CN102313492A - 一种复合材料防弹头盔及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于装甲防护技术领域，涉及复合材料加工技术，特别涉及人体防护技术。本发明以具有防护能力的纤维增强树脂基复合材料作为主体材料，采用与头盔外形相近的整体结构织物罩作为增强材料，按与头盔外形一致的方位铺层，采用通用复合材料成型工艺成型，经后加工得到产品。本发明涉及的复合材料防弹头盔，主体增强材料为整体结构，无搭接，不存在结构薄弱点，产品性能稳定，质量一致性好。本发明涉及的复合材料防弹头盔的制造方法，无需织物裁切，材料有效利用率可达95%以上，显著降低材料成本；制坯工序由程序控制的自动化三维或多维编织设备完成，人为影响因素少，制坯效率高，降低了加工成本。

Description

一种复合材料防弹头盔及其制造方法

技术领域

本发明属于装甲防护技术领域，涉及复合材料技术，特别涉及人体防护技术。

背景技术

中国专利97115106介绍了一种防弹头盔制造方法，其工艺过程是，有一个循环运行的涂胶带，该胶带动行的一端设有树脂胶胶池，运行的中部设有加热板，运行的另一端设有冷却板，芳纶布带一端卷在生料辊上另一端卷在熟料辊上，并由生料辊向熟料辊上卷绕，涂胶带挂胶后与芳纶布带合并在一起，共同经加热板加热，将树脂胶转移到芳纶布表面上，将带有树脂胶的芳纶布用模具冲裁成多瓣花形坯料，将该坯料依次多层叠放在一起，再放入成型模具中加压、加热成型。中国专利94105876介绍了一体成型防弹头盔制造方法，采用３０００丹尼纤维丝编织成强力纤维布，用树脂调制挤压成薄膜，令纤维布与树脂薄膜辗压一复合纤维层，再将此复合纤维布裁切旋叶片状而折弯成碗状，令其层层交错叠置，且于上侧数层圆心顶点处置入补强纤维布，以利挤压拉伸成型，再于高温高压下用模具对叠置的碗状复合纤维布加压。令其紧密结合，而成一组织细密的高密度纤维壳体，同时自动截断其成品毛边废料，再喷以耐高温的防火涂料，即可成为防弹头盔。中国专利200510020637.8介绍了高强聚乙烯纤维防弹头盔成型方法及其模具，高强聚乙烯纤维防弹头盔成型方法，包括以下步骤：将片层状的聚乙烯材料经过裁剪叠合后，置于凸模、凹模之间，厚度为8～10mm；保持压力在80～100MPa；采用油池加热和循环水冷却系统控制模具的温度和成型温度，模具温度升高达到130℃时进入保温状态，中间排气一次；保温成型25～30Min后，启动冷却系统，对模具进行冷却、定型制件。

上述专利中防弹头盔的制造均采用了如下方法：①将抗弹织物裁切成旋叶片状或多瓣花形状；②将裁切后的料片依次层层交错叠置，局部补强。

上述方法存在以下不足之处：①将抗弹织物按照模板裁切成旋叶片状或多瓣花形状时，产生大量边角废料，材料利用率低（小于70%），造成产品成本较高；同时由于不同位置需要不同的形状，因此需要多个模板，容易造成生产过程的混乱。②在坯料铺放时，将裁切后的料片依次层层交错叠置，会出现大量搭接部位，导致防护薄弱点的存在，局部补强后导致产品厚薄不均；同时由于实际操作过程中随时需要不同程度的修剪，影响产品质量均一性和性能稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种材料有效利用率高、无防护薄弱点、产品质量均一、性能稳定的复合材料防弹头盔及其制造方法。

本发明的目的是这样实现的，以具有防护能力的纤维增强树脂基复合材料作为主体材料，采用与头盔外形相近的整体结构织物罩作为增强材料，按与头盔外形一致的方位铺层，采用通用复合材料成型工艺成型，经后加工得到产品。

本发明涉及的复合材料防弹头盔，盔壳为由高强度纤维编织物作增强体的树脂基复合材料，其特征在于：增强体为与头盔外形相近的织物罩，铺层方式与头盔外形方位一致，采用通用复合材料成型工艺成型及后加工而成。

本发明涉及的复合材料防弹头盔，所述织物罩的编织方式选自平纹、斜纹、缎纹、篮纹、席纹、多向缝编中的一种。

本发明涉及的复合材料防弹头盔，盔壳为由高强度纤维编织物作增强体的树脂基复合材料，其特征在于：所述织物罩铺层结构中，各层材质、编织方式彼此独立。

本发明涉及的复合材料防弹头盔的制造方法，包括增强体制坯、盔壳成型及后加工过程，其特征在于：制坯过程包括依头盔结构设计、编织织物罩，织物罩铺叠制得干坯，采用真空辅助树脂传递模塑工艺成型盔壳。

