CN103017609A - 复合防弹插板及其制备方法与应用 - Google Patents

复合防弹插板及其制备方法与应用 Download PDF

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本发明公开了一种防弹插板及其制备方法与应用。该防弹插板的制备方法包括：将覆有胶粘剂的保护层、陶瓷层、中间层、支撑层及缓冲层依次粘结，最外层由覆有胶粘剂包覆层包覆，并通过负压成型、固化制得。该防弹插板由于采用新型的结构设计，从而使得该防弹插板能有效抵制轻武器连续发射子弹的冲击而保持防弹插板整体完好不碎裂。此外，该防弹插板具有质量轻、防弹性能好及易于加工等特点。

Description

复合防弹插板及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及一种复合防弹插板及其制备方法与应用。
背景技术
从战争的对抗性来讲，防弹装备是与子弹类武器相伴相生的必然产物。目前，常规武器发展迅速，对单兵的威胁等级逐步提高，为提高单兵的防弹生存能力和战场移动能力，必须发展轻质高效的防弹复合材料体系。
防弹插板是防弹衣的重要组成部分，用于提高防弹衣的防护等级。目前，防弹插板的复合方法多采用整块陶瓷板与高性能纤维织物层压板通过胶粘剂直接粘结而成，或将小片拼接陶瓷直接粘结到纤维织物层压板上复合而成。前者受到子弹冲击后极易导致陶瓷板的整体碎裂从而影响防弹效果；而后者制备的防弹插板，由于陶瓷片之间的缝隙而导致的局部薄弱，当防弹插板受到子弹冲击后，易造成子弹的贯穿。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合防弹插板及其制备方法与应用。
本发明提供的防弹插板，由包覆层和内层组成；所述包覆层全包覆所述内层；
所述内层由外至内依次包括保护层、陶瓷层、中间层、支撑层和缓冲层；
上述防弹插板也可只由上述各层组成。
所述内层均具有与人体胸部、背部和/或腹部相适应的曲率，且构成所述内层的各层均能够覆盖人体的胸部、背部和/或腹部。
具体的，构成所述包覆层的材质为带有背胶的尼龙布或牛津布；所述背胶的耐温范围为-45～45℃；所述包覆层的面密度为100～400g/m2，优选150～350g/m2，具体为200g/m2或300g/m2或350g/m2或200～350g/m2或200～300g/m2或300～350g/m2；该包覆层具有防水和阻燃功能。
构成所述保护层的材质为超高分子量聚乙烯纤维的机织布、超高分子量聚乙烯纤维的无纬布、对位芳纶纤维(也即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)的机织布或对位芳纶纤维的无纬布；所述保护层的面密度为150～450g/m2，优选200～400g/m2；
所述陶瓷层为材质选自氧化铝、碳化硅和碳化硼中至少一种的整体陶瓷板；
所述陶瓷板的形状为带有弧度的多边形，弧度半径为350～450mm，所述多边形的外边长为210×260mm；
所述多边形的具体形状为按照如下方法裁剪所得：将250×300mm的长方形切掉四个边长为20mm的等腰直角三角形而得；
构成所述中间层的材质与所述保护层相同，其面密度为100～400g/m2，优选150～350g/m2，具体为150g/m2或250g/m2或350g/m2或150～350g/m2或200～300g/m2或300～350g/m2；
构成所述支撑层的材质为表面覆有胶膜或经浸胶处理的超高分子量聚乙烯纤维的无纬布层压板或表面覆有胶膜或经浸胶处理的对位芳纶纤维的无纬布层压板；所述支撑层的面密度为6～13kg/m2，优选7～12kg/m2；
所述无纬布层压板中，胶膜或浸胶的重量占所述无纬布层压板总重的8～20％，具体为15-20％或8-15％；构成所述胶膜或浸胶的材质为聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯、酚醛树脂或聚乙烯醇缩醛。所述支撑层的面密度为6～13kg/m2，优选7～12kg/m2，具体为7kg/m2或10kg/m2或13kg/m2或7-10kg/m2或7-13kg/m2或10-13kg/m2；该层压板可为常规热模压方法制得。
构成所述缓冲层的材质为聚氨酯发泡材料、聚乙烯纤维的机织物或聚丙烯纤维的机织物；所述缓冲层的面密度为0.05～2kg/m2，优选0.09～1.8kg/m2，具体为0.05～1.5kg/m2或1.5～2kg/m2或1.5kg/m2；
