CN102865776A - 一种低成本金属混凝土复合结构装甲板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种低成本金属混凝土复合结构装甲板及其制备方法，包括复合结构装甲板两端的金属面板，金属面板间角度为θ的金属波纹板，金属面板和金属波纹板构成空心三明治金属骨架，空心三明治金属骨架内三棱柱状空心结构中置有与其形状相适配的三棱柱状混凝土，在空心三明治金属骨架和三棱柱状混凝土之间的间隙中填充有树脂材料；其制备方法为：1、制备空心三明治金属骨架；2、制备三棱柱状混凝土；3、在空心三明治金属骨架内插入与其相适配的三棱柱状混凝土；4、在空心三明治金属骨架与三棱柱状混凝土间的间隙中注射液态树脂材料并固化；本发明装甲板重量轻、成本低、抗弹性能优异且成本低。
Description
技术领域
本发明属于复合结构装甲技术领域，具体涉及一种低成本金属混凝土复合结构装甲板及其制备方法。
背景技术
均质金属装甲是使用最早、抗弹性能良好的一种装甲材料，但由于其密度高（钢的密度～8.0g/cm3），质量大，严重影响了车辆的机动性和运行能力。现有轻型装甲车辆的装甲中,陶瓷金属复合装甲的抗弹性能最好，研究的也最多，其中主要结构类型有陶瓷/背板复合装甲、复合整体装甲及金属封装陶瓷复合装甲。陶瓷/背板复合装甲结构简单，但该结构不具备抗重复打击能力。在弹丸一次冲击作用下，背板与陶瓷板间的粘结层失效，且陶瓷为脆性材料，破碎陶瓷飞溅，装甲板受损面积大，无法抵御二次打击。复合整体装甲与金属封装陶瓷复合装甲抗弹效率较高，具有抗重复打击能力。但陶瓷密度较高，一般大于3.0g/cm3，增加了车辆等的负荷；同时陶瓷一般需要经过高温烧结而成，制备成本较高。
混凝土是一种密度低（～2.4g/cm3）、原料价格便宜、制备简单且成本低的广受欢迎的一种材料。随着技术的不断更新，目前可以制备出抗压强度大于100MPa的高强度混凝土，其中高强活性粉末混凝土是典型代表。目前研制的活性粉末混凝土抗压强度可以达到200MPa，甚至800MPa。与此同时，向活性粉末混凝土中掺入钢纤维、有机纤维等可以大幅度提高其断裂韧性。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种低成本金属混凝土复合结构装甲板及其制备方法，本发明复合结构装甲板具有重量轻、成本低、抗弹性能优异的特点，且其制备方法简单，成本低廉。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种低成本金属混凝土复合结构装甲板，包括复合结构装甲板两端的金属面板1，金属面板1间角度为θ的金属波纹板2，金属面板1和金属波纹板2构成空心三明治金属骨架，空心三明治金属骨架内三棱柱状空心结构中置有与其形状相适配的三棱柱状混凝土3，在空心三明治金属骨架和三棱柱状混凝土3之间的间隙中填充有树脂材料4。
所述金属面板1为普通钢板、铝板或钛板，其厚度大于0.5mm。
所述金属波纹板2为普通钢板、铝板或钛板，其厚度大于0.5mm。
所述金属波纹板2角度θ为10°-90°。
所述树脂材料4为环氧类树脂、聚酰胺或氨基树脂。
上述所述的低成本金属混凝土复合结构装甲板的制备方法，包括如下步骤：
1）空心三明治金属骨架的制备：采用平整机对金属板材进行平整，再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度为θ的金属波纹板2，对金属波纹板2和金属面板1进行清洗除锈除油，然后烘干；采用钎焊或激光焊将金属面板1分别与金属波纹板2逐层焊接在一起，构成空心三明治金属骨架；
2）三棱柱状混凝土3的制备：首先加工与金属骨架内空心结构相同的三棱柱模具，然后以水、高标号水泥、硅灰、石英砂、高效减水剂及钢纤维或铁粉为原料混合并机械搅拌3-15min，得到混合料，将混合料倒入三棱柱模具内，振实、压力成型，静置，拆模，养护，最终获得三棱柱状混凝土3；
