CN107328304B - 一种防弹用橡胶复合陶瓷及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及先进复合材料技术领域，具体公开一种防弹用橡胶复合陶瓷及其制备方法，所述复合陶瓷由橡胶体、纤维毡和陶瓷体组成，所述纤维毡包覆在所述陶瓷体表面，所述橡胶体包覆在所述纤维毡表面，且所述橡胶体与所述陶瓷体化学键合，所述橡胶体与所述纤维毡化学键合，所述橡胶体包括迎弹面和被弹面，且所述迎弹面厚度大于所述背弹面厚度。本发明纤维毡紧固陶瓷板和分散冲击作用力，橡胶粘附陶瓷、增加整体抗冲击力，解决了陶瓷受冲击易碎易崩落和中弹破损面大的问题，具备抗多次打击能力，其断裂韧性比原陶瓷提高约74%，抗弹防护系数提高约49%。

Description

一种防弹用橡胶复合陶瓷及其制备方法
技术领域
本发明涉及先进复合材料技术领域，尤其涉及一种防弹用橡胶复合陶瓷及其制备方法。
背景技术
陶瓷具有极高的硬度和很高的抗压强度，非常适用于做抗弹材料。其中，氧化铝陶瓷(Al2O3)除具有低相对密度、高硬度和高抗压强度外，还具有烧结性能好、制品尺寸稳定、原料来源广泛和价格便宜等突出优点，因而被广泛应用于装甲车辆、飞机机腹、高速列车驾驶室和抗弹防护服等领域。然而，陶瓷脆性大，受冲击易碎易崩落。这是氧化铝等陶瓷材料在抗弹防护应用中的一大缺憾和隐患。根据陶瓷复合装甲防弹原理，当弹丸高速撞击时，陶瓷板受冲击表面形成破裂锥体。随着锥形体内裂纹的聚结，陶瓷会出现全面破碎；而由于裂纹扩展速度远大于弹丸侵彻速度，故当弹丸尚未穿透时，陶瓷早已全面破碎而飞散崩落，失去防护能力。由于现有陶瓷抗多次打击能力差；在弹丸重复打击下，被保护者的安全受严重威胁。
中国专利CN104457431A公开了一种“防弹陶瓷插板止裂结构”，即在整个陶瓷板上开多个止裂孔，止裂孔分散交错排布，防止陶瓷受子弹冲击而产生的裂纹扩散。“止裂孔”方法存在较多缺憾。首先，即使“止裂孔”孔径较小，不影响陶瓷板整体的结构强度；然而若子弹刚好打在止裂孔上，则陶瓷受打击区域抗弹能力相对降低，陶瓷板同样失去应有的防护效果。再者，假使“止裂孔”可防止陶瓷板整体破碎，但是受子弹打击的局部区域仍然是碎裂崩落，不具有抗重复打击能力。
中国专利CN201310142518公开了一种“纤维/陶瓷/金属复合材料防弹板及其制备方法”，该防弹板特点是在增加了超分子量聚乙烯前板和钛合金金属约束框。其制备工艺复杂、成本高、增加重量较多；更关键的是由于聚乙烯板自身变形能力差，不能约束弹丸打击轴向的陶瓷破碎崩落，即没有增加陶瓷体的抗弹能力。
德国弗劳恩霍夫高速动力学研究所在氧化铝陶瓷板前设置了聚碳酸脂缓冲层。由于聚碳酸脂为热塑性塑料以及氧化铝陶瓷与聚碳酸脂层之间连接强度较差，故没有解决两层之间的冲击崩离问题。另外，在陶瓷上覆盖粘结胶膜，可以在一定程度上增加对陶瓷板的纵向约束，防止陶瓷整体碎裂。但是胶膜抗剪能力差，在弹丸直接冲击区会随着陶瓷体一样被粉碎崩落。
发明内容
针对现有陶瓷脆性大、受冲击易碎易崩落以及抗多次打击能力差等问题，本发明提供一种防弹用橡胶复合陶瓷。
进一步地，本发明还提供一种防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种防弹用橡胶复合陶瓷，所述复合陶瓷由橡胶体、纤维毡和陶瓷体组成，所述纤维毡包覆在所述陶瓷体表面，所述橡胶体包覆在所述纤维毡表面，且所述橡胶体与所述陶瓷体化学键合，所述橡胶体与所述纤维毡化学键合，所述橡胶体包括迎弹面和被弹面，且所述迎弹面厚度大于所述背弹面厚度。
相对于现有技术，本发明提供的陶瓷板(片/块)被包覆在纤维毡和橡胶体中；所述迎弹面厚度大于所述背弹面厚度；橡胶与陶瓷以及橡胶与纤维毡之间采用化学键连接；纤维毡起到紧固陶瓷板和分散冲击作用力的作用；橡胶起粘附陶瓷和增加整体抗冲击力的作用，所述橡胶复合陶瓷解决了陶瓷受冲击易碎易崩落和中弹破损面大的问题，具备了抗多次打击能力。其断裂韧性比原陶瓷提高约73％，抗弹防护系数提高约49％。
