CN107443834A - 防弹复合装甲板材及其应用和制备方法 - Google Patents

防弹复合装甲板材及其应用和制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防弹复合装甲板材及其应用和制备方法，防弹复合装甲板材包括防弹钢板、芳纶纤维复合板以及夹设于所述防弹钢板与芳纶纤维复合板之间的缓冲夹层；采用复合芯板的结构形式，形成夹芯结构的复合板材，借此解决现有防弹装甲材料之不足，实现在抵御高速破片侵彻方面较单一防弹钢具有明显的优势，以及，在同等防护能力条件下，较防弹钢重量大为减轻之目的，进而实现本发明防弹复合装甲板材的高实用价值。本发明防弹复合装甲板材可用作装甲设备的制备材料，应用于装甲设备包括装甲车、舰艇、防弹服、防弹头盔等领域。

Description

防弹复合装甲板材及其应用和制备方法
技术领域
本发明涉及一种合金材料及其应用和制备方法，特别是涉及一种装甲板材及其应用和制备方法，应用于特种装甲材料技术领域。
背景技术
目前随着各国对军事装备的重视，坦克装甲、人体防护的制备也不断发展，防弹装甲得到广泛的应用。随着现代武器侵彻能力的不断提高，所用防护装甲也越来越重，厚重装甲的质量与其抗弹性能的矛盾成为装甲防护研究要解决的问题。
上世纪五六十年代材料科学的进步使得人们成功的利用金属、陶瓷、复合材料板等制备了新型高性能轻型装甲。新型高性能轻型的防弹复合装甲由于其成型工艺简单、质量轻、成本低等优点，可实现减重和大幅度提高防弹性能的目的，是制备装甲的首选材料。
防弹复合材料是指主要为阻挡弹体、破片和射流等侵彻而设计制造的一类复合材料。由于芳纶复合材料在防弹领域表现出极大优异性能，芳纶复合材料层合板和钢板组合而成的装甲得到很多的研究和广泛的应用。目前市场上的芳纶复合材料多采用改性酚醛树脂，对于树脂而言，合适的韧性及其粘结强度，对于提高芳纶复合材料起着至关重要的作用。酚醛树脂体系，虽然其成型快，成本低，但其本身也具有一定的弱点，如树脂的韧性低、易发生脆性断裂，粘结强度低、耐温性差等。因此，寻找到更有效的树脂是提高芳纶复合材料综合性能的关键。同时对于防弹复合装甲而言，钢板参数的选取，装甲设备的结构形式也是极为关键的。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种防弹复合装甲板材及其应用和制备方法，采用复合芯板的结构形式，形成夹芯结构的复合板材，实现在抵御高速破片侵彻方面较单一防弹钢具有明显的优势，以及在同等防护能力条件下，较防弹钢重量大为减轻之目的，进而实现本发明防弹复合装甲板材的高实用价值，解决现有防弹装甲材料之不足的现实问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种防弹复合装甲板材，主要包括防弹钢板、芳纶纤维复合板和缓冲夹层，其中缓冲夹层设于所述防弹钢板与芳纶纤维复合板之间，以缓冲夹层作为芯板，形成夹芯结构的复合板材。
作为本发明优选的技术方案，在所述缓冲夹层的一个侧表面与所述防弹钢板之间，以及在所述缓冲夹层的另一个侧表面与芳纶纤维复合板之间，皆设有双组分胶粘构成的粘结胶层，所述粘结胶层能将缓冲夹层两侧分别与防弹钢板和芳纶纤维复合板牢固结合在一起，使板材形成层叠式复合结构。
上述芳纶纤维复合板优选由芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压制成。
上述芳纶纤维复合板优选由至少两层的芳纶纤维层合板组合而成。
上述防弹钢板的厚度优选为1～5mm。
上述芳纶纤维复合板的厚度优选为4.45～12mm，上述芳纶纤维复合板的材料面密度优选为5～15kg/m2。
上述缓冲夹层的厚度优选为40～60mm。
上述防弹钢板优选采用685A防弹钢，上述防弹钢板的厚度优选为3～5mm；上述芳纶纤维复合板优选采用由芳纶织布与聚酰胺PA6热塑性树脂热压制成，上述芳纶纤维复合板的材料面密度优选为6～15kg/m2；上述缓冲夹层的厚度优选为50～60mm。
上述防弹钢板的厚度更优选为4～5mm；上述芳纶纤维复合板的材料面密度更优选为12～15kg/m2，上述芳纶纤维复合板的厚度更优选为9.65～12mm；上述缓冲夹层优选采用隔热缓冲陶瓷棉。
作为本发明上述方案的进一步优选的技术方案，所述防弹钢板优选采用DQ钢、675装甲钢、685装甲钢、685A防弹钢、30CrNiMnMoB中的任意一种高性能防弹钢的板材制成；或者所述防弹钢板优选采用其中任意几种高性能防弹钢进行一体式层状结合形成的复合板材制成。
上述缓冲夹层优选由隔热缓冲陶瓷棉、纤维增强塑料、玻璃和橡胶中的任意一种材料或任意几种材料的复合材料制成。
一种本发明防弹复合装甲板材的应用，采用弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板作为背板。
一种本发明防弹复合装甲板材的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，制成芳纶纤维复合板，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板时，控制热压成型温度为100～130℃，热压成型压力为10～20MPa；作为本发明优选的技术方案，在热压成型制备芳纶纤维复合板时，热压成型的保温时间不低于30分钟，制备密度为5～15kg/m2的芳纶纤维复合板；
b.准备防弹钢板：
机械切割防弹钢板至需求尺寸，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；
c.准备缓冲夹层：
机械切割缓冲夹层板材至需求尺寸，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板和在所述步骤b中准备的防弹钢板之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层两侧分别与防弹钢板和芳纶纤维复合板粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明防弹复合装甲板材经打靶试验能够抵御3.3g立方体子弹以1200～1300m/s的速度侵彻；