3）在空心三明治金属骨架内三棱柱状空心结构内插入与其相适配的三棱柱状混凝土3，控制空心三明治金属骨架和三棱柱状混凝土3间的间隙为0.5-1mm；
4）在空心三明治金属骨架与三棱柱状混凝土3之间的间隙中通过树脂注射机注射液态树脂材料，然后对填充了液态树脂材料的金属混凝土复合结构装甲板进行固化，固化成型后即得到低成本金属混凝土复合结构装甲板。
步骤2所述的混合料中，硅灰占水泥与硅灰总质量的5-30%，水与水泥加硅灰的质量比为0.12-0.22：1，石英砂与水泥加硅灰的质量比为0.5-1.5:1，钢纤维或铁粉体积占混合料总体积的1-10%，高效减水剂质量占混合料总质量的0.5-3%。
所述高效减水剂为聚羧酸减水剂。
步骤2所述的压力成型中压力为0-100MPa；静置为常温下恒温恒湿养护箱内静置4-24h；养护为：0-50℃和60-90℃水域中分别养护4-24h后，再在200-400℃烘箱中保温4-24h。
本发明与现有技术相比优点在于：
1.与陶瓷相比，活性粉末混凝土制备成本低，密度低（～2.5g/cm3），同时混凝土内的钢纤维可增加材料的韧性，消弱碎片飞溅引起的二次损伤。
2.三明治金属骨架的特殊结构加上金属波纹板能够改变弹丸的冲击状态，有效提高耐飞弹冲击性能。
3、在空心三明治金属骨架的三棱柱状空心结构和三棱柱状混凝土3之间的间隙中填充树脂材料4，使混凝土与金属骨架有效结合的同时，在金属骨架与混凝土间增加了中间相，有效起到吸能的作用。
因此，本发明可克服金属与金属复合装甲重量大，金属-陶瓷复合装甲密度较高、成本大的缺点，实现降低重量及成本，同时抗冲击能力不减弱的优势，具有重要的实际应用价值。
附图说明
附图是本发明复合结构装甲板的结构简图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如附图所示，本发明是一种低成本金属混凝土复合结构装甲板，包括复合结构装甲板两端的金属面板1，金属面板1间角度为θ的金属波纹板2，金属面板1和金属波纹板2构成空心三明治金属骨架，空心三明治金属骨架内三棱柱状空心结构中置有与其形状相适配的三棱柱状混凝土3，在空心三明治金属骨架和三棱柱状混凝土3之间的间隙中填充有树脂材料4。
优选金属面板1为普通钢板、铝板或钛板，其厚度大于0.5mm。
优选金属波纹板2为普通钢板、铝板或钛板，其厚度大于0.5mm。
优选金属波纹板2角度θ为10°-90°。
优选树脂材料4为环氧类树脂、聚酰胺或氨基树脂。
实施例一
本实施例一种低成本金属混凝土复合结构装甲板的制备方法，包括如下步骤：
1）空心三明治金属骨架的制备：采用平整机对厚度为1mm的普通钢板进行平整，再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度θ为45°的金属波纹板2，对金属波纹板2和平整后的金属面板1进行清洗除锈除油，然后烘干；采用钎焊将两块金属面板1分别与金属波纹板2逐层焊接在一起，构成空心三明治金属骨架；
2）三棱柱状混凝土3的制备：首先加工与金属骨架内空心结构相适配的三棱柱模具，以52.5#水泥、硅灰、石英砂、聚羧酸减水剂及钢纤维为原料混合并机械搅拌3min，将搅拌后的混合料倒入三棱柱模具内，振实、压力成型，静置，拆模，养护，最终获得高强三棱柱状混凝土3；其中硅灰占水泥与硅灰总质量的5%，水与水泥加硅灰的质量比为0.15：1，石英砂与水泥加硅灰的质量比为1：1，钢纤维体积占混合料总体积的1.5%，聚羧酸减水剂质量占混合料总质量的0.8%；混凝土压力成型中压力为0MPa，静置为常温下恒温恒湿养护箱内静置10h。养护制度是，40℃和80℃水域中分别养护8h后，再在250℃烘箱中保温8h；
3）在空心三明治金属骨架内三棱柱状空心结构内插入与其相适配的三棱柱状混凝土3，控制空心三明治金属骨架和三棱柱状混凝土3间的间隙为0.5mm；
4）在空心三明治金属骨架与三棱柱状混凝土3之间的间隙中通过树脂注射机注射液态环氧类树脂材料，然后对填充了液态树脂材料的金属混凝土复合结构装甲板进行固化，固化成型后即得到低成本金属混凝土复合结构装甲板。
实施例二
