CN104713419A - 一种石墨烯防弹衣 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯防弹衣，包括衣套和防弹层，所述防弹层材料为石墨烯。这种石墨烯防弹衣表现出了比凯夫拉纤维强度更高、韧性更好的特性，大大降低了整体防弹衣的重量和厚度，极大地提高了使用者的轻便灵活性，可以让使用者更好地作战。所以这种石墨烯防弹衣将对整个防弹衣领域产生革命性的意义，引领整个行业的潮流。

Description

一种石墨烯防弹衣

技术领域

本发明涉及一种防弹衣，更具体的说是涉及一种石墨烯防弹衣。

背景技术

防弹衣作为一种重要的个人防护装备和战争防弹材料，其中经历了由金属装甲防护板向非金属合成材料的过渡，又由单纯合成材料向合成材料与金属装甲板、陶瓷护片等复合系统发展的过程。

近代防弹衣发展至今已出现了三代：第一代为硬体防弹衣，主要用特种钢、铝合金等金属作防弹材料。这类防弹衣的特点是：服装厚重，通常约有20千克，穿着不舒适，对人体活动限制较大，具有一定的防弹性能，但易产生二次破片。第二代防弹衣为软体防弹衣，通常由多层Kevlar(凯夫拉纤维)等高性能纤维织物制成。其重量轻，通常仅为2～3千克，且质地较为柔软，适体性好，穿着也较为舒适，内穿时具有较好的隐蔽性，尤其适合警察及保安人员或政界要员的日常穿用。在防弹能力上，一般能防住5米以外手枪射出的子弹，不会产生二次弹片，但被子弹击中后变形较大，可引起一定的非贯穿损伤。另外对于步枪或机枪射出的子弹，一般厚度的软体防弹衣难以抵御。第三代防弹衣是一种复合式的防弹衣。通常以轻质陶瓷片为外层，Kevlar(凯夫拉纤维)等高性能纤维织物作为内层，是目前防弹衣主要的发展方向。

防弹衣的防弹机理从根本说有两个：一是将弹体碎裂后形成的破片弹开；二是通过防弹材料消释弹头的动能。以高性能纤维为主要防弹材料的软体防弹衣，其防弹机理则以后者为主，即利用以高强纤维为原料的织物“抓住”子弹或弹片来达到防弹的目的。

研究表明，软体防弹背心吸收能量的方式有以下五种：(1)织物的变形：包括子弹入射方向的变形和入射点临近区域的拉伸变形；(2)织物的破坏：包括纤维的原纤化、纤维的断裂、纱线结构的解体以及织物结构的解体；(3)热能：能量通过摩擦以热能的方式散发；(4)声能：子弹撞击防弹层后发出 的声音所消耗的能量；(5)弹体的变形。所以在软体防弹材料方面，为了满足防弹衣要最大程度地吸收子弹及其他射体动能的要求，防弹材料必须具有强度高、韧性好的性能。

在现代世界内的主流防弹衣来看，从第二代软体防弹衣到第三代的复合式防弹衣，其软体部分皆由Kevlar(凯夫拉纤维)所制成，但是随着更高强度的枪炮类武器的不断诞生，由Kevlar(凯夫拉纤维)做成的凯夫拉防弹衣的厚度也逐步再不断的增厚，也直接致使第三代复合型防弹衣(需要防弹层部分添加轻质陶瓷片或者合金钢等材料)的出现，所以可见Kevlar(凯夫拉纤维)在日益精锐的枪炮类武器的发展上只有增加其厚度来增加其强度，在防弹性能上表现得捉襟见肘，不能满足目前的发展趋势，所以该领域内技术人员也正是在该道路上不断的摸索和探寻强度更高、韧性更好的新材料来制作防弹等级更高的防弹衣，这是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种石墨烯防弹衣，在防弹方面可以达到比现在主流凯夫拉防弹衣强度更高、韧性更好的效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种石墨烯防弹衣，包括衣套和防弹层，其中所述防弹层材料为石墨烯。

优选的，在上述石墨烯防弹衣中，还包括粘连所述石墨烯并使所述石墨烯堆叠成型的中间糅合物。

优选的，在上述石墨烯防弹衣中，所述防弹层上设有供防弹插板使用的插槽。

优选的，在上述石墨烯防弹衣中，还包括设置于所述插槽内的防弹插板。

优选的，在上述石墨烯防弹衣中，所述防弹插板为陶瓷材料插板。

优选的，在上述石墨烯防弹衣中，所述防弹插板为合金钢材料插板。

优选的，在上述石墨烯防弹衣中，所述防弹衣本体外形为防弹背心、防弹T恤、防弹衬衫、防弹夹克衫、防弹雨衣、防弹皮衣、防弹棉衣或防弹外套。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供的这种石墨烯防弹衣的主要防弹层部分是由石墨烯，而石墨烯是人类已知强度最高的物质，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍。哥伦比亚大学的物理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。在试验过程中，他们选取了一些直径在10-20微米的石墨烯微粒作为研究对象。研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一个表面被钻有小孔的晶体薄板上，这些孔的直径在1-1.5微米之间。之后，他们用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨烯施加压力，以测试它们的承受能力。研究人员发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100内米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛。据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压力才能使1微米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的(厚度约100纳米)石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品，表明了其无与伦比强大的强度。