2.本发明防弹复合装甲板材通过防弹钢板、芳纶纤维复合板与缓冲夹层所构成的夹芯结构，确实且有效地提高装甲板材的防护系数，同时实现一种较现有装甲重量更轻的复合装甲板材；
3.本发明防弹复合装甲板材能够进一步在广泛的领域中实现其高实用价值。
附图说明
图1为本发明实施例一防弹复合装甲板材的结构剖视示意图。
图2为本发明防弹复合装甲板材在打靶试验前装甲板材靶板的正面形貌图。
图3为本发明防弹复合装甲板材在打靶试验前装甲板材靶板的背面形貌图。
图4为本发明实施例十防弹复合装甲板材打靶试验结果未穿透时的装甲板材靶板的正面形貌图。
图5为本发明实施例十防弹复合装甲板材打靶试验结果未穿透时的装甲板材靶板的背面形貌图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，参见图1，一种防弹复合装甲板材，主要包括防弹钢板(10)、芳纶纤维复合板(20)和缓冲夹层(30)，其中缓冲夹层(30)设于所述防弹钢板(10)与芳纶纤维复合板(20)之间，以缓冲夹层(30)作为芯板，形成夹芯结构的复合板材。参见图1，在所述缓冲夹层(30)的一个侧表面与所述防弹钢板(10)之间，以及在所述缓冲夹层(30)的另一个侧表面与芳纶纤维复合板(20)之间，皆设有双组分胶粘构成的粘结胶层(40)，所述粘结胶层(40)能将缓冲夹层(30)两侧分别与防弹钢板(10)和芳纶纤维复合板(20)牢固结合在一起，使板材形成层叠式复合结构。
在本实施例中，参见图1，防弹钢板10选用685A防弹钢，所述防弹钢板(10)的厚度为3mm。所述芳纶纤维复合板(20)由芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压制成，其中聚酰胺热塑性树脂采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA，所述芳纶纤维复合板(20)的厚度为5.20mm，所述芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为6kg/m2。所述缓冲夹层(30)由隔热缓冲陶瓷棉制成，所述缓冲夹层(30)的厚度为50mm。在本发明各实施例中，防弹装甲板材的面尺寸均为300×300mm2，每块防弹复合装甲板材的整体质量为3050g。
参见图1，一种本实施例防弹复合装甲板材的制造方法，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板20：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，其中聚酰胺热塑性树脂采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA，制成芳纶纤维复合板20，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板20时，控制热压成型温度为100℃，热压成型压力为10MPa，热压成型的保温时间为30分钟，制得面尺寸均为300×300mm2且厚度为5.20mm的芳纶纤维复合板20，所制备的芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为6kg/m2；
b.准备防弹钢板：
防弹钢板10选用厚度为3mm的685A防弹钢，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；
c.准备缓冲夹层：
缓冲夹层(30)由厚度为50mm的隔热缓冲陶瓷棉板制成，机械切割缓冲夹层30板材至面尺寸均为300×300mm2，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板20和在所述步骤b中准备的防弹钢板10之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层30两侧分别与防弹钢板10和芳纶纤维复合板20粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
在本实施例中，所述聚酰胺热塑性树脂具体为聚酰胺PA6热塑性树脂。在步骤a中，所述芳纶织布在裁剪后，较佳先进行恒温干燥后，再通过热压成型机与PA6树脂一起进行热压成型，以制得密度为6kg/m2的所述芳纶纤维复合板20。较佳地，所述芳纶纤维复合板20在热压成型机内热压并保温时间30分钟。
在步骤d中，本实施例使用配置的AB胶把防弹钢板10、芳纶纤维复合板20与缓冲夹层30粘结为一体，组成如图1所示的结构。
本实施例采用防弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。本实施例制备的厚度为3mm防弹钢板10、厚度为50mm的缓冲夹层(30)和厚度为5.20mm的芳纶纤维复合板(20)的总厚度至少为58.2.mm，本实施例制备的防弹复合装甲板材样品的自重3050g仅仅比相同面积的厚度为4mm的685A防弹钢板重量为2903g略重，可见本实施例防弹复合装甲板材实现了明显的轻量化。防弹复合装甲板材在打靶试验前装甲板材靶板的正面和背面形貌图如图2和图3所示，防弹复合装甲板材的正反两面为平整平面。
采用本实施例弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种防弹复合装甲板材的制造方法，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板20：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，其中聚酰胺热塑性树脂采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA，制成芳纶纤维复合板20，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板20时，控制热压成型温度为100℃，热压成型压力为10MPa，热压成型的保温时间为30分钟，制得面尺寸均为300×300mm2且厚度为5.20mm的芳纶纤维复合板20，所制备的芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为6kg/m2；