本实施例一种低成本金属混凝土复合结构装甲板的制备方法，包括如下步骤：
1）空心三明治金属骨架的制备：采用平整机对厚度为0.6mm的普通铝板材进行平整，再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度θ为60°的金属波纹板2，对金属波纹板2和平整后的金属面板1进行清洗除锈除油，烘干；采用激光焊将两块金属面板1分别与金属波纹板2逐层焊接在一起，构成空心三明治金属骨架；
2）三棱柱状混凝土3的制备：首先加工与金属骨架内空心结构相适配的三棱柱模具，以42.5#水泥、硅灰、石英砂、聚羧酸减水剂及铁粉为原料混合并机械搅拌10min，将搅拌料倒入三棱柱模具内，振实、压力成型，静置，拆模，养护，最终获得高强三棱柱状混凝土3；其中硅灰占水泥与硅灰总质量的20%，水与水泥加硅灰的质量比为0.2：1，石英砂与水泥加硅灰的质量比为1.5：1，铁粉体积占混合料总体积的5%，聚羧酸减水剂质量占混合料总质量的1.5%；混凝土压力成型中压力为10MPa，静置为恒温恒湿养护箱内静置20h；养护制度是，30℃和70℃水域中分别养护10h后，再在300℃烘箱中保温6h；
3）在空心三明治金属骨架内三棱柱状空心结构内插入与其相适配的三棱柱状混凝土3，控制空心三明治金属骨架和三棱柱状混凝土3间的间隙为1.0mm；
4）在三明治金属骨架与三棱柱状混凝土3之间的间隙中通过树脂注射机注射液态氨基树脂材料，然后对填充了液态氨基树脂材料的金属混凝土复合装甲进行固化，固化成型后即得到低成本金属混凝土复合结构装甲板。
实施例三
本实施例一种低成本金属混凝土复合结构装甲板的制备方法，包括如下步骤：
1）空心三明治金属骨架的制备：采用平整机对厚度为0.6mm的普通铝板材进行平整，再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度θ为10°的金属波纹板2，对金属波纹板2和平整后的金属面板1进行清洗除锈除油，烘干；采用激光焊将两块金属面板1分别与金属波纹板2逐层焊接在一起，构成空心三明治金属骨架；
2）三棱柱状混凝土3的制备：首先加工与金属骨架内空心结构相适配的三棱柱模具，以42.5#水泥、硅灰、石英砂、聚羧酸减水剂及铁粉为原料混合并机械搅拌15min，将搅拌料倒入三棱柱模具内，振实、压力成型，静置，拆模，养护，最终获得高强三棱柱状混凝土3；其中硅灰占水泥与硅灰总质量的30%，水与水泥加硅灰的质量比为0.12：1，石英砂与水泥加硅灰的质量比为1：1，铁粉体积占混合料总体积的1%，聚羧酸减水剂质量占混合料总质量的0.5%；混凝土压力成型中压力为50MPa，静置为恒温恒湿养护箱内静置40h；养护制度是，0℃和60℃水域中分别养护24h后，再在200℃烘箱中保温24h；
3）在空心三明治金属骨架内三棱柱状空心结构内插入与其相适配的三棱柱状混凝土3，控制空心三明治金属骨架和三棱柱状混凝土3间的间隙为0.8mm；
4）在三明治金属骨架与三棱柱状混凝土3之间的间隙中通过树脂注射机注射液态氨基树脂材料，然后对填充了液态氨基树脂材料的金属混凝土复合装甲进行固化，固化成型后即得到低成本金属混凝土复合结构装甲板。
实施例四
本实施例一种低成本金属混凝土复合结构装甲板的制备方法，包括如下步骤：
1）空心三明治金属骨架的制备：采用平整机对厚度为0.8mm的普通钛板材进行平整，再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度θ为90°的金属波纹板2，对金属波纹板2和平整后的金属面板1进行清洗除锈除油，烘干；采用激光焊将两块金属面板1分别与金属波纹板2逐层焊接在一起，构成空心三明治金属骨架；
2）三棱柱状混凝土3的制备：首先加工与金属骨架内空心结构相适配的三棱柱模具，以42.5#水泥、硅灰、石英砂、聚羧酸减水剂及钢纤维为原料混合并机械搅拌10min，将搅拌料倒入三棱柱模具内，振实、压力成型，静置，拆模，养护，最终获得高强三棱柱状混凝土3；其中硅灰占水泥与硅灰总质量的15%，水与水泥加硅灰的质量比为0.22：1，石英砂与水泥加硅灰的质量比为1.5：1，钢纤维体积占混合料总体积的10%，聚羧酸减水剂质量占混合料总质量的3%；混凝土压力成型中压力为100MPa，静置为恒温恒湿养护箱内静置24h；养护制度是，50℃和90℃水域中分别养护4h后，再在400℃烘箱中保温4h；