本发明涉及的复合材料防弹头盔的制造方法，包括增强体制坯、盔壳成型及后加工过程，其特征在于：制坯过程包括依头盔结构设计、编织织物罩，织物罩铺叠制得干坯，采用树脂传递模塑工艺浸渍增强体，热压成型盔壳。

本发明涉及的复合材料防弹头盔的制造方法，包括增强体制坯、盔壳成型及后加工过程，其特征在于：制坯过程包括依头盔结构设计、编织织物罩，树脂胶液浸渍织物罩，预浸织物罩铺叠制坯，固化成型盔壳。

本发明涉及的复合材料防弹头盔的制造方法，主体增强材料无搭接，无补强，不存在结构薄弱点产品性能稳定，质量一致性好。

本发明涉及的复合材料防弹头盔的制造方法，无需织物裁切，避免了增强材料的大量浪费，材料有效利用率可达95%以上，显著降低了材料成本。

本发明涉及的复合材料防弹头盔的制造方法，制坯工序由程序控制的自动化三维或多维编织设备完成，人为影响因素少，制坯效率高，降低了加工成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明涉及的技术方案作进一步说明，但不作为对发明内容的限制。

实 施 例 一

以M型II级美式头盔为例说明头盔制作过程。

采用芳纶纤维编织厚度0.5mm的缎纹织物罩作为增强基体，铺叠层数16层，采用环氧树脂体系作为粘结基体，纤维体积含量65%。

进行头盔三维测绘，通过计算机程序进行数据整理并编制编织程序,采用徐州恒辉编制机械有限公司生产的130系列纤维编织机将日本帝人公司生产的芳纶1680dtex纤维编织织物罩；取江苏双多化工有限公司生产的681环氧树脂配制胶液（固含量50%）1000g浸渍16个织物罩，通风处晾干得到预浸织物罩。将预浸织物罩按照与头盔外形一致的方位层层叠合放置，制成坯料，放入成型模具热压成型，成型条件：1.5MPa、160℃保温1.0hr，冷却至40℃以下，脱模得到复合材料防弹头盔盔壳，经切边、喷涂、安装悬挂附件后即制成复合材料防弹头盔。

该头盔盔壳结构致密，无分层，整体厚度均匀，主体增强材料无搭接，无补强，质量均一、性能稳定，材料利用率达98%，比常规方法降低材料成本约25%，生产效率提高20%。

实 施 例 二

以M型I级德式头盔为例说明头盔制作过程。

采用高强高模聚乙烯纤维编织厚度0.3mm的篮纹织物罩作为增强基体，铺叠层数20层，采用不饱和聚酯树脂体系作为粘结基体，纤维体积含量60%。

进行头盔三维测绘，通过计算机程序进行数据整理并编制编织程序,采用徐州恒辉编制机械有限公司生产的110系列纤维编织机将湖南中泰特种装备公司生产的ZTX高强高模聚乙烯纤维编织织物罩；取南昌长兴化工实业有限公司生产的196不饱和聚酯树脂配制胶液600g，浸渍20个织物罩，通风处晾干得到预浸织物罩。将预浸织物罩按照与头盔外形一致的方位层层叠合放置，制成坯料，放入成型模具热压成型，成型条件：1.0MPa、80℃保温1.0hr，冷却至40℃以下，脱模得到复合材料防弹头盔盔壳，经切边、喷涂、安装悬挂附件后即制成复合材料防弹头盔。

该头盔盔壳结构致密，无分层，整体厚度均匀，主体增强材料无搭接，无补强，质量均一、性能稳定，材料利用率达96%，比常规方法降低材料成本约22%，生产效率提高约20%。

实 施 例 三

以L型I级中式头盔为例说明头盔制作过程。

采用高强玻璃纤维、高强尼龙纤维分别编织厚度0.2mm的席纹、三向缝编织物罩作为增强基体，铺叠层数20层，采用酚醛树脂体系作为粘结基体，纤维体积含量60%。

进行头盔三维测绘，通过计算机程序进行数据整理并编制编织程序,采用岭泰基贵翔机械公司生产的普通类型多向纤维编织机将中材科技股份有限公司特种纤维事业部生产的SC-1200高强玻璃纤维、青岛合力纤维有限公司生产的高强尼龙纤维兔毛纱分别编织织物罩，其中高强玻璃纤维席纹织物罩10个，高强尼龙纤维三向缝编织物罩10个。取德阳恒鑫化工实验厂生产的2124酚醛树脂配制胶液（固含量60%）1400g浸渍20个织物罩，于通风处晾干得到预浸织物罩。将预浸织物罩按照与头盔外形一致的方位和高强玻璃纤维织物罩预浸料与高强尼龙纤维织物罩预浸料的顺序层层交叉叠合放置，制成坯料，放入成型模具热压成型，成型条件：1.5MPa、140℃保温1.0hr，冷却至40℃以下脱模，即得到复合材料防弹头盔盔壳，经切边、喷涂、安装悬挂附件后即制成复合材料防弹头盔。