b.准备防弹钢板：
防弹钢板10选用厚度为4mm的685A防弹钢，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；
c.准备缓冲夹层：
缓冲夹层(30)由厚度为50mm的隔热缓冲陶瓷棉板制成，机械切割缓冲夹层30板材至面尺寸均为300×300mm2，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板20和在所述步骤b中准备的防弹钢板10之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层30两侧分别与防弹钢板10和芳纶纤维复合板20粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
本实施例采用防弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。本实施例制备的厚度为4mm的防弹钢板10、厚度为50mm的缓冲夹层(30)和厚度为5.20mm的芳纶纤维复合板(20)的总厚度至少为59.20mm，本实施例制备的防弹复合装甲板材样品的自重3515g仅仅比相同面积的厚度为4mm的685A防弹钢板重量为2903g略重，可见本实施例防弹复合装甲板材实现了明显的轻量化。防弹复合装甲板材在打靶试验前装甲板材靶板的正面和背面形貌图如图2和图3所示，防弹复合装甲板材的正反两面为平整平面。
采用本实施例弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种防弹复合装甲板材的制造方法，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板20：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，其中聚酰胺热塑性树脂采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA，制成芳纶纤维复合板20，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板20时，控制热压成型温度为100℃，热压成型压力为20MPa，热压成型的保温时间为30分钟，制得面尺寸均为300×300mm2且厚度为6.75mm的芳纶纤维复合板20，所制备的芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为8kg/m2；
b.准备防弹钢板：
防弹钢板10选用厚度为3mm的685A防弹钢，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；
c.准备缓冲夹层：
缓冲夹层(30)由厚度为50mm的隔热缓冲陶瓷棉板制成，机械切割缓冲夹层30板材至面尺寸均为300×300mm2，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板20和在所述步骤b中准备的防弹钢板10之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层30两侧分别与防弹钢板10和芳纶纤维复合板20粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
本实施例采用防弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。本实施例制备的厚度为3mm的防弹钢板10、厚度为50mm的缓冲夹层(30)和厚度为6.75mm的芳纶纤维复合板(20)的总厚度至少为59.75mm，本实施例制备的防弹复合装甲板材样品的自重3320g仅仅比相同面积的厚度为4mm的685A防弹钢板重量为2903g略重，可见本实施例防弹复合装甲板材实现了明显的轻量化。防弹复合装甲板材在打靶试验前装甲板材靶板的正面和背面形貌图如图2和图3所示，防弹复合装甲板材的正反两面为平整平面。
采用本实施例弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种防弹复合装甲板材的制造方法，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板20：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，其中聚酰胺热塑性树脂采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA，制成芳纶纤维复合板20，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板20时，控制热压成型温度为100℃，热压成型压力为20MPa，热压成型的保温时间为30分钟，制得面尺寸均为300×300mm2且厚度为6.75mm的芳纶纤维复合板20，所制备的芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为8kg/m2；
b.准备防弹钢板：
防弹钢板10选用厚度为4mm的685A防弹钢，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；
c.准备缓冲夹层：