本发明提供的制备所述防弹插板的方法，包括如下步骤：将前述防弹插板中的内层用胶粘剂依次粘接在一起后，用构成所述包覆层的材质将其完全包覆，再依次经过负压成型、固化成型，得到所述防弹插板。
该方法的具体生产工艺流程如下：裁剪布片→配胶→涂胶→顺序粘合→修边→外层包覆→负压成型→固化成型。
上述方法中，所述胶粘剂由热固性树脂与固化剂组成；
所述固化剂占所述胶粘剂总重的0～50％，具体为20％或25％或33％或20～33％或20～25％或25～33％；
所述热固性树脂具体选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和树脂和聚酰亚胺中的至少一种；
所述固化剂具体选自乙烯基三胺、三乙烯四胺、二丙烯三胺、二乙胺基丙胺、三甲基六亚甲基二胺、二乙胺中的至少一种。
所述负压成型方法为常规方法，具体可为将包覆层和内层用真空袋包装后再抽负压，该步骤中，压力为-0.1～0.08MPa，具体为-0.1～0.06MPa或0.06～0.08MPa；
所述固化成型步骤中，温度为20～60℃，具体为20-40℃或40-60℃或40℃，时间为1～24小时。
另外，含有所述防弹插板的单兵防护装备或抗冲击材料或减震材料及该防弹插板在制备单兵防护装备或抗冲击材料或减震材料中的应用，也属于本发明的保护范围。其中，所述单兵防护装备为防弹衣。
本发明根据防弹机理，通过特殊的结构设计和材质选择制备了一种适用于单兵个体防护的防弹插板，可用于军队、武警、警察及保安的个体防护，所制备的防弹插板能够有效抵御轻型武器连续发射子弹的冲击而保持整块陶瓷板不发生整体碎裂，能够有效提高穿戴人员的防弹生存能力，具有质量轻、防弹性能好及易于加工等优点，能够有效防护弹速在800m/s以上的轻武器发射的子弹冲击，实弹测试已达到美国NIJ0101.06IV级防护要求。
附图说明
图1为防弹插板的整体结构示意图。
图2为防弹插板的内层结构示意图。
图3为陶瓷片切割前后的形状，其中，a为切割前，b为切割后。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
实施例1
首先将面密度为200g/m2的对位芳纶纤维机织布裁成两片尺寸为250×300mm的布片分别用作保护层和中间层，然后将环氧树脂与乙烯基三胺固化剂按照4∶1的质量配比配成胶粘剂，依次在对位芳纶纤维机织布、碳化硅陶瓷板(厚度为10mm)、对位芳纶机织布、超高分子量聚乙烯无纬布层压板(面密度为7kg/m2，胶膜重量占层压板总重的8％，胶膜材质为聚乙烯醇缩醛)、聚氨酯发泡材料(面密度为0.09kg/m2)表面涂覆胶粘剂并顺序粘合，随后把防弹插板周边的胶粘剂及多余的对位芳纶机织布清理干净，再在最外层整体包覆一层带有背胶的牛津布(耐温范围为-45～45℃，面密度为150g/m2)，最后通过负压成型(压力为-0.1MPa)并20℃固化1小时即可得到本发明所制备的防弹插板。
该防弹插板整体结构示意图如图1所示，防弹插板内层各层的结构示意图如图2所示，由包覆层6和内层组成；包覆层6全包覆内层；内层由外至内依次为保护层1、陶瓷层2、中间层3、支撑层4和缓冲层5；内层均具有与人体胸部、背部和/或腹部相适应的曲率，且内层的各层均能够覆盖人体的胸部、背部和腹部。
构成包覆层6的材质为带有背胶的牛津布；背胶的耐温范围为-45～45℃，面密度为150g/m2；
构成保护层1和中间层3的材质均为面密度为200g/m2的对位芳纶纤维(也即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)的机织布；
陶瓷层2为厚度为10mm的碳化硅陶瓷板；
构成支撑层4的材质为表面覆有聚乙烯醇缩醛胶膜的超高分子量聚乙烯纤维的无纬布层压板(面密度为7kg/m2，胶膜重量占层压板总重的8％)；
构成缓冲层5的材质为面密度0.09kg/m2的聚氨酯发泡材料；
其中，碳化硅陶瓷板的外形为带有弧度的多边形，弧度半径为350mm，多边形的外边长为210×260mm；该多边形的具体形状为按照如下方法裁剪所得：将250×300mm的长方形切掉四个边长为20mm的等腰直角三角形而得；裁剪前后的形状参见图3。
采用本发明所制备的防弹插板具有防弹性能好、质量轻、易于加工等特点，能够有效防止以下各种枪弹的贯穿，并保持陶瓷板整体不碎裂，如：美国加兰德30口径半自动步枪发射的M2AP枪弹、79、85式狙击步枪发射的53AP枪弹、M16发射的M855、SS109、M193枪弹、M14发射的M80铅芯弹，AK47发射的普通钢芯弹。表1为防护NIJ IV级要求的53式7.62mm穿甲弹测试数据。
