CN1074857A - 弹道材料 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有突出装甲性质的纤维玻璃 复合物。这种弹道抗性复合物材料使用高强度氧化 镁铝硅酸盐玻璃纤维和作为基质树脂的酚醛缩合产 物。该复合物是用含少量或不含溶剂的片状模制复 合材料生产的。

Description

本发明有关具有弹道抗性的玻璃纤维复合材料制品，更具体地说，我们的发明有关用作结构装甲厚的、可自持的弹性抗性叠层材料。
已知含有高强度纤维的弹道抗性制品适于各种军事装备的结构部件和护板。最近，我们中的一个人开发了弹道抗性材料，该种材料是组燃的、耐烟、无毒、非传导性的、自持而有刚性、可机加工、厚而坚固的，以至于可将这种材料用于结构装甲和作为弹道抗性材料。
首先，制成一种易于处理的半固化片。该半固化片的制成是通过使高强度氧化镁铝硅酸盐碱璃纤维涂敷部分缩合的、可进一步缩合的低分子量酚醛脂A反应产物的溶液，蒸发掉溶液中的溶剂。然后加热涂敷的纤维以提高酚醛树脂A的分子量，由此形成易于加工的半固化片。多片半固化片通过压力下加热进行模制直到付产物水份逐渐放出。再加热至提高温度并在该温度下保温以充分缩聚而使树脂固化。许多的这种半固化片模制后能形成叠层材料。
这些最新的进步是借助于含大量溶剂的溶液，即25%的乙醇、10%的水和过量的甲醛而取得的。参见1989年公布的美国专利4.842.923。
我们的专利是无溶剂的、酚醛树脂和高强度玻璃的SMC产品。本发明消除了老产品产生的乙醇和大部分的水。因此，当制半固化片时，我们没有必要用热生产这些产品。我们可以使用常规的、成本低的片状模制设备和工艺来生产弹道材料。比较简单的SMC产品仍可产生高保护弹道极限（每秒超过2400呎的V50值）。我们基本上不用乙醇，只用很少量的水和轻微过量的甲醇，就能获得良好的结果。
在实施本发明时，我们采用常规设备和适用于生产片状模制复合物（SMC）的技术。例如片状或平板状的SMC包含一对可挠曲的、外部塑料膜，其间夹有可模制材料或复合物。为了提供一种理想的模制进料，SMC被切成与指定模腔相近似的尺寸或形状，并且在除去外部片后，该复合物可以多层形式使用。以此方式，模压复合物能近似分布在模腔中，以致于无需很高的压力即能形成完善的模制产品。由于采用若干层的模制复合物，夹代替一种较厚的树脂和纤维体，复合材料在整个的模腔中能达到非常均匀的程度。叠层材料也易于处理而适于自动机械加工技术。
SMC利用单一的、普通含树脂材料源，为了用于两个外部塑料模形成SMC的表面。含树脂的材料包含液体树脂、催化剂、和与脱膜材料预混的固体或填料、以及增稠剂。化合的和混合材料被加到一个公共加料点，由此点分成两股物料。一股流向外部塑料膜中的第一膜的上表面，而另一股反向流至外部塑料膜中的第二膜的上表面，该材料均匀地涂于两块片上。加强纤维则均匀地分布在第一片上的含树脂材料的上面，随后，当第二片移至与第一片上的纤维接触时，第二片借助于含树脂材料平行对准第一片。
这样得到的复合物在两片膜上具有相同的含树脂层，而且只需要混合中间的纤维层和纤维的两层含树脂材料，以使外部两塑料片间整个区间的模制复合物达到均匀。该混合可近过复合物在成套的轧辊中 间经过来完成，该轧辊捏和所述材料并能使与两个含树脂层有关的纤维沏底被润湿。上部膜，如需要或两个，穿孔以释放出材料中的空气，进一步捏和或施加压力压出空气。
然后加热以连续润湿和用化学方法增稠SMC，在此之后为便于储存将SMC在一辊上卷成卷备用。通过控制含树脂材料的配方，使SMC无论在什么地方都能储存几天到数月或更长而不固化，从而保留模制法所希望的柔软，易弯、不发粘的状态。1975年公布的美国专利3.861.982进一步说明了生产SMC的设备和方法。
用于本发明的氧化镁铝硅酸盐玻璃纤维是高弹度的纤维并且有代表性的具有超过约3.5×106千帕斯卡（500，000psi）的拉伸强度。这些纤维粗略按重量计是三分之二的氧化硅，而有代表性的数量级是约65%（按重量计）的二氧化硅，和三分之一是氧化镁和氧化铝，其中氧化铝的量多于氧化镁。对于有突出效果的，一般氧化铝按重量计约25%和按重量计约10%的氧化镁。当纤维具有抗水性，冲击可剥离其上面胶料涂层时，可获得最好的效果。最佳胶料涂层是含环氧基薄膜形成物和与其它常规材料一起的环氧硅烷偶合剂的胶料。最佳玻璃形式是平衡粗纱布构型。一般使用24盎司/平方码（oz/yd2）的粗砂布重量。各种应用需要8-48盎司/平方码的组织重量和特种机织、斜交帘布层、双轴、三轴或半轴结构。加强型粗纱布或其它并线织物或垫都能在最终部件中保持弹道特性而且还允许适当的固结作用、纤维取向和在两次加压及真空装模制条件下纤维与复杂形状的一致性。其它合适的形式包括特种垫和织造、斜交帘布层、双轴、三轴和半轴并轴。