缓冲夹层(30)由厚度为50mm的隔热缓冲陶瓷棉板制成，机械切割缓冲夹层30板材至面尺寸均为300×300mm2，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板20和在所述步骤b中准备的防弹钢板10之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层30两侧分别与防弹钢板10和芳纶纤维复合板20粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
本实施例采用防弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。本实施例制备的厚度为4mm的防弹钢板10、厚度为50mm的缓冲夹层(30)和厚度为6.75mm的芳纶纤维复合板(20)的总厚度至少为60.75mm，本实施例制备的防弹复合装甲板材样品的自重3720g仅仅比相同面积的厚度为4mm的685A防弹钢板重量为2903g略重，可见本实施例防弹复合装甲板材实现了明显的轻量化。防弹复合装甲板材在打靶试验前装甲板材靶板的正面和背面形貌图如图2和图3所示，防弹复合装甲板材的正反两面为平整平面。
采用本实施例弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。
实施例五：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种防弹复合装甲板材的制造方法，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板20：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，其中聚酰胺热塑性树脂采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA，制成芳纶纤维复合板20，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板20时，控制热压成型温度为100℃，热压成型压力为10MPa，热压成型的保温时间为30分钟，制得面尺寸均为300×300mm2且厚度为4.45mm的芳纶纤维复合板20，所制备的芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为6kg/m2；
b.准备防弹钢板：
防弹钢板10选用厚度为3mm的685A防弹钢，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；
c.准备缓冲夹层：
缓冲夹层(30)由厚度为50mm的隔热缓冲陶瓷棉板制成，机械切割缓冲夹层30板材至面尺寸均为300×300mm2，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板20和在所述步骤b中准备的防弹钢板10之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层30两侧分别与防弹钢板10和芳纶纤维复合板20粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
本实施例采用防弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。本实施例制备的厚度为3mm的防弹钢板10、厚度为50mm的缓冲夹层(30)和厚度为4.45mm的芳纶纤维复合板(20)的总厚度至少为57.45mm，本实施例制备的防弹复合装甲板材样品的自重2930g仅仅比相同面积的厚度为4mm的685A防弹钢板重量为2903g略重，可见本实施例防弹复合装甲板材实现了明显的轻量化。防弹复合装甲板材在打靶试验前装甲板材靶板的正面和背面形貌图如图2和图3所示，防弹复合装甲板材的正反两面为平整平面。
采用本实施例弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。
实施例六：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种防弹复合装甲板材的制造方法，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板20：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，其中聚酰胺热塑性树脂采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA，制成芳纶纤维复合板20，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板20时，控制热压成型温度为100℃，热压成型压力为10MPa，热压成型的保温时间为30分钟，制得面尺寸均为300×300mm2且厚度为4.45mm的芳纶纤维复合板20，所制备的芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为6kg/m2；
b.准备防弹钢板：
防弹钢板10选用厚度为4mm的685A防弹钢，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；
c.准备缓冲夹层：
缓冲夹层(30)由厚度为50mm的隔热缓冲陶瓷棉板制成，机械切割缓冲夹层30板材至面尺寸均为300×300mm2，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板20和在所述步骤b中准备的防弹钢板10之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层30两侧分别与防弹钢板10和芳纶纤维复合板20粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