表1  碳化硅复合防弹插板实弹测试数据
射序 1 2 3
弹速(m/s) 873 886 881
凹陷深度(mm) 9.5 14.5 13.2
实施例2
首先将面密度为300g/m2的对位芳纶纤维机织布裁成两片尺寸为250×300mm的布片分别用作保护层和中间层，然后将环氧树脂与乙烯基三胺固化剂按照3∶1的质量配比配成胶粘剂，依次在对位芳纶纤维机织布、碳化硼陶瓷板(厚度为5mm)、对位芳纶机织布、超高分子量聚乙烯无纬布层压板(面密度为10kg/m2，胶膜重量占层压板总重的15％，胶膜材质为聚乙烯)、聚氨酯发泡材料(面密度为1.5kg/m2)表面涂覆胶粘剂并顺序粘合，随后把防弹插板周边的胶粘剂及多余的对位芳纶机织布清理干净，再在最外层整体包覆一层带有背胶的牛津布(耐温范围为-45～45℃，面密度为250g/m2)，最后通过负压成型(压力为0.08MPa)并在45℃固化1小时即可得到本发明所制备的防弹插板。
该防弹插板整体结构示意图如图1所示，防弹插板内层各层的结构示意图如图2所示，由包覆层6和内层组成；包覆层6全包覆内层；内层由外至内依次为保护层1、陶瓷层2、中间层3、支撑层4和缓冲层5；内层均具有与人体胸部、背部和/或腹部相适应的曲率，且内层的各层均能够覆盖人体的胸部、背部和腹部。
构成包覆层6的材质为带有背胶的牛津布；背胶的耐温范围为-45～45℃，面密度为250g/m2；
构成保护层1和中间层3的材质均为面密度为300g/m2的对位芳纶纤维(也即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)的机织布；
陶瓷层2为厚度为5mm的碳化硼陶瓷板；
构成支撑层4的材质为表面覆有聚乙烯胶膜的超高分子量聚乙烯纤维的无纬布层压板(面密度为10kg/m2，胶膜重量占层压板总重的15％)；
构成缓冲层5的材质为面密度1.5kg/m2的聚氨酯发泡材料；
其中，碳化硼陶瓷板的外形为带有弧度的多边形，弧度半径为400mm，多边形的外边长为210×260mm；该多边形的具体形状为按照如下方法裁剪所得：将250×300mm的长方形切掉四个边长为20mm的等腰直角三角形而得；裁剪前后的形状参见图3。
表2  碳化硼复合防弹插板实弹测试数据
射序 1 2 3
弹速(m/s) 874 878 886
凹陷深度(mm) 13.4 22 18
采用本发明所制备的防弹插板具有防弹性能好、质量轻、易于加工等特点，能够有效防止以下各种枪弹的贯穿，并保持陶瓷板整体不碎裂，如：美国加兰德30口径半自动步枪发射的M2 AP枪弹、79、85式狙击步枪发射的53AP枪弹、M16发射的M855、SS109、M193枪弹、M14发射的M80铅芯弹，AK47发射的普通钢芯弹。表2为防护NIJ IV级要求的53式7.62mm穿甲弹测试数据。
实施例3
首先将面密度为400g/m2的对位芳纶纤维机织布裁成两片尺寸为250×300mm的布片分别用作保护层和中间层，然后将环氧树脂与乙烯基三胺固化剂按照2∶1的质量配比配成胶粘剂，依次在对位芳纶纤维机织布、氧化铝陶瓷板(厚度为8mm)、对位芳纶机织布、超高分子量聚乙烯无纬布层压板(面密度为12kg/m2，胶膜重量占层压板总重的20％，胶膜材质为聚丙烯)、聚氨酯发泡材料(面密度为1.8kg/m2)表面涂覆胶粘剂并顺序粘合，随后把防弹插板周边的胶粘剂及多余的对位芳纶机织布清理干净，再在最外层整体包覆一层牛津布(耐温范围为-45～45℃，面密度为350g/m2)，最后通过负压成型(压力为0.06MPa)并在60℃固化1小时即可得到本发明所制备的防弹插板。
该防弹插板整体结构示意图如图1所示，防弹插板内层各层的结构示意图如图2所示，由包覆层6和内层组成；包覆层6全包覆内层；内层由外至内依次为保护层1、陶瓷层2、中间层3、支撑层4和缓冲层5；内层均具有与人体胸部、背部和/或腹部相适应的曲率，且内层的各层均能够覆盖人体的胸部、背部和腹部。
构成包覆层6的材质为带有背胶的牛津布；背胶的耐温范围为-45～45℃，面密度为350g/m2；
构成保护层1和中间层3的材质均为面密度为400g/m2的对位芳纶纤维(也即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维)的机织布；
陶瓷层2为厚度为8mm的氧化铝陶瓷板；