进一步地，本发明还提供所述防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法。该制备方法，至少包括以下步骤：
步骤1、将陶瓷进行抛磨处理，采用丙酮和去离子水对抛磨后的陶瓷清洗，然后烘干待用；
步骤2、陶瓷表面苯乙烯磺酸处理：将苯乙烯磺酸溶解在无水乙醇和去离子水的混合溶液中制备苯乙烯磺酸溶液，所述苯乙烯磺酸溶液浓度为0.05-0.2mol/L，在室温下，将抛磨后的陶瓷完全浸渍在苯乙烯磺酸-乙醇/水溶液中，超声震荡30-60min，静置12-24h，取出陶瓷，用丙酮清洗后备用；
步骤3、陶瓷表面喷涂胶膜并预固化：配制质量比为(3-5)：(5-7)的苯乙烯磺酸和液体丁苯橡胶的混合物胶浆，以三[1-(2-甲基)氮丙啶基]磷化氧为扩链剂，对苯乙烯磺酸处理过的陶瓷表面喷涂胶膜，然后置于48-50℃恒温烘箱中，烘烤30-60min；
步骤4、纤维毡包覆陶瓷：将纤维毡包覆经过表面喷涂胶膜的陶瓷，以帘子线纵横紧固纤维毡；
步骤5、加压树脂传递模塑液体橡胶预成型：配制所述橡胶体，将纤维毡包覆的陶瓷板平放于平板上，以真空袋密封，以真空袋为模具模塑，向所述模塑系统内注满所述橡胶体；
步骤6、橡胶复合陶瓷热压罐法成型：将所述充满所述橡胶体的模塑系统固化，固化完成后，将橡胶复合陶瓷从真空袋中取出，切割和抛磨后即得所述防弹用橡胶复合陶瓷。
相对于现有技术，本发明提供的所述防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法，采用液体橡胶通过加压树脂传递模塑方法和热压罐法成型方法，将陶瓷与橡胶和纤维毡有机地复合在一起：首先对陶瓷表面喷涂胶膜并预固化为后期橡胶体与陶瓷体之间形成化学键合做准备；其次通过加压树脂传递模塑方法和热压罐法成型方法在橡胶体与陶瓷体以及橡胶体与纤维毡之间均为化学键连接，具有较高的整体连接强度，所述橡胶复合陶瓷利用橡胶对陶瓷的粘附作用和橡胶/纤维毡缓冲及分散冲击力的作用，解决了陶瓷受冲击易碎易崩落和中弹破损面大的问题，具备了抗多次打击能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的加压树脂传递模塑液体橡胶预成型示意图；
图2是本发明实施例提供的固化工艺；
图3是本发明实施例提供的防弹用橡胶复合陶瓷结构示意图；
图4是本发明实施例提供的氧化铝陶瓷和橡胶复合氧化铝陶瓷的抗弹打击图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种防弹用橡胶复合陶瓷，所述复合陶瓷由橡胶体、纤维毡和陶瓷体组成，所述纤维毡包覆在所述陶瓷体表面，所述橡胶体包覆在所述纤维毡表面，且所述橡胶体与所述陶瓷体化学键合，所述橡胶体与所述纤维毡化学键合，所述橡胶体包括迎弹面和被弹面，且所述迎弹面厚度大于所述背弹面厚度。
以一种迎弹面橡胶体厚度为0.6cm，背弹面橡胶体厚度为0.2cm的橡胶复合氧化铝陶瓷为例：其面密度仅增加约0.7g/cm2，但断裂韧性从原氧化铝陶瓷的约9MPa·m1/2提高到14-15MPa·m1/2，对12.7mm穿甲弹的防护系数从约3.1提高到5.1。
具体地说，所谓防护面密度为在穿甲弹或破甲射流对防护板入射方向上，单位面积的装甲质量；所谓断裂韧性是指材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性，是度量材料的韧性好坏的一个定量指标；所谓弹道极限速度是指子弹侵彻被测样品贯穿概率为50％时的入射速度(还成为V50值)；所谓抗弹防护系数Nm是指以某标准弹同时射击标准均值装甲钢半无限靶和对比材料无限靶时，标准均值装甲钢半无限靶面密度与对比材料面密度的比值。上述抗弹性能参数的测量遵循我国军用标准GJB 5115-2004或美军标MIL-DTL-46593B所规定的标准测试程序确定。