本实施例采用防弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。本实施例制备的厚度为4mm的防弹钢板10、厚度为50mm的缓冲夹层(30)和厚度为4.45mm的芳纶纤维复合板(20)的总厚度至少为58.45mm，本实施例制备的防弹复合装甲板材样品的自重3770g仅仅比相同面积的厚度为4mm的685A防弹钢板重量为2903g略重，可见本实施例防弹复合装甲板材实现了明显的轻量化。防弹复合装甲板材在打靶试验前装甲板材靶板的正面和背面形貌图如图2和图3所示，防弹复合装甲板材的正反两面为平整平面。
采用本实施例弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。
实施例七：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种防弹复合装甲板材的制造方法，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板20：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，其中聚酰胺热塑性树脂采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA，制成芳纶纤维复合板20，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板20时，控制热压成型温度为100℃，热压成型压力为20MPa，热压成型的保温时间为30分钟，制得面尺寸均为300×300mm2且厚度为5.75mm的芳纶纤维复合板20，所制备的芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为8kg/m2；
b.准备防弹钢板：
防弹钢板10选用厚度为3mm的685A防弹钢，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；
c.准备缓冲夹层：
缓冲夹层(30)由厚度为50mm的隔热缓冲陶瓷棉板制成，机械切割缓冲夹层30板材至面尺寸均为300×300mm2，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板20和在所述步骤b中准备的防弹钢板10之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层30两侧分别与防弹钢板10和芳纶纤维复合板20粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
本实施例采用防弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。本实施例制备的厚度为3mm的防弹钢板10、厚度为50mm的缓冲夹层(30)和厚度为5.75mm的芳纶纤维复合板(20)的总厚度至少为58.75mm，本实施例制备的防弹复合装甲板材样品的自重3065g仅仅比相同面积的厚度为4mm的685A防弹钢板重量为2903g略重，可见本实施例防弹复合装甲板材实现了明显的轻量化。防弹复合装甲板材在打靶试验前装甲板材靶板的正面和背面形貌图如图2和图3所示，防弹复合装甲板材的正反两面为平整平面。
采用本实施例弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。
实施例八：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种防弹复合装甲板材的制造方法，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板20：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，其中聚酰胺热塑性树脂采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA，制成芳纶纤维复合板20，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板20时，控制热压成型温度为100℃，热压成型压力为20MPa，热压成型的保温时间为30分钟，制得面尺寸均为300×300mm2且厚度为5.75mm的芳纶纤维复合板20，所制备的芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为8kg/m2；
b.准备防弹钢板：
防弹钢板10选用厚度为4mm的685A防弹钢，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；
c.准备缓冲夹层：
缓冲夹层(30)由厚度为50mm的隔热缓冲陶瓷棉板制成，机械切割缓冲夹层30板材至面尺寸均为300×300mm2，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板20和在所述步骤b中准备的防弹钢板10之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层30两侧分别与防弹钢板10和芳纶纤维复合板20粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
本实施例采用防弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。本实施例制备的厚度为4mm的防弹钢板10、厚度为50mm的缓冲夹层(30)和厚度为5.75mm的芳纶纤维复合板(20)的总厚度至少为59.75mm，本实施例制备的防弹复合装甲板材样品的自重3850g仅仅比相同面积的厚度为4mm的685A防弹钢板重量为2903g略重，可见本实施例防弹复合装甲板材实现了明显的轻量化。防弹复合装甲板材在打靶试验前装甲板材靶板的正面和背面形貌图如图2和图3所示，防弹复合装甲板材的正反两面为平整平面。