酚醛树脂是一种酚醛树脂A。过去，令人满意效果的获得是通过使用树脂中甲醛与苯酚的摩尔反应物比约1∶1-约3∶1的树脂，摩尔比为1.1∶1-1.6∶1时获得的结果最好。我们已经发现在我们的SMC中，甲醛与苯酚的比在1.1∶1-低于1.5∶1之间操作是最好的。
若干SMC片模压后，一般足以能形成最终复合产品具有每平方米至少约12.2Kg的面密度（每平方呎2.5磅）。对于其它的用途，例如舷侧类，通常希望生成的叠层材料具有每平方米超过约36.6Kg的密度（每平方呎7.5磅），具有代表性的在约36.6Kg/m2（每平方呎7.5磅）到约41.5Kg/m2（每平方呎8.5磅）之间。令人满意的车用散裂衬材的生产是通过使用足够的片数以产生面密度超过约19Kg/m2（每平方呎3.9磅）-约25.4Kg/m2（每平方呎5.2磅）。通常约13片-约26片就能产生引人注意的产品，典型的是成品中的玻璃含量约78%-约84%（按重量）时，能达到突出叠层物的水平。通常，本发明弹道抗性护板厚度数量至少约6.4mm（1/4时），可厚至76.2mm（3吋或更多）。
许多SMC片经模压后可形成面密度至少大于约2.5磅/呎2的叠层物，按本发明制成的典型层状复合护板，当生成的厚度数量约1/2吋且面密度在约4.5-约5.2（每平方呎磅数）之间时，V50值（保护弹道极限）超过每秒约2400呎，最高每秒2865呎或更高（使用44药柱钢0.30弹径碎片模似射弹）。
尽管上述使本技术领域的一般技术人员能制造和使用本发明，一个更加特殊的例子如下：
实例
用平衡平纹组织构型S-2Glass
Figure 921152698_IMG1
463AA250粗纱制成的24盎司/码2粗纱布的加强料来生产SMC。使用医用刀或固定在大约20密耳（mil）均匀缝隙的刀刃涂层器，在底下的塑料加工膜上均匀计量Borden SL 359酚醛树脂A。粗纱布连续被分到底部的涂敷薄膜上，然后送到未涂敷顶部薄膜被连续用于顶部表面的地方。再运送SMC到双链连接带的成型部件，以提供压模压力迫使树脂进入粗纱布中，同时为了改进润湿以弯弯曲曲的形式移动来处理玻璃。
成型后，SMC传给试验站，使透射光通过层状薄膜，确保能通过刀刃浸渍的适当调整来实现均匀浸渍，而刀刃浸渍是通过刀刃涂层器和成型的适当调整来实现。予拉伸的SMC借助于标准SMC转动架卷起事。滚筒构型最好是能保持树脂涂复薄膜与加强料的良好接触，以允许进一步芯给树脂到粗纱布，或在室温下或最高在90°F下。
然后储存SMC以备模制需要。SMC可被模制成平板、曲线或按1989年公布的美国在先专利4，842，923所描述的下列工艺条件，以液压模制法压成复杂的工具。
这种不太先进的SMC也能提供可能去用称为真空装袋的替换方法模制。常规的酚醛树脂半固化片，通常在固化方面很先进，允许用低压、真空形成法模制。
SMC复合物是易弯的，因而可用手或机械安置成复杂的形状（不是平板构型）并能用反映技术现状的真空形成工艺固结和固化。对于模制这种材料的耐热/水膜的选择或弹性体形成袋的使用必须小心。
模制时间和温度应调节至部分稠密而聚集，以至于能发生充分固结和排除缩合类似于固化，且效果在美国在先专利4，842，923中已确定。
在描述我们的发明时，当然，很明显修改是可能的，按照专利法令和法规并不偏离本发明的精神和范围。
本发明描述高强度氧化镁铝硅酸盐玻璃纤维和作为基质树脂的酚醛缩合产物的SMC纤维玻璃复合材料。该复合材料对由于弹道穿透引起的穿透作用具有很高的低抗能力，因而能用于装甲或作为军用车辆、船和飞机的散裂衬材。该复合材料也具有高结构能力并能用于车辆的辅助组件如回转装置或作为车辆的结构车身。

Claims (9)

1、片状模制复合物包括高强度的氧化镁铝硅酸盐玻璃纤维和部分缩合、可进一步缩合的酚醛树脂A的反应产物，该产物是由甲醛和苯酚以大于约1∶1和小于约1.5∶1的摩尔比反应生成的，其中所述片状模制复合物导致玻璃纤维复合物具有理想的厚度并且当所述复合物具有1/2时的厚度时，它具有的面密度在每平方呎4.5-5.2磅之间且具有的V50值，保护弹道极限，在使用44药柱钢0.30弹径碎片模拟射弹时，每秒超过2400呎。
2、按权利要求1的片状模制复合物，基本上没有乙醇和最高含水按重量计为3%。
3、按权利要求1的片状模制复合物，其中玻璃纤维是在该复合物中能保持弹道抗特性的织物或垫并允许在压力和真空袋模制条件下固结、纤维取向和纤维与复杂形状一致性。
4、按权利要求1的片状模制复合物，其中玻璃纤维是粗纱布织物。
5、一种弹道抗性玻璃纤维复合物包括在已固化的酚醛树脂A的基质中有许多层高强度氧化镁铝硅酸盐