优选地，所述橡胶体采用液体原料制成，所述液体原料包括液体橡胶，其中，所述液体橡胶为液体丁二烯橡胶、液体丁苯橡胶、液体丁腈橡胶、液体氯丁橡胶、液体异戊二烯橡胶、液体丁二烯-氯丁烯橡胶或、液体丁二烯-丙烯橡胶中的一种或几种。
优选地，所述橡胶体还包括环氧树脂，所述环氧树脂为双酚A缩水甘油醚、二烯丙基双酚A环氧树脂中的一种或两种。
优选地，所述橡胶体由如下重量份数的下列组分制成：液体丁苯橡胶：100份、液体氯丁橡胶：30-40份、环氧树脂：5-15份、三乙烯四胺：3-7份、碳酸钙：10-20份、秋兰姆类硫化促进剂：0.5-1份和硬脂酸：0.5-1份，其中，所述液体橡胶的平均分子量为2000-15000，优选所述液体橡胶平均分子量为4000-7000。
其中，所述三乙烯四胺、碳酸钙、秋兰姆类硫化促进剂和硬脂酸为橡胶体中的助剂，所述三乙烯四胺为环氧树脂固化剂，硬脂酸在合成橡胶中起到硫化活性剂的作用，也具备增塑剂和软化剂的作用。
优选地，所述被弹面和所述迎弹面的厚度比为0.1-0.5:1，所述迎弹面的厚度为所述陶瓷厚度的50-100％。
优选地，所述陶瓷体的原料为氧化铝、碳化硅或碳化硼中的一种。
所述一种橡胶复合陶瓷所用陶瓷为氧化铝陶瓷(Al2O3)。对于氧化铝陶瓷，由一定热压成型工艺制备的装甲级氧化铝陶瓷，其体积密度约为3.6-3.9g/cm3。根据本发明所述橡胶复合陶瓷成型工艺，在工艺调整范围内，其中所述氧化铝陶瓷在所述橡胶复合陶瓷中的质量含量为72％-82％，优选78％-80％。同时，本发明所述橡胶复合陶瓷成型方法也适用于碳化硅(SiC)陶瓷和碳化硼(B4C)陶瓷，只是橡胶与陶瓷连接强度稍低于氧化铝陶瓷(Al2O3)的情况。装甲级碳化硅(SiC)陶瓷的体积密度约为3.1-3.3g/cm3。对于本发明所述橡胶复合碳化硅陶瓷成品，其中所述SiC陶瓷在所述橡胶复合陶瓷中所占质量份数为70％-81％。装甲级碳化硼(B4C)的体积密度约为2.45-2.55g/cm3。对于本发明所述橡胶复合碳化硼陶瓷成品，其中所述B4C陶瓷在所述橡胶复合陶瓷中所占质量份数为66％-80％。
优选地，所述纤维毡的厚度为3-7mm，是金属纤维毡、无机纤维毡或化纤纤维毡中的一种。
优选地，所述纤维毡是钢丝纤维毡、铜丝纤维毡、玻璃纤维毡、石灰岩纤维毡、玄武岩纤维毡、碳纤维毡、聚乙烯纤维毡、丙烯腈纤维毡、尼龙纤维毡、芳砜纶纤维或芳纶纤维毡的一种。
从橡胶复合陶瓷制备工艺、成品抗弹防护要求和材料成本等方面考虑，优选超高分子量聚乙烯纤维毡和芳纶纤维毡。超高分子量聚乙烯纤维毡，其体积密度为约0.96-0.98g/cm3，弹性模量为约100-150GPa，拉伸强度为约2900-3100MPa。所述芳纶纤维毡，其体积密度为约1.41-1.44g/cm3，弹性模量为约100-170GPa，拉伸强度为约3900-2100MPa。对于本发明所述橡胶复合陶瓷成品，其中所述纤维毡在橡胶复合陶瓷成品中所占质量份数为3％-6％。
相应的，本发明实施例在提供一种防弹用橡胶复合陶瓷的基础上，还进一步提供了所述防弹用橡胶复合陶瓷的一种制备方法。
一种防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法，至少包括以下步骤：
步骤1、将陶瓷进行抛磨处理，采用丙酮和去离子水对抛磨后的陶瓷清洗，然后烘干待用；
步骤2、陶瓷表面苯乙烯磺酸处理：将苯乙烯磺酸溶解在无水乙醇和去离子水的混合溶液中制备苯乙烯磺酸溶液，所述苯乙烯磺酸溶液浓度为0.05-0.2mol/L，在室温下，将抛磨后的陶瓷完全浸渍在苯乙烯磺酸-乙醇/水溶液中，超声震荡30-60min，静置12-24h，取出陶瓷，用丙酮清洗后备用；