采用本实施例弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。
实施例九：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种防弹复合装甲板材的制造方法，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板20：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，其中聚酰胺热塑性树脂采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA，制成面尺寸均为300×300mm2且厚度为5.475mm的两块芳纶纤维复合板20，将两块芳纶纤维复合板20层叠组装而成整体式的芳纶纤维部分，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板20时，控制热压成型温度为130℃，热压成型压力为20MPa，热压成型的保温时间为30分钟，制得芳纶纤维复合板20，所制备的芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为14kg/m2，整体式的芳纶纤维部分的总厚度是10.95mm；
b.准备防弹钢板：
防弹钢板10选用厚度为3mm的685A防弹钢，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；
c.准备缓冲夹层：
缓冲夹层(30)由厚度为50mm的隔热缓冲陶瓷棉板制成，机械切割缓冲夹层30板材至面尺寸均为300×300mm2，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板20和在所述步骤b中准备的防弹钢板10之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层30两侧分别与防弹钢板10和芳纶纤维复合板20粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
本实施例采用防弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。本实施例制备的厚度为3mm的防弹钢板10、厚度为50mm的缓冲夹层(30)和厚度为10.95mm的芳纶纤维复合板(20)的总厚度至少为63.95mm，本实施例制备的防弹复合装甲板材样品的自重3791g仅仅比相同面积的厚度为4mm的685A防弹钢板重量为2903g略重，可见本实施例防弹复合装甲板材实现了明显的轻量化。防弹复合装甲板材在打靶试验前装甲板材靶板的正面和背面形貌图如图2和图3所示，防弹复合装甲板材的正反两面为平整平面。
采用本实施例弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。
实施例十：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种防弹复合装甲板材的制造方法，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板20：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，其中聚酰胺热塑性树脂采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA，制成面尺寸均为300×300mm2且厚度为4.825mm的两块芳纶纤维复合板20，将两块芳纶纤维复合板20层叠组装而成整体式的芳纶纤维部分，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板20时，控制热压成型温度为120℃，热压成型压力为20MPa，热压成型的保温时间为30分钟，制得芳纶纤维复合板20，所制备的芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为12kg/m2，整体式的芳纶纤维部分的总厚度是9.65mm；
b.准备防弹钢板：
防弹钢板10选用厚度为4mm的685A防弹钢，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；
c.准备缓冲夹层：
缓冲夹层(30)由厚度为50mm的隔热缓冲陶瓷棉板制成，机械切割缓冲夹层30板材至面尺寸均为300×300mm2，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板20和在所述步骤b中准备的防弹钢板10之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层30两侧分别与防弹钢板10和芳纶纤维复合板20粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
本实施例采用防弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。本实施例制备的厚度为4mm的防弹钢板10、厚度为50mm的缓冲夹层(30)和厚度为9.65mm的芳纶纤维复合板(20)的总厚度至少为63.65mm，本实施例制备的防弹复合装甲板材样品的自重4358g仅仅比相同面积的厚度为4mm的685A防弹钢板重量为2903g略重，可见本实施例防弹复合装甲板材实现了明显的轻量化。
采用本实施例弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。
