CN102815037B - 智能防弹防爆复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防弹防爆复合材料，包括有两层外层、一层夹心层，两层外层、一层夹心层呈三明治结构，外层为防弹材料,夹心层采用多孔状结构的材料，夹心层的孔隙中充溢有剪切增稠液体。本发明通过夹心层中的剪切增稠液体，可以实现复合材料在受到冲击时，能够做出智能反应，提高材料的防弹防爆性能。
Description
技术领域
本发明涉及防弹防爆材料，尤其是涉及一种利用智能材料的防弹防爆复合材料。
背景技术
传统的防弹材料大多是以高强度的金属，陶瓷，玻璃钢等材料。这些材料如果要取得好的防弹效果，一般需要足够的厚度，从而导致制成的防弹装置重量很大，对防弹装置的设计制造带来不利的影响，给防弹装置的设计带来种种限制。一种做法是利用己有的防弹材料制成复合材料，如专利（申请号：01809309.4）为一种利用己有防弹材料制成的复合材料装甲， 这种复合材料为了达到较好的防弹性能，往往设计复杂，制造成本很高。而且这些材料不能随着外界的变化而做出反应，例如当材料制成的防弹装置受到威胁时，材料本身的性能不能随之变化，防弹材料对于外界的攻击和威胁，不能做到智能反应。 如果使用传统材料设计主动反应装甲， 则是在传统的装甲上安装惰性炸药，在受到穿甲弹或破甲弹攻击时，炸药向外爆炸， 达到降低攻击的破坏效果的目的。而这一设计要想更有效地抗穿甲弹或破甲弹，则需加装传感器装置，结构设计复杂，价格高昂， 而且这种主动反应装甲在同一位置上，只能抵抗一次攻击，对外界攻击的反应速度也取决于传感装置的反应速度，对传感系统的要求极高。剪切增稠液是一种新型智能材料，这一材料在平时状态中表现为普通悬浮液体，在高速冲击下表观粘度发生巨大变化，甚至由液态转变为类固态，在冲击撤销后又能迅速恢复，具有响应速度极快，可逆性，抗冲性能好等优点。近年来，我国己经有人员利用剪切增稠液体这一智能材料开发抗冲减振装置，如专利（申请号： 200820033193.0）开发了一种活塞式抗冲减振装置。但该装置主要应用于机械部件间的减振隔振，不适用于防弹防爆。专利(申请号: 201010299423.X)利用剪切增稠液体和混凝土及移动支架，开发了一种可移动式防爆墙。该装置有较好的防爆效果，但该装置为墙体，不能应用于装甲防护等。
发明内容
本发明的目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种可以利用剪切增稠液体这一智能材料，制成能够对外界攻击和威胁自动做出反应的，结构简单的智能反应防弹复合材料, 该材料能广泛应用于车辆，航天航空等领域。
本发明是通过以下技术方案实现的：
防弹防爆复合材料，其特征在于：包括有两层外层、一层夹心层，两层外层、一层夹心层呈三明治结构，所述的外层采用防弹材料，夹心层采用多孔状或泡沫状结构的材料，夹心层的孔隙中充溢有剪切增稠液体。
所述的剪切增稠液的制备过程如下：
（1）将二氧化硅颗粒、聚甲基丙烯酸甲酯颗粒和聚苯乙烯-丙烯酸乙酯颗粒按照质量比20:1:1混合， 经过搅拌混合，水浴加热，离心干燥获得一种分散相颗粒混合物；
（2）用乙二醇、液态聚乙二醇和丙二醇按照体积比15:2:1混合为液态分散介质，经过充分研磨的分散相颗料混合物添加入分散介质，分散相颗料混合物与分散介质的质量比为1:1；
（3）经过充分搅拌和抽真空处理，制成剪切增稠液体。
所述的外层采用防弹材料，防弹材料为金属,陶瓷或玻璃。
所述的夹心层采用泡沫钢或泡沫铝材料。
本发明的优点是：
1. 通过夹心层中的剪切增稠液体，可以实现复合材料在受到冲击时，能够做出智能反应，提高材料的防弹防爆性能。
2. 由于夹心层为泡沫状或多孔状结构，与同等厚度下的防弹材料相比，质量更轻；而且采用泡沫状或多孔状结构可以提高材料的吸能能力。
3. 该材料可以加工为任何形状，广泛应用于装甲车，防弹轿车，武装直升机等。
附图说明
图1为本发明的A型复合材料示意图。
图2为本发明的B型复合材料示意图。
图3为本发明的C型复合材料示意图。
具体实施方式
实施例1