步骤3、陶瓷表面喷涂胶膜并预固化：配制质量比为(3-5)：(5-7)的苯乙烯磺酸和液体丁苯橡胶的混合物胶浆，以三[1-(2-甲基)氮丙啶基]磷化氧为扩链剂，对苯乙烯磺酸处理过的陶瓷表面喷涂胶膜，然后置于48-50℃恒温烘箱中，烘烤30-60min；
步骤4、纤维毡包覆陶瓷：将纤维毡包覆经过表面喷涂胶膜的陶瓷，以帘子线纵横紧固纤维毡；
步骤5、加压树脂传递模塑液体橡胶预成型：配制所述橡胶体，将纤维毡包覆的陶瓷板平放于平板上，以真空袋密封，以真空袋为模具模塑，向所述模塑系统内注满所述橡胶体；
步骤6、橡胶复合陶瓷热压罐法成型：将所述充满所述橡胶体的模塑系统固化，固化完成后，将橡胶复合陶瓷从真空袋中取出，切割和抛磨后即得所述防弹用橡胶复合陶瓷。
优选地，所述步骤5中将纤维毡包覆的陶瓷板平放于涂覆有脱模剂的不锈钢平板上，所述不锈钢平板置于38-40℃恒温电热板上，室温下，以注射压力为2-2.5MPa向所述模塑系统内压注所述橡胶，充满后所述模塑系统翻转2次，置于38-40℃的恒温电热板上静置1-2h。
本发明所述橡胶复合陶瓷可应用于多种形式的防弹物件，以及高速冲击结构，例如装甲车辆用陶瓷复合装甲、飞机机腹、飞机驾驶员座椅靠背、发动机护板、高速列车驾驶室和抗弹防护插板等。所述橡胶复合陶瓷特别适用于作为个人抗弹防护器具，例如防弹衣、防护头盔和防弹盾牌等，防护各种手枪弹、步枪弹以及由手榴弹、炮弹、地雷和简易爆炸装置等爆炸产生的各种碎片。
为了更好的说明本发明实施例提供的，下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
本实施例提供一种防弹用橡胶复合陶瓷，所用陶瓷为氧化铝陶瓷(Al2O3)，纤维毡为芳纶纤维毡，所用橡胶原料为液体橡胶与环氧树脂的混合物。
按重量份数计，所述橡胶为：液体丁苯橡胶：100份、液体氯丁橡胶：30份、双酚A缩水甘油醚：15份、三乙烯四胺：5份、碳酸钙：15份、秋兰姆类硫化促进剂：0.6份、硬脂酸：0.5份。
所述三乙烯四胺为环氧树脂固化剂，硬脂酸在合成橡胶中起到硫化活性剂的作用，也具备增塑剂和软化剂的作用。
所述一种防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、采用陶瓷材料抛磨摩擦机对氧化铝陶瓷进行抛磨，磨石材料为烧结金刚石，磨石粒度为140#，打磨进给量取0.01mm/r，打磨压力选择1000～1500N，采用间隔抛磨的方式进行抛磨，即将抛磨分为3个周期，每个周期抛磨4次，每次抛磨时间为10s，将打磨后的氧化铝陶瓷用丙酮和去离子水清洗，洗净后烘干备用。
步骤2、陶瓷表面苯乙烯磺酸处理：以体积比为1：1的无水乙醇和去离子水的混合溶液作为溶剂，配制苯乙烯磺酸的乙醇/水溶液，溶液浓度为0.1mol/L，在室温下将抛磨后的氧化铝陶瓷板完全浸渍在苯乙烯磺酸-乙醇/水溶液中，对溶液超声震荡40min后，静置24h，然后取出苯乙烯磺酸处理过的氧化铝陶瓷板，用丙酮清洗3次后备用。
步骤3、陶瓷表面喷涂胶膜并预固化：配制质量比为4:6的苯乙烯磺酸和液体丁苯橡胶的混合物胶浆，液体丁苯橡胶平均分子量5000～7000，以三[1-(2-甲基)氮丙啶基]磷化氧(MAPO)为扩链剂(硫化剂)，使用无气喷涂机，齿轮泵以2MPa以上的压力将胶浆喷涂在苯乙烯磺酸处理过的氧化铝陶瓷板表面，胶膜厚度为0.6mm，然后将喷涂胶膜的氧化铝陶瓷板置于50℃恒温烘箱中，烘烤约30min，使胶膜预固化，以达到不使胶膜在陶瓷表面流蜒为目的。
步骤4、纤维毡包覆陶瓷：使用芳纶纤维毡包覆氧化铝陶瓷板，以芳纶帘子线纵横紧固纤维毛毡。