实施例十一：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种防弹复合装甲板材的制造方法，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板20：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，其中聚酰胺热塑性树脂采用聚对苯二甲酰对苯二胺纤维PPTA，制成面尺寸均为300×300mm2且厚度为4.825mm的两块芳纶纤维复合板20，将两块芳纶纤维复合板20层叠组装而成整体式的芳纶纤维部分，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板20时，控制热压成型温度为120℃，热压成型压力为20MPa，热压成型的保温时间为30分钟，制得芳纶纤维复合板20，所制备的芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为12kg/m2，整体式的芳纶纤维部分的总厚度是9.65mm；
b.准备防弹钢板：
防弹钢板10选用两片厚度分别为2mm的685A防弹钢板材，进行层叠组装形成一体式防弹钢板的迎弹面部分，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；本实施例采用层叠组装式的防弹钢板10组合体，易于生产制造，甚至于部分防弹钢板10可以局部替换，满足特殊的使用环境的特别需求；
c.准备缓冲夹层：
缓冲夹层(30)由厚度为50mm的隔热缓冲陶瓷棉板制成，机械切割缓冲夹层30板材至面尺寸均为300×300mm2，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板20和在所述步骤b中准备的防弹钢板10之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层30两侧分别与防弹钢板10和芳纶纤维复合板20粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
本实施例采用防弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。本实施例制备的厚度为4mm的防弹钢板10、厚度为50mm的缓冲夹层(30)和厚度为9.65mm的芳纶纤维复合板(20)的总厚度至少为63.65mm，本实施例制备的防弹复合装甲板材样品的自重4358g仅仅比相同面积的厚度为4mm的685A防弹钢板重量为2903g略重，可见本实施例防弹复合装甲板材实现了明显的轻量化。
采用本实施例弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板10作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板20作为背板。
对比例一：
在本实施例中，选用厚度为3mm的685A防弹钢作为防弹钢板10，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，防弹钢板重量为2243g。采用本对比例685A防弹钢板材制造装甲设备的外部防护板层，并使用685A防弹钢板材的一面作为迎弹侧的面板，另一面作为背板。
对比例二：
在本实施例中，选用厚度为4mm的685A防弹钢作为防弹钢板10，机械切割防弹钢板10至面尺寸均为300×300mm2，防弹钢板重量为2903g。采用本对比例685A防弹钢板材制造装甲设备的外部防护板层，并使用685A防弹钢板材的一面作为迎弹侧的面板，另一面作为背板。
实验测试分析：
以上实施例说明了本发明防弹复合装甲板材及其制造方法与组合装甲的实施方式和使用方法，以下请配合参阅图2至图5以及表1，说明本发明实施例一～实施例十和对比例按照标准进行弹道侵彻试验的测试结果。于本发明各实施例制备的板材样品的弹道试验中，以防弹钢板10为面板，作为迎弹面，以芳纶纤维复合板20为背板。
弹道侵彻试验结果如下表1所示，其中：
m：为装甲板材的质量；
v1：为子弹的初始速度；
v2：为子弹的剩余速度；
Im：为组合装甲的单位面积吸收能量。
于本发明各实施例中，装甲板材的各组成部分面尺寸均为300×300mm2。表1中仅实施例十试验结果是“未穿透”。由于实施例十制备的防弹复合装甲板材防住弹体侵彻，所以表格中实施例十对应的v2和Im处用“/”表示，而实施例一、五、八和九、对比例一和对比例二的试验结果均为“穿透”。由于试验过程中实施例八和实施例十一的试验结果为皆为“穿透”，可以推测出实施例二～四以及实施例六和实施例七的试验结果为“穿透”，因此以上五个实施例未进行打靶试验，在表1中用“-”表示。对比例一和对比例二皆为纯钢板结构，作为对比试验；实施例九和实施例十的组合装甲中芳纶复合材料部分有两块层合板组合而成，实施例一～八的都为一块板材。每次试验结果为“穿透”和“未穿透”的装甲靶板实施例，打靶试验前的装甲板材靶板正面、背面形貌图皆如图2和图3所示，表面均平整光滑。实施例十打靶试验后的装甲板材靶板正面、背面形貌图分别如图4和图5所示，迎弹面表面有明显弹体侵彻至穿透的破坏痕迹，而防弹复合装甲板材背面没有被穿透，只是向外凸起，有效地抵御了弹体侵彻。基于表1中实验数据可以看出，对比例二为4mm的防弹钢，高速弹体穿透后剩余速度平均为666.9m/s，仍具有很强的杀伤威力。而实施例十组合装甲靶板使用防弹钢板10、芳纶纤维复合板20以及缓冲夹层30制备得到，达到所需防弹效果，其面密度计算值为46.9kg/m2，防护系数计算出为1.33，因此实施例十组合装甲靶板形式可替代同等防护要求的均质钢装甲，可使装甲厚度减轻约24.8％，具有更大的实用价值。
表1.本发明实施例和对比例的板材样品进行打靶实验的弹道侵彻试验结果对比表