3）在空心三明治金属骨架内三棱柱状空心结构内插入与其相适配的三棱柱状混凝土3，控制空心三明治金属骨架和三棱柱状混凝土3间的间隙为0.8mm；
4）在三明治金属骨架与三棱柱状混凝土3之间的间隙中通过树脂注射机注射液态氨基树脂材料，然后对填充了液态氨基树脂材料的金属混凝土复合装甲进行固化，固化成型后即得到低成本金属混凝土复合结构装甲板。
Claims (9)
1.一种低成本金属混凝土复合结构装甲板，其特征在于：包括复合结构装甲板两端的金属面板（1），金属面板（1）间角度为θ的金属波纹板（2），金属面板（1）和金属波纹板（2）构成空心三明治金属骨架，空心三明治金属骨架内三棱柱状空心结构中置有与其形状相适配的三棱柱状混凝土（3），在空心三明治金属骨架和三棱柱状混凝土（3）之间的间隙中填充有树脂材料（4）。
2.根据权利要求1所述的低成本金属混凝土复合结构装甲板，其特征在于：所述金属面板（1）为普通钢板、铝板或钛板，其厚度大于0.5mm。
3.根据权利要求1所述的低成本金属混凝土复合结构装甲板，其特征在于：所述金属波纹板（2）为普通钢板、铝板或钛板，其厚度大于0.5mm。
4.根据权利要求1所述的低成本金属混凝土复合结构装甲板，其特征在于：所述金属波纹板（2）角度θ为10°-90°。
5.根据权利要求1所述的低成本金属混凝土复合结构装甲板，其特征在于：所述树脂材料（4）为环氧类树脂、聚酰胺或氨基树脂。
6.权利要求1至5任一项所述的低成本金属混凝土复合结构装甲板的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）空心三明治金属骨架的制备：采用平整机对金属板材进行平整，再采用液压机模压或者冷弯机折弯获得角度为θ的金属波纹板（2），对金属波纹板（2）和金属面板（1）进行清洗除锈除油，然后烘干；采用钎焊或激光焊将金属面板（1）分别与金属波纹板（2）逐层焊接在一起，构成空心三明治金属骨架；
2）三棱柱状混凝土（3）的制备：首先加工与金属骨架内空心结构相同的三棱柱模具，然后以水、高标号水泥、硅灰、石英砂、高效减水剂及钢纤维或铁粉为原料混合并机械搅拌3-15min，得到混合料，将混合料倒入三棱柱模具内，振实、压力成型，静置，拆模，养护，最终获得三棱柱状混凝土（3）；
3）在空心三明治金属骨架内三棱柱状空心结构内插入与其相适配的三棱柱状混凝土（3），控制空心三明治金属骨架和三棱柱状混凝土（3）间的间隙为0.5-1mm；
4）在空心三明治金属骨架与三棱柱状混凝土3之间的间隙中通过树脂注射机注射液态树脂材料，然后对填充了液态树脂材料的金属混凝土复合结构装甲板进行固化，固化成型后即得到低成本金属混凝土复合结构装甲板。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤2）所述的混合料中，硅灰占水泥与硅灰总质量的5-30%，水与水泥加硅灰的质量比为0.12-0.22：1，石英砂与水泥加硅灰的质量比为0.5-1.5:1，钢纤维或铁粉体积占混合料总体积的1-10%，高效减水剂质量占混合料总质量的0.5-3%。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述高效减水剂为聚羧酸减水剂。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤2）所述的压力成型中压力为0-100MPa；静置为常温下恒温恒湿养护箱内静置4-24h；养护为：0-50℃和60-90℃水域中分别养护4-24h后，再在200-400℃烘箱中保温4-24h。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130109 |