步骤5、加压树脂传递模塑液体橡胶预成型：按照上述橡胶的配方将液体丁苯橡胶、液体氯丁橡胶和双酚A缩水甘油醚、三乙烯四胺、碳酸钙：、秋兰姆类硫化促进剂、硬脂酸机械搅拌混合，粘度为14Pa·s；如图1所示，以真空袋和不锈钢平板构成液体橡胶模塑模具，将芳纶纤维毡包覆的氧化铝陶瓷板平放于涂覆有脱模剂的不锈钢平板上，以真空袋密封，液体橡胶预成型体将以真空袋为模具模塑，模塑系统的不锈钢平板置于40℃恒温电热板上，模塑系统的进料口与加压注射设备相连；模塑系统开设两个排气口，排气口与钢制缓冲筒相连，并可接真空泵；室温下，打开注射泵向模塑系统内压注配制好的液体橡胶，注射压力2.5MPa，真空辅助液体橡胶模塑，待液体橡胶充满真空袋后关闭排气口，同时关闭进料口，模塑系统翻转两次后，置于40℃恒温电热板上静置1h。
步骤6、橡胶复合陶瓷热压罐法成型：将上述充满液体橡胶的模塑系统送入热压罐中，接通真空管路和热电偶，关闭热压罐罐门后开始固化，液体橡胶硫化固化工艺按照如图2所示的固化工艺规范进行，固化完成后，将橡胶复合陶瓷制品从真空袋中取出；使用切割和抛磨工具加工得规整的橡胶复合陶瓷成品，即得所述防弹用橡胶复合陶瓷，如图3所示。
实施例2
本实施例提供一种防弹用橡胶复合陶瓷，所用陶瓷为氧化铝陶瓷(Al2O3)，纤维毡为芳纶纤维毡，所用橡胶原料为液体橡胶与环氧树脂的混合物。
按重量份数计，所述橡胶为：液体丁苯橡胶：100份、二烯丙基双酚A环氧树脂：15份、三乙烯四胺：5份、碳酸钙：15份、秋兰姆类硫化促进剂：0.6份、硬脂酸：0.5份。
所述三乙烯四胺为环氧树脂固化剂，硬脂酸在合成橡胶中起到硫化活性剂的作用，也具备增塑剂和软化剂的作用。
所述一种防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、采用陶瓷材料抛磨摩擦机对氧化铝陶瓷进行抛磨，磨石材料为烧结金刚石，磨石粒度为160#，打磨进给量取0.015mm/r，打磨压力选择1000～1500N，采用间隔抛磨的方式进行抛磨，即将抛磨分为5个周期，每个周期抛磨5次，每次抛磨时间为10s，将打磨后的氧化铝陶瓷用丙酮和去离子水清洗，洗净后烘干备用。
步骤2、陶瓷表面苯乙烯磺酸处理：以体积比为1：1的无水乙醇和去离子水的混合溶液作为溶剂，配制苯乙烯磺酸的乙醇/水溶液，溶液浓度为0.05mol/L，在室温下将抛磨后的氧化铝陶瓷板完全浸渍在苯乙烯磺酸-乙醇/水溶液中，对溶液超声震荡30min后，静置30h，然后取出苯乙烯磺酸处理过的氧化铝陶瓷板，用丙酮清洗3次后备用。
步骤3、陶瓷表面喷涂胶膜并预固化：配制质量比为4:6的苯乙烯磺酸和液体丁苯橡胶的混合物胶浆，液体丁苯橡胶平均分子量5000～7000，以三[1-(2-甲基)氮丙啶基]磷化氧(MAPO)为扩链剂(硫化剂)，使用无气喷涂机，齿轮泵以2MPa以上的压力将胶浆喷涂在苯乙烯磺酸处理过的氧化铝陶瓷板表面，胶膜厚度为0.4mm，然后将喷涂胶膜的氧化铝陶瓷板置于50℃恒温烘箱中，烘烤约30min，使胶膜预固化，以达到不使胶膜在陶瓷表面流蜒为目的。
步骤4、纤维毡包覆陶瓷：使用芳纶纤维毡包覆氧化铝陶瓷板，以芳纶帘子线纵横紧固纤维毛毡。
步骤5、加压树脂传递模塑液体橡胶预成型：按照上述橡胶的配方将液体丁苯橡胶、二烯丙基双酚A环氧树脂、三乙烯四胺、碳酸钙、秋兰姆类硫化促进剂、硬脂酸，机械搅拌混合，粘度为14Pa·s；如图1所示，以真空袋和不锈钢平板构成液体橡胶模塑模具，将芳纶纤维毡包覆的氧化铝陶瓷板平放于涂覆有脱模剂的不锈钢平板上，以真空袋密封，液体橡胶预成型体将以真空袋为模具模塑，模塑系统的不锈钢平板置于40℃恒温电热板上，模塑系统的进料口与加压注射设备相连；模塑系统开设两个排气口，排气口与钢制缓冲筒相连，并可接真空泵；室温下，打开注射泵向模塑系统内压注配制好的液体橡胶，注射压力2.5MPa，真空辅助液体橡胶模塑，待液体橡胶充满真空袋后关闭排气口，同时关闭进料口，模塑系统翻转两次后，置于40℃恒温电热板上静置1h。