构成支撑层4的材质为表面覆有聚丙烯胶膜的超高分子量聚乙烯纤维的无纬布层压板(面密度为12kg/m2，胶膜重量占层压板总重的20％)；
构成缓冲层5的材质为面密度1.8kg/m2的聚氨酯发泡材料；
其中，氧化铝陶瓷板的外形为带有弧度的多边形，弧度半径为450mm，多边形的外边长为210×260mm；该多边形的具体形状为按照如下方法裁剪所得：将250×300mm的长方形切掉四个边长为20mm的等腰直角三角形而得；裁剪前后的形状参见图3。
表3  氧化铝复合防弹插板实弹测试数据
射序 1 2 3
弹速(m/s) 868 871 878
凹陷深度(mm) 12.6 19.3 20.1
采用本发明所制备的防弹插板具有防弹性能好、质量轻、易于加工等特点，能够有效防止以下各种枪弹的贯穿，并保持陶瓷板整体不碎裂，如：美国加兰德30口径半自动步枪发射的M2AP枪弹、79、85式狙击步枪发射的53AP枪弹、M16发射的M855、SS109、M193枪弹、M14发射的M80铅芯弹，AK47发射的普通钢芯弹。表3为防护NIJ IV级要求的53式7.62mm穿甲弹测试数据。

Claims (10)

1.一种防弹插板，由包覆层和内层组成；所述包覆层全包覆所述内层；
所述内层由外至内依次包括保护层、陶瓷层、中间层、支撑层和缓冲层。
2.根据权利要求1所述的防弹插板，其特征在于：所述内层由外至内依次为保护层、陶瓷层、中间层、支撑层和缓冲层。
3.根据权利要求1或2所述的防弹插板，其特征在于：所述内层均具有与人体胸部、背部和/或腹部相适应的曲率，且构成所述内层的各层均能够覆盖人体的胸部、背部和/或腹部。
4.根据权利要求1-3任一所述的防弹插板，其特征在于：
构成所述包覆层的材质为带有背胶的尼龙布或牛津布；所述背胶的耐温范围为-45～45℃；所述包覆层的面密度为100～400g/m2，优选150～350g/m2；
构成所述保护层的材质为超高分子量聚乙烯纤维的机织布、超高分子量聚乙烯纤维的无纬布、对位芳纶纤维的机织布或对位芳纶纤维的无纬布；所述保护层的面密度为150～450g/m2，优选200～400g/m2；
所述陶瓷层为材质选自氧化铝、碳化硅和碳化硼中至少一种的整体陶瓷板；
构成所述中间层的材质与所述保护层相同；
构成所述支撑层的材质为表面覆有胶膜或经浸胶处理的超高分子量聚乙烯纤维的无纬布层压板或表面覆有胶膜或经浸胶处理的对位芳纶纤维的无纬布层压板；所述支撑层的面密度为6～13kg/m2，优选7～12kg/m2；
构成所述缓冲层的材质为聚氨酯发泡材料、聚乙烯纤维的机织物或聚丙烯纤维的机织物；所述缓冲层的面密度为0.05～2kg/m2，优选0.09～1.8kg/m2。
5.根据权利要求1-4任一所述的防弹插板，其特征在于：所述陶瓷板的形状为带有弧度的多边形，弧度半径为350～450mm，所述多边形的外边长为210×260mm；
所述多边形的具体形状为按照如下方法裁剪所得：将250×300mm的长方形切掉四个边长为20mm的等腰直角三角形而得；
所述无纬布层压板中，胶膜或浸胶的重量占所述无纬布层压板总重的8～20％；构成所述胶膜或浸胶的材质为聚乙烯、聚丙烯、丙烯酸酯、酚醛树脂或聚乙烯醇缩醛。
6.一种制备权利要求1-5任一所述防弹插板的方法，包括如下步骤：将权利要求1-5任一所述防弹插板中的内层用胶粘剂依次粘接在一起后，用构成所述包覆层的材质将其完全包覆，再依次经过负压成型、固化成型，得到所述防弹插板。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述胶粘剂由热固性树脂与固化剂组成；
所述固化剂占所述胶粘剂总重的0～50％；
所述热固性树脂具体选自环氧树脂、酚醛树脂、不饱和树脂和聚酰亚胺中的至少一种；
所述固化剂具体选自乙烯基三胺、三乙烯四胺、二丙烯三胺、二乙胺基丙胺、三甲基六亚甲基二胺、二乙胺中的至少一种。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：所述负压成型步骤中，压力为-0.1～0.08MPa；
所述固化成型步骤中，温度为20～60℃，时间为1～24小时。
9.含有权利要求1-5任一所述防弹插板的单兵防护装备或抗冲击材料或减震材料；
权利要求1-5任一所述防弹插板在制备单兵防护装备或抗冲击材料或减震材料中的应用。
10.根据权利要求9所述的织物，其特征在于：所述单兵防护装备为防弹衣。
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