石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构的稳定性，即其强大的韧性特征。

综上所述，这种石墨烯防弹衣表现出了比Kevlar(凯夫拉纤维)强度更高、韧性更好的特性，并且试验证明Kevlar(凯夫拉纤维)防弹等级只能达到《警用防弹衣》标准中的5级，再强防弹要求必须加入钢板，而石墨烯不但非常轻，而且非常之薄，达到《警用防弹衣》标准中的8级强度也只需要同等凯夫拉纤维的厚度，大大降低了整体防弹衣的重量和厚度，极大地提高了使用者的轻便灵活性，可以使其更好地作战。所以这种石墨烯防弹衣将对整个防弹衣领域产生革命性的意义，引领整个行业的潮流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的正面平面结构示意图。

在图1中：

1为衣套、2为防弹层、3为插槽。

具体实施方式

本发明提供了一种石墨烯防弹衣，这种石墨烯防弹衣表现出了比凯夫拉纤维强度更高、韧性更好的特性，大大降低了整体防弹衣的重量和厚度，极大地提高了使用者的轻便灵活性，可以使其更好地作战。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考附图1，石墨烯防弹衣的正面平面结构示意图。

本发明实施例公开了一种石墨烯防弹衣，包括衣套1和防弹层2，防弹层2材料为石墨烯。

衣套1由常用化纤织品制作，可以根据不同防弹衣使用者的防弹用途来制作，表现在需求防弹等级比较低的警用防弹衣和需求防弹等级比较高的特种兵防弹衣上。因为一般警用防弹衣所需要的战斗是民间之内的，所用武器的子弹的能量比较低，即其强度一般低于参加战争时候的部队上所需的防弹衣强度等级。

当然，对于防弹衣最关键的部分当然是防弹层2部分，也是决定着防弹等级的部分。在全世界上现在得到公认的最主流的防弹材料是凯夫拉纤维，但是目前经过多项试验研究表明，达到同样防弹等级的石墨烯防弹材料比凯夫拉纤维防弹材料所需要的厚度小，而且重量轻；同样厚度的石墨烯防弹材料比凯夫拉纤维防弹材料防弹等级又高出很多。所以这将在整个防弹衣领域中将产生革命性的意义。

为了进一步优化上述技术方案，本发明中的防弹层2的石墨烯防弹材料还包括粘连石墨烯并使该石墨烯堆叠成型的中间糅合物，这样就可以根据需要达到的防弹等级而设定其石墨烯的层数。可以通过添加一定的磨料，即中间糅合物，就可以对其进行堆叠可以达到所需的强度。

在生产制造过程中可以用水切割技术对石墨烯防弹层整体结构进行切割制作，并加上现在强大的线切割技术，就可以做到一次加工成型，并且成本低廉。

为了进一步优化上述技术方案，提供更高的防弹等级，在防弹层2的部分设有可供防弹插板使用的插槽3。研究表明，战场上防弹片各种爆炸物如炸弹、地雷、炮弹和手榴弹等爆炸产生的高速破片是战场上的主要威胁之一，所以在防弹插槽3中再装上防弹插板，子弹首先与之发生作用的是防弹插板。在这一瞬间的接触过程中，子弹和防弹插板都有可能发生形变或断裂，消耗了子弹的大部分能量。然后石墨烯软体部分作为防弹衣的衬垫和第二道防线，吸收、扩散子弹剩余部分的能量，并起到缓冲的作用，从而尽可能地降低了非贯穿性损伤，从而能够达到更加超级安全的防弹衣。

为了进一步优化上述技术方案，上述防弹衣的防弹插板材料为陶瓷材料或者合金钢材料，可以最有效的把子弹弹开，或者使其发生形变和断裂，有效的减缓子弹动能，让石墨烯防弹层2来吸收剩余的碎裂子弹或子弹与防弹插板的碎裂片，防弹层部分就更容易“抓住”消耗大部分能量的碎裂子弹或者随裂片等，即可提供更好的防弹效果。

为了进一步优化上述技术方案，上述防弹衣可以根据进行的战争项目不同而制作成不同的款式的防弹衣衣套1的外形，比如为防弹背心、防弹T恤、防弹衬衫、防弹夹克衫、防弹雨衣、防弹皮衣、防弹棉衣或防弹外套，让使用者可以更加灵活方便，有针对性地选择合适的防弹衣。

本发明中提供的石墨烯防弹衣这种石墨烯防弹衣将对整个防弹衣领域产生革命性的意义，引领整个行业的潮流。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种石墨烯防弹衣，包括衣套(1)和防弹层(2)，其特征在于，所述防弹层(2)材料为石墨烯。

2.根据权利要求1所述的石墨烯防弹衣，其特征在于，还包括粘连所述石墨烯并使所述石墨烯堆叠成型的中间糅合物。

3.根据权利要求1所述的石墨烯防弹衣，其特征在于，所述防弹层(2)上设有供防弹插板使用的插槽(3)。

4.根据权利要求3所述的石墨烯防弹衣，其特征在于，还包括设置于所述插槽(3)内的防弹插板。

5.根据权利要求4所述的石墨烯防弹衣，其特征在于，所述防弹插板为陶瓷材料插板。

6.根据权利要求4所述的石墨烯防弹衣，其特征在于，所述防弹插板为合金钢材料插板。

7.根据权利要求1-6任一所述的石墨烯防弹衣，其特征在于，所述防弹衣衣套(1)外形为防弹背心、防弹T恤、防弹衬衫、防弹夹克衫、防弹雨衣、防弹皮衣、防弹棉衣或防弹外套。