在图1中，复合材料分为两个外层1、3和一个夹心层2。夹心层2位于两个外层1、3之间。在此实施例中，外层1、3为300毫米厚防弹钢板，夹心层2主体为100毫米厚泡沫钢或泡沫铝等泡沫金属，在夹心层2的空隙中含有剪切增稠液体。泡沫钢或泡沫铝的三明治结构，即外层金属面板，夹心层泡沫金属结构的制备工艺己较为成熟，如利用累积叠轧法和塑性成型技术可制成泡沫钢或泡沫铝三明治结构。首先用累积叠轧法制备泡沫金属的预制坏，然后采用轧制钎焊复合的方法使外层板与夹心层结合，制成三明治结构板。剪切增稠液体是一种智能材料，是一种处在固液混合状态的纳米粒子溶剂。通常状态下，以液态形式存在，当受到冲击时，剪切增稠液体就变成类固态，能够降低冲击。当冲击力消失后，剪切增稠液又恢复液态。目前国内中国科技大学，清华大学等实验室均能制备剪切增稠液体。一种典型的剪切增稠液是由聚乙二醇和硅微粒组成,其制备过程如下：1，利用二氧化硅颗粒，聚甲基丙烯酸甲酯颗粒和聚苯乙烯-丙烯酸乙酯颗粒(质量比20:1:1)， 经过搅拌混合，水浴加热，离心干燥获得一种分散相颗粒混合物；2，用乙二醇、液态聚乙二醇和丙二醇(体积比15:2:1)混合为液态分散介质，将经过充分研磨的分散相颗料添加入分散介质(质量比1:1)；3，经过充分搅拌和抽真空处理，制成剪切增稠液体。最后将制成的剪切增稠液体注入夹心层中，即可制备成具有防弹防爆的智能复合材料。实施例1中的复合材料能够做为智能反应装甲应用于装甲车辆或者武装直升机等。
实施例2
在图2中，复合材料分为两个外层1、3和一个夹心层2。夹心层2位于两个外层1、3之间。在此实施例中，外层1、3为10毫米厚防弹钢板，夹心层2主体为10毫米厚的高强度泡沫塑料，如采用玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料。玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料的制备方法己经成熟，可以从市面上获得（如意大利CANNON公司和德国Henneke公司），制备方法一般有浇注成型法和反应注射成型法。浇注成型法是将玻璃纤维通过搅拌分散到组合聚醚中，分散均匀后加入一定配比的异氰酸酯，快速搅拌，迅速进行浇注，固化而成。反应注射成型法则是将玻璃纤维和聚醚搅拌混合，分别通过不同的管道将异氰酸酯和聚醚的混合物按一定比例输送到模具中成型。目前这种玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料由于质量轻，强度高等特点，己经应用于飞机、汽车等结构部件。在夹心层2的材料的空隙中含有剪切增稠液体。剪切增稠液体是一种智能材料，其获得方法如实施例1所示。在实施例2中的复合材料质量轻，有一定的防弹能力，能够应用于防弹汽车等。
实施例3
在图3中，复合材料分为两个外层1、3和一个夹心层2。夹心层2位于两个外层1、3之间。在此实施例中，外层1、3为5至10毫米厚普通玻璃，夹心层2主体为剪切增稠液体。剪切增稠液体位于两块玻璃的夹层中，然后用高强度胶如聚碳酸酯将两块玻璃加压胶合在一起。剪切增稠液体是一种智能材料，是一种处在固液混合状态的纳米粒子溶剂。通常状态下，以液态形式存在，当受到冲击时，剪切增稠液体就变成类固态，能够降低冲击。当冲击力消失后，剪切增稠液又恢复液态。一种典型的剪切增稠液是由聚乙二醇和硅微粒组成，其获得方法如实施例1所述。实施例3中的复合材料能够应用于防弹玻璃，防弹盾牌等。
Claims (3)
1.一种防弹防爆复合材料，其特征在于：包括有两层外层、一层夹心层，两层外层、一层夹心层呈三明治结构，所述的外层采用防弹材料，夹心层采用多孔状结构的材料，夹心层的孔隙中充溢有剪切增稠液体；
所述的剪切增稠液的制备过程如下：
（1）、将二氧化硅颗粒、聚甲基丙烯酸甲酯颗粒和聚苯乙烯-丙烯酸乙酯颗粒按照质量比20:1:1混合， 经过搅拌混合，水浴加热，离心干燥获得一种分散相颗粒混合物；
（2）、用乙二醇、液态聚乙二醇和丙二醇按照体积比15:2:1混合为液态分散介质，经过充分研磨的分散相颗粒混合物添加入分散介质，分散相颗粒混合物与分散介质的质量比为1:1；
（3）、经过充分搅拌和抽真空处理，制成剪切增稠液体。
2.根据权利要求1所述的防弹防爆复合材料，其特征在于：所述的外层采用防弹材料，防弹材料为金属,陶瓷或玻璃。
3.根据权利要求1所述的防弹防爆复合材料，其特征在于：所述的夹心层采用泡沫钢或泡沫铝材料。
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