CN103954175A - 一种以空气为变形层的吸能复合材料防弹结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种以空气为变形层的吸能复合材料，其特征在于由五层结构组成，分别是防崩落层、陶瓷层、碰撞层、反弹层、抵抗层。防崩落层由纤维复合材料或UD无纬布材料组成、陶瓷层由刚玉或碳化硅或碳化硼元件组成、碰撞层由TC4钛合金或纤维复合材料组成、反弹层由圆柱螺旋弹簧组成、抵抗层由TC4钛合金或纤维复合材料组成，各层之间采通过粘结剂粘接，面密度为60～90Kg／m2。该复合防弹结构材料可以容纳钛合金的尖锐碎片并防止层间损坏甚至脱离，且能够大大的造成子弹的偏航，可作为7.62mm及其以上中小型口径穿甲燃烧弹的防护材料。

Description

一种以空气为变形层的吸能复合材料防弹结构

技术领域

本发明专利涉及一种复合结构防弹材料，尤其是涉及一种用空间容纳变形从而减小材料损失或层间脱落的复合结构防弹材料。 

背景资料 

防弹复合材料在航空航天、兵器工业、工程结构、机械设备、交通运输等领域的应用日益广泛，这些场合中普遍存在各种冲击载荷，因此，防弹复合材料的冲击损伤尤其是低中速冲击损伤问题引起了高度的重视。复合材料层板在冲击载荷下存在基体压碎、开裂、分层、纤维断裂与拔出等多种损伤过程，其冲击损伤与增强纤维、基体以及界面性能有着非常大的关系，而且由于细观结构的影响，其损伤破坏机制和模式很复杂，给研究带来了很大的困难。防弹复合结构材料具有轻质、高强、弹道性能优异等特点，是发展较快的一种新型防弹材料。防弹复合材料不仅应用在防弹背心和防弹头盔等近身防护上，还应用于军用车辆和运钞车等领域，防弹复合材料背板与陶瓷面板组成的复合装甲是用于武装直升飞机的最理想的轻质装甲。 

目前，高性能防弹材料的核心技术是在低面密度以及可控制的厚度条件下能抗击弹丸的冲击。低密度、可控厚度既要具有高的防护系数，又要具有抗多发弹的能力，且低成本、易维护，是抗中小型口径穿甲燃烧弹的防弹板的目标。复合材料在受到弹丸高速冲击时，层间相互作用不可避免，尤其是层间变形极易引起其他层的破坏或层间脱落等现象。基于此，本发明利用空气层空间容纳变形，避免引起前一层的尖锐撞击。 

申请号201180046482.9的专利公开了一种具有增强的防碎片性的防弹复合材料，其特征在于该复合材料包含含有一个或多个单向取向的高韧度纤维层的第一无纺织物、含有高韧度毡纤维的毡材和含有一个活多个单向取向的高韧度纤维层的第二无纺织物。该发明具有防水性和质轻的优点，但是却缺少硬板材料以提高对穿刺装甲的射弹的防护。 

发明内容

为解决上述问题，本发明公开一种以空气为变形层的吸能复合材料，其特征在于由五层结构组成，分别是防崩落层、陶瓷层、碰撞层、容纳变形层、抵抗层。面密度为60～90Kg／m2，能够应对7.62mm、12.7mm、14.5mm等中小型口径穿甲燃烧弹，或者与其动能类似的炮弹碎片，或者其他中小型口径弹丸。本发明所述的以空气为变形层的吸能复合材料，各层通过粘 结剂牢固粘接，防崩落层10由纤维复合材料或UD无纬布材料组成，优先选用碳纤维复合材料；陶瓷层20由刚玉或碳化硅或碳化硼元件组成，陶瓷元件可以是颗粒状，也可以是板状，颗粒包括球形、两端面平行的柱形、两端面鼓起的柱形，空心的柱形，优先选用两端面鼓起的刚玉陶瓷柱，陶瓷柱的直径为10～20mm；碰撞层30由TC4钛合金或纤维复合材料组成的，对于小口径穿甲燃烧弹，优先选用碳纤维复合材料或凯夫拉纤维复合材料，对于中口径穿甲燃烧弹，优先选用TC4钛合金；容纳变形层40由圆柱螺旋弹簧组成；抵抗层50由TC4钛合金或纤维复合材料组成，优先选用TC4。其中，容纳变形层的弹簧要求具有高弹抗压性能，弹簧通过焊接或铰链连接于上下两层，弹簧的密度为每平方米10-20个，同时可以提供空气空间容纳上一层钛合金的尖锐突起。各层的厚度随着穿甲燃烧弹的口径的不同而有差异，防崩落层10厚度为1～3mm，陶瓷层20厚度为10～25mm，碰撞层30厚度为2～5mm，容纳变形层40厚度为10～20mm，抵抗层50厚度为1～4mm。 

该发明所述的以空气为变形层的吸能复合材料最大的特点即是引入了空气容纳层弹簧结构，避免当弹丸高速冲击碰撞层时上一层钛合金的突起对下一层造成损坏或尖锐撞击，而是利用了空气空间容纳钛合金板的尖锐突起及碎片。 

本发明优点在于：(1)利用空气空间容纳钛合金的尖锐碎片，避免层间损坏甚至脱离；(2)弹簧起到了很好的缓冲吸能作用，大大降低了弹丸对复合材料结构的损伤。 

附图说明

图1一种以空气为变形层的吸能复合材料防弹结构示意图 

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。 

实施例1 

防崩落层10为2mm碳纤维复合材料板，面密度为0.2g/cm²；陶瓷层20为高18mm的刚玉陶瓷柱，两端为半球面，面密度为5.24g/cm²；碰撞层30为3mm厚TC4板，面密度为1.335g/cm²；容纳变形层40为5mm高的圆柱螺旋弹簧；抵抗层50为2mm厚TC4钛合金板，面密度0.89g／cm²。复合后整板面密度为7.8～8.0g／cm²，亦即78～80Kg／m²，整板厚度为30～33mm，整板为正方形平板，长宽均为150mm。 

实施例2 

防崩落层10为1mmUD无纬布，面密度为0.445g/cm²；陶瓷层20为16mm厚碳化硼板，面密度为4.07g／cm²；；碰撞层30为4mm厚TC4板，面密度为1.78g／cm²；容纳变形层40为6mm高的圆柱螺旋弹簧；抵抗层50为2mm碳纤维复合材料板，面密度为0.2g/cm²。复合后整板面密度为6.5～6.8g/cm²，亦即65～68Kg／m²，整板厚度为30～32mm，整板为正方形平板，长宽均为150mm。 

上述仅为本发明的几个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。 

Claims (6)

1.一种以空气为变形层的吸能复合材料，其特征在于由五层结构组成，分别是防崩落层、陶瓷层、碰撞层、容纳变形层、抵抗层，各层通过粘结剂粘接。 

2.依据权利要求1所述，其特征在于防崩落层由纤维复合材料或UD无纬布材料组成。 

3.依据权利要求1所述，其特征在于陶瓷层由刚玉或碳化硅或碳化硼元件组成，陶瓷元件可以是颗粒状，也可以是板状，颗粒包括球形、两端面平行的柱形、两端面鼓起的柱形，空心的柱形。 

4.依据权利要求1所述，其特征在于碰撞层由TC4钛合金或纤维复合材料组成的。 

5.依据权利要求1所述，其特征在于容纳变形层由圆柱螺旋弹簧组成，要求其具有高弹抗压性。 

6.依据权利要求5所述，其特征在于容纳变形层的弹簧通过焊接或铰链连接于上下两层，弹簧的密度为每平方米10-20个。