步骤6、橡胶复合陶瓷热压罐法成型：将上述充满所述橡胶的模塑系统送入热压罐中，接通真空管路和热电偶，关闭热压罐罐门后开始固化，液体橡胶硫化固化工艺按照如图2所示的固化工艺规范进行，固化完成后，将橡胶复合陶瓷制品从真空袋中取出；使用切割和抛磨工具加工得规整的橡胶复合陶瓷成品，即得所述防弹用橡胶复合陶瓷，如图3所示。
实施例3
本实施例提供一种防弹用橡胶复合陶瓷，所用陶瓷为碳化硼(B4C)陶瓷，纤维毡为芳纶纤维毡，所用橡胶原料为液体橡胶与环氧树脂的混合物。
按重量份数计，所述橡胶为：液体丁苯橡胶：100份、液体氯丁橡胶：30份、双酚A缩水甘油醚：15份、三乙烯四胺：5份、碳酸钙：15份、秋兰姆类硫化促进剂：0.6份、硬脂酸：0.5份。
所述三乙烯四胺为环氧树脂固化剂，硬脂酸在合成橡胶中起到硫化活性剂的作用，也具备增塑剂和软化剂的作用。
所述一种防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、采用陶瓷材料抛磨摩擦机对碳化硼陶瓷进行抛磨，磨石材料为烧结金刚石，磨石粒度为140#，打磨进给量取0.01mm/r，打磨压力选择1000～1500N，采用间隔抛磨的方式进行抛磨，即将抛磨分为3个周期，每个周期抛磨4次，每次抛磨时间为10s，将打磨后的碳化硼陶瓷用丙酮和去离子水清洗，洗净后烘干备用。
步骤2、陶瓷表面苯乙烯磺酸处理：以体积比为1：1的无水乙醇和去离子水的混合溶液作为溶剂，配制苯乙烯磺酸的乙醇/水溶液，溶液浓度为0.1mol/L，在室温下将抛磨后的碳化硼陶瓷板完全浸渍在苯乙烯磺酸-乙醇/水溶液中，对溶液超声震荡60min后，静置24h，然后取出苯乙烯磺酸处理过的碳化硼陶瓷板，用丙酮清洗3次后备用。
步骤3、陶瓷表面喷涂胶膜并预固化：配制质量比为4:6的苯乙烯磺酸和液体丁苯橡胶的混合物胶浆，液体丁苯橡胶平均分子量5000～7000，以三[1-(2-甲基)氮丙啶基]磷化氧(MAPO)为扩链剂(硫化剂)，使用无气喷涂机，齿轮泵以2MPa以上的压力将胶浆喷涂在苯乙烯磺酸处理过的碳化硼陶瓷板表面，胶膜厚度为0.6mm，然后将喷涂胶膜的碳化硼陶瓷板置于50℃恒温烘箱中，烘烤约30min，使胶膜预固化，以达到不使胶膜在陶瓷表面流蜒为目的。
步骤4、纤维毡包覆陶瓷：使用芳纶纤维毡包覆碳化硼陶瓷板，以芳纶帘子线纵横紧固纤维毛毡。
步骤5、加压树脂传递模塑液体橡胶预成型：按照上述橡胶的配方将液体丁苯橡胶、液体氯丁橡胶和双酚A缩水甘油醚、三乙烯四胺、碳酸钙、秋兰姆类硫化促进剂、硬脂酸，机械搅拌混合，粘度为14Pa·s；如图1所示，以真空袋和不锈钢平板构成液体橡胶模塑模具，将芳纶纤维毡包覆的碳化硼陶瓷板平放于涂覆有脱模剂的不锈钢平板上，以真空袋密封，液体橡胶预成型体将以真空袋为模具模塑，模塑系统的不锈钢平板置于40℃恒温电热板上，模塑系统的进料口与加压注射设备相连；模塑系统开设两个排气口，排气口与钢制缓冲筒相连，并可接真空泵；室温下，打开注射泵向模塑系统内压注配制好的液体橡胶，注射压力2.5MPa，真空辅助液体橡胶模塑，待橡胶充满真空袋后关闭排气口，同时关闭进料口，模塑系统翻转两次后，置于40℃恒温电热板上静置1h。
步骤6、橡胶复合陶瓷热压罐法成型：将上述充满所述橡胶的模塑系统送入热压罐中，接通真空管路和热电偶，关闭热压罐罐门后开始固化，液体橡胶硫化固化工艺按照如图2所示的固化工艺规范进行，固化完成后，将橡胶复合陶瓷制品从真空袋中取出；使用切割和抛磨工具加工得规整的橡胶复合陶瓷成品，即得所述防弹用橡胶复合陶瓷，如图3所示。
实施例1、2、3制备的防弹用橡胶复合陶瓷的厚度如下表1所示。
表1
为了更好的说明本发明实施例提供的防弹用橡胶复合陶瓷的特性，下面将实施例1、2、3制备的防弹用橡胶复合陶瓷进行断裂韧性和抗弹防护系数的测试，测试方法如下，测试结果如表2所示。
