NIJ2级防弹标准所需的9毫米枪弹测试的要求

Claims

1.一种高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，其特征在于：它包括单片无机透明基材(1)，1至30层的有机层(2)和透明粘结层(3)，透明粘结层(3)设于单片无机透明基材(1)与有机层(2)及两相邻有机层(2)之间。

2.根据权利要求1所述的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，其特征在于：单片无机透明基材(1)为硬脆性无机透明材料，如浮法玻璃，钢化或半钢化玻璃，微晶玻璃，透明陶瓷玻璃。

3.根据权利要求1所述的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，其特征在于：有机层(2)为高强度有机透明薄膜或片材，如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯对苯二酸盐(PET)。

4.根据权利要求1所述的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，其特征在于：透明粘结层(3)是一种由易流动渗透的透明液态试剂(如UV光敏无影胶，多组分热敏透明树脂)经光温处理固化而成。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料，其特征在于：单片无机透明基材(1)的厚度为0.4-30毫米，有机层(2)的厚度为0.05-8毫米，透明粘结层(3)的厚度为0.001-3毫米。

6.一种高强度、透明、超轻薄防弹复合材料的生产方法，其特征在于其生产方法为：

a)清洗单片无机透明基材(1)，

b)将清洗干净的单片无机透明基材(1)送入无尘操作室，

c)在单片无机透明基材(1)的上表面涂抹易流动渗透的透明液态试剂，

d)在涂抹了易流动渗透的透明液态试剂的单片无机透明基材(1)上覆盖有机层(2)，

e)排挤单片无机透明基材(1)与有机层(2)之间的气泡，

f)在单片无机透明基材(1)的末端用激光将多余的有机层(2)切断，

g)将上述复合材料在温度为0-40℃和光源波长为300-400纳米的传输系统上滞留2-60分钟，使单片无机透明基材(1)与有机层(2)在透明粘结层(3)形成的同时复合成一体，

h)如需将有机层(2)多层叠加，重复从c)到g)的五个步骤，即：在前次复合的有机层(2)上表面涂抹易流动渗透的透明液态试剂→覆盖有机层(2)→排挤气泡→激光切断→复合，

i)在完成单片无机透明基材(1)与所需的有机层(2)的复合后，将所形成的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料从无尘操作室输出。

7.根据权利要求6所述的高强度、透明、超轻薄防弹复合材料的生产方法，其特征在于：易流动渗透的透明液态试剂在单片无机透明基材(1)上涂覆量为20-150毫升/平方米。