综上所述，在本发明各实施例中，所述防弹钢板10作为所述板材的迎弹面；所述防弹钢板10是厚度较佳为3～4mm的钢板；具体地，防弹钢板10选用685A防弹钢构成。在本发明实施例中，芳纶纤维复合板20作为所述板材相对于迎弹面的背面；所述芳纶纤维复合板20的厚度为4.45～10.95mm；具体地，所述芳纶纤维复合板20是由芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压制成且密度为6～14kg/m2的复合板材。其中，所述聚酰胺热塑性树脂较佳为聚酰胺PA6热塑性树脂。在本发明实施例中，所述缓冲夹层30是厚度较佳为50±10mm的层结构；具体地，缓冲夹层30选用隔热缓冲陶瓷棉构成，以起到防火作用。在本发明实施例中，所述防弹钢板10与缓冲夹层30之间，以及所述芳纶纤维复合板20与所述缓冲夹层30之间分别设有粘结胶层40。具体地，所述粘结胶层40为双组分胶粘剂，即采用AB胶，其可选自市售的选自丙烯酸、环氧及/或聚氨酯等成分的AB胶，但不限于前述AB胶种类。
本发明上述实施例提供一种防弹复合装甲板材及其制造方法与装甲设备，所述防弹复合装甲板材包括防弹钢板10、芳纶纤维复合板20以及夹设于所述防弹钢板10与芳纶纤维复合板20之间的缓冲夹层30；借此解决现有防弹装甲材料之不足，实现在抵御高速破片侵彻方面较单一防弹钢具有明显的优势，以及，在同等防护能力条件下，较防弹钢重量大为减轻之目的，进而实现本发明防弹复合装甲板材的高实用价值。本发明上述实施例制备的防弹复合装甲板材可用作装甲设备的制备材料，所述装甲设备包括装甲车、舰艇、防弹服、防弹头盔，但不限于前述。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明防弹复合装甲板材及其应用和制备方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种防弹复合装甲板材，其特征在于：主要包括防弹钢板(10)、芳纶纤维复合板(20)和缓冲夹层(30)，其中缓冲夹层(30)设于所述防弹钢板(10)与芳纶纤维复合板(20)之间，以缓冲夹层(30)作为芯板，形成夹芯结构的复合板材。
2.根据权利要求1所述防弹复合装甲板材，其特征在于：在所述缓冲夹层(30)的一个侧表面与所述防弹钢板(10)之间，以及在所述缓冲夹层(30)的另一个侧表面与芳纶纤维复合板(20)之间，皆设有双组分胶粘构成的粘结胶层(40)，所述粘结胶层(40)能将缓冲夹层(30)两侧分别与防弹钢板(10)和芳纶纤维复合板(20)牢固结合在一起，使板材形成层叠式复合结构。
3.根据权利要求1所述防弹复合装甲板材，其特征在于：所述芳纶纤维复合板(20)由芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压制成。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述防弹复合装甲板材，其特征在于：所述芳纶纤维复合板(20)由至少两层的芳纶纤维层合板组合而成。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述防弹复合装甲板材，其特征在于：所述防弹钢板(10)的厚度为1～5mm；所述芳纶纤维复合板(20)的厚度为4.45～12mm，所述芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为5～15kg/m2；所述缓冲夹层(30)的厚度为40～60mm。
6.根据权利要求5所述防弹复合装甲板材，其特征在于：所述防弹钢板(10)采用685A防弹钢，所述防弹钢板(10)的厚度为3～5mm；所述芳纶纤维复合板(20)采用由芳纶织布与聚酰胺PA6热塑性树脂热压制成，所述芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为6～15kg/m2；所述缓冲夹层(30)的厚度为50～60mm。
7.根据权利要求6所述防弹复合装甲板材，其特征在于：所述防弹钢板(10)的厚度为4～5mm；所述芳纶纤维复合板(20)的材料面密度为12～15kg/m2，所述芳纶纤维复合板(20)的厚度为9.65～12mm；所述缓冲夹层(30)采用隔热缓冲陶瓷棉。
8.根据权利要求1～3中任意一项所述防弹复合装甲板材，其特征在于：所述防弹钢板(10)采用DQ钢、675装甲钢、685装甲钢、685A防弹钢、30CrNiMnMoB中的任意一种高性能防弹钢的板材制成；或者所述防弹钢板(10)采用其中任意几种高性能防弹钢进行一体式层状结合形成的复合板材制成。
9.根据权利要求1～3中任意一项所述防弹复合装甲板材，其特征在于：所述缓冲夹层(30)由隔热缓冲陶瓷棉、纤维增强塑料、玻璃和橡胶中的任意一种材料或任意几种材料的复合材料制成。
10.一种权利要求1所述防弹复合装甲板材的应用，其特征在于：采用弹复合装甲板材制造装甲设备的外部防护层，并使用所述防弹复合装甲板材的防弹钢板作为迎弹侧的面板，以芳纶纤维复合板作为背板。
11.一种权利要求1所述防弹复合装甲板材的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.制备芳纶纤维复合板：
首先裁剪芳纶织布，将芳纶织布与聚酰胺热塑性树脂热压成型，制成芳纶纤维复合板，作为防弹复合装甲板材的一侧表面结合层，备用；其中，在热压成型制备芳纶纤维复合板时，控制热压成型温度为100～130℃，热压成型压力为10～20MPa；
b.准备防弹钢板：
机械切割防弹钢板至需求尺寸，作为防弹复合装甲板材的另一侧表面结合层，备用；
c.准备缓冲夹层：
机械切割缓冲夹层板材至需求尺寸，作为在所述步骤a中制备的芳纶纤维复合板和在所述步骤b中准备的防弹钢板之间的夹层，备用；
d.对在所述步骤a、步骤b和步骤c中分别得到的防弹复合装甲板材的板材组件进行组装，采用双组分胶粘剂将缓冲夹层两侧分别与防弹钢板和芳纶纤维复合板粘结在一起，形成一体式复合结构，得到防弹复合装甲板材。
12.根据权利要求11所述防弹复合装甲板材的制造方法，其特征在于：在所述步骤a中，在热压成型制备芳纶纤维复合板时，热压成型的保温时间不低于30分钟，制备密度为5～15kg/m2的芳纶纤维复合板。
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