断裂韧性的测试参照我国国标GB-T 4161-2007《金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方法》。抗弹防护系数的测试参照美军标MIL-DTL-46593B所规定的标准测试程序。用于断裂韧性和抗弹防护系数的测试程序概述如下：
C-1断裂韧性测试程序
1.预先估计所测材料的断裂韧性KⅠC和屈服强度σy值。
2.断裂韧性测试试样的制备，测试试样的形状及尺寸参照GB-T4161-2007《金属材料平面应变断裂韧度KIC试验方法》中规定的测试断裂韧性的标准试样(标准三点弯曲试样)，根据步骤-1预估值确定试样最小厚度。
3.本发明所述断裂韧性测试所采用的标准三点弯曲试样几何尺寸为：宽W＝20mm，长L＝100mm，厚B＝10mm。
4.安装三点弯曲试验底座，使加载线通过跨距S的中点，偏差在1％S以内。
5.将载荷传感器和位移传感器的接线，分别按“全桥法”接入动态应变仪，并进行平衡调节，用动态输出档，将载荷和位移输出讯号分别接到函数记录仪的“Y”和“X”接线柱上。
6.制备好的试样，在MTS810材料力学试验机上进行断裂试验，测量5次取平均值。
7.加载结束后，压断试样，从3086-11型X—Y系列实验记录仪上取下记录的P-V曲线。
8.用15J型工具显微镜测量试样的临界裂纹(半)长度a，取断裂后的试样在断面上划线，取其平均值得临界裂纹(半)长度a。
C-2抗弹防护系数测试程序
1.采用理论分析和动力学数值仿真方法预先估计样品的抗弹能力。
2.测试样品的制备，待测试对比例氧化铝陶瓷和碳化硼陶瓷采用热压烧结工艺制备(均为定制成品)，橡胶复合陶瓷待测试样品的制备参照本发明所述橡胶复合陶瓷制备方法。
3.本发明所述抗弹防护系数测试所用测试样品的几何尺寸均为：25cm×25cm×2.8cm；厚度方向几何构造见表1中所示。
4.标准穿深为65～75mm的均质装甲钢。
5.12.7mm穿甲弹模拟弹的制备。12.7mm穿甲弹模拟弹质量为28.1g，材质为Q235钢。
6.铝制弹托的制备。
7.轻气炮装置。
8.炮口测速装置和电磁线圈测速装置。
9.记录密度和弹丸速度；记录没有测试样品时的背板穿透深度；记录有测试样品时的背板穿透深度。根据测量参数计算，取平均值得抗弹防护系数。
表2
由表2可以得出，本发明以Al2O3陶瓷制备的防弹用橡胶复合陶瓷，断裂韧性提高74％，防弹防护系数提高49％；以B4C陶瓷制备的防弹用橡胶复合陶瓷，断裂韧性提高56％，防弹防护系数提高42％。
将Al2O3陶瓷与实施例2制备的防弹用橡胶复合Al2O3陶瓷，进行弹丸打击，抗打击示意图如图4所示。
由图4可以直观的看出，当弹丸高速撞击时，Al2O3陶瓷受冲击表面形成破裂锥体，随着锥形体内裂纹的聚结，陶瓷会出现全面破碎，抗打击能力差，本发明提供的橡胶复合Al2O3陶瓷，只是形成弹丸孔，而周围的陶瓷基本没有出现裂纹，抗击打性能优异。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述复合陶瓷由橡胶体、纤维毡和陶瓷体组成，所述纤维毡包覆在所述陶瓷体表面，所述橡胶体包覆在所述纤维毡表面，且所述橡胶体与所述陶瓷体化学键合，所述橡胶体与所述纤维毡化学键合，所述橡胶体包括迎弹面和背弹面，且所述迎弹面厚度大于所述背弹面厚度；
所述防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法至少包括以下步骤：陶瓷进行抛磨处理；陶瓷表面苯乙烯磺酸处理；陶瓷表面喷涂胶膜并预固化；纤维毡包覆陶瓷；加压树脂传递模塑橡胶预成型；橡胶复合陶瓷热压罐法成型。