该头盔盔壳结构致密，无分层，整体厚度均匀，主体增强材料无搭接，无补强，质量均一、性能稳定，满足I级防护要求。材料利用率达95%，比常规方法降低材料成本约30%，生产效率提高25%。

实 施 例 四

以L型II级德式头盔为例说明头盔制作过程。

采用芳纶混杂纤维编织厚度0.4mm的平纹织物罩作为增强基体，铺叠层数18层，采用乙烯基酯树脂体系作为粘结基体，纤维体积含量70%。

进行头盔三维测绘，通过计算机程序进行数据整理并编制编织程序,采用徐州恒辉编制机械有限公司生产的210系列纤维编织机将日本帝人公司生产的 CT2000/1680dtex纤维与KOLON公司生产的T1000型纤维按质量比1/1制成的芳纶混杂纤维编织织物罩；取上海沥高树脂公司生产的580乙烯基酯树脂配制胶液800g，浸渍18个织物罩，于通风处晾干得到预浸织物罩。将预浸织物罩按照与头盔外形一致的方位层层叠合放置，制成坯料，放入成型模具，采用RTM工艺将树脂注入到坯料中，加热至80℃并保持1.2hr，冷却至40℃以下脱模，得到复合材料防弹头盔盔壳，经切边、喷涂、安装悬挂附件后即制成复合材料防弹头盔。

该头盔盔壳结构致密，无分层，整体厚度均匀，主体增强材料无搭接，无补强，质量均一、性能稳定，满足II级防护要求。材料利用率达96%，比常规方法降低材料成本约28%，生产效率提高20%。

实 施 例 五

以S型I级中式头盔为例说明头盔制作过程。

采用高强聚酯纤维编织厚度0.4mm的斜纹织物罩作为增强基体，铺叠层数19层，采用丁氰橡胶体系作为粘结基体，纤维体积含量70%。

进行头盔三维测绘，通过计算机程序进行数据整理并编制编织程序,采用温岭泰基贵翔机械公司生产的普通类型多向纤维编织机将福建思嘉环保材料有限公司生产的高强聚酯纤维编织织物罩；取青岛凤鸣化工有限公司生产的D201丁氰橡胶配制胶液（固含量60%）1300g，浸渍19个织物罩，于通风处晾干得到预浸织物罩。将预浸织物罩按照与头盔外形一致的方位层层叠合放置，制成坯料，放入成型模具中热压成型，成型条件：2.0MPa、150℃保温1.5hr，冷却至40℃以下脱模，得到复合材料防弹头盔盔壳坯体，经切边、喷涂、安装悬挂附件后即制成复合材料防弹头盔。

该头盔盔壳结构致密，无分层，整体厚度均匀，主体增强材料无搭接，无补强，质量均一、性能稳定，满足I级防护要求。材料利用率达95%，比常规方法降低材料成本约24%，生产效率提高22%。

Claims (6)

1.一种复合材料防弹头盔，盔壳为由高强度纤维编织物作增强体的树脂基复合材料，其特征在于：增强体为与头盔外形相近的织物罩，铺层方式与头盔外形方位一致，采用通用复合材料成型工艺成型及后加工而成。

2. 权利要求1所述的复合材料防弹头盔，所述织物罩的编织方式选自平纹、斜纹、缎纹、篮纹、席纹、多向缝编中的一种。

3. 权利要求1所述的的复合材料防弹头盔，盔壳为由高强度纤维编织物作增强体的树脂基复合材料，其特征在于：所述织物罩铺层结构中，各层材质、编织方式彼此独立。

4. 权利要求1～3所述的任一种的复合材料防弹头盔的制造方法，包括增强体制坯、盔壳成型及后加工过程，其特征在于：制坯过程包括依头盔结构设计、编织织物罩，织物罩铺叠制得干坯，采用真空辅助树脂传递模塑工艺成型盔壳。

5. 权利要求4所述的的复合材料防弹头盔的制造方法，包括增强体制坯、盔壳成型及后加工过程，其特征在于：制坯过程包括依头盔结构设计、编织织物罩，织物罩铺叠制得干坯，采用树脂传递模塑工艺浸渍增强体，热压成型盔壳。

6. 权利要求4所述的复合材料防弹头盔的制造方法，包括增强体制坯、盔壳成型及后加工过程，其特征在于：制坯过程包括依头盔结构设计、编织织物罩，树脂胶液浸渍织物罩，预浸织物罩铺叠制坯，固化成型盔壳。