2.如权利要求1所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述橡胶体采用液体原料制成，所述液体原料包括液体橡胶，其中，所述液体橡胶为液体丁二烯橡胶、液体丁苯橡胶、液体丁腈橡胶、液体氯丁橡胶、液体异戊二烯橡胶、液体丁二烯-氯丁烯橡胶或、液体丁二烯-丙烯橡胶中的一种或几种。
3.如权利要求2所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述橡胶体还包括环氧树脂，所述环氧树脂为双酚A缩水甘油醚、二烯丙基双酚A环氧树脂中的一种或两种。
4.如权利要求2-3任一所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述橡胶体由如下重量份数的下列组分制成：液体丁苯橡胶：100份、液体氯丁橡胶：30-40份、环氧树脂：5-15份、三乙烯四胺：3-7份、碳酸钙：10-20份、秋兰姆类硫化促进剂：0.5-1份和硬脂酸：0.5-1份，其中，所述液体橡胶的平均分子量为2000-15000。
5.如权利要求1所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述背弹面和所述迎弹面的厚度比为0.1-0.5:1，所述迎弹面的厚度为陶瓷体厚度的50-100％。
6.如权利要求1所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述陶瓷体的原料为氧化铝、碳化硅或碳化硼中的一种。
7.如权利要求1所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述纤维毡的厚度为3-7mm，是金属纤维毡、无机纤维毡或化纤纤维毡中的一种。
8.如权利要求7所述的防弹用橡胶复合陶瓷，其特征在于：所述纤维毡是钢丝纤维毡、铜丝纤维毡、玻璃纤维毡、石灰岩纤维毡、玄武岩纤维毡、碳纤维毡、聚乙烯纤维毡、丙烯腈纤维毡、尼龙纤维毡、芳砜纶纤维或芳纶纤维毡的一种。
9.一种防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法，其特征在于：至少包括以下步骤：
步骤1、将陶瓷进行抛磨处理，采用丙酮和去离子水对抛磨后的陶瓷清洗，然后烘干待用；
步骤2、陶瓷表面苯乙烯磺酸处理：将苯乙烯磺酸溶解在无水乙醇和去离子水的混合溶液中制备苯乙烯磺酸溶液，所述苯乙烯磺酸溶液浓度为0.05-0.2mol/L，在室温下，将抛磨后的陶瓷完全浸渍在苯乙烯磺酸溶液中，超声震荡30-60min，静置12-24h，取出陶瓷，用丙酮清洗后备用；
步骤3、陶瓷表面喷涂胶膜并预固化：配制质量比为(3-5)：(5-7)的苯乙烯磺酸和液体丁苯橡胶的混合物胶浆，以三[1-(2-甲基)氮丙啶基]磷化氧为扩链剂，对苯乙烯磺酸处理过的陶瓷表面喷涂胶膜，然后置于48-50℃恒温烘箱中，烘烤30-60min；
步骤4、纤维毡包覆陶瓷：将纤维毡包覆经过表面喷涂胶膜的陶瓷，以帘子线纵横紧固纤维毡；
步骤5、加压树脂传递模塑液体橡胶预成型：配制橡胶体，将纤维毡包覆的陶瓷板平放于平板上，以真空袋密封，以真空袋为模具模塑，向模塑系统内注满橡胶体；
步骤6、橡胶复合陶瓷热压罐法成型：将充满所述橡胶体的模塑系统固化，固化完成后，将橡胶复合陶瓷从真空袋中取出，切割和抛磨后即得所述防弹用橡胶复合陶瓷。
10.如权利要求9所述的防弹用橡胶复合陶瓷的制备方法，其特征在于：所述步骤5中将纤维毡包覆的陶瓷板平放于涂覆有脱模剂的不锈钢平板上，所述不锈钢平板置于38-40℃恒温电热板上，室温下，以注射压力为2-2.5MPa向模塑系统内压注橡胶体，充满后模塑系统翻转2次，置于38-40℃的恒温电热板上静置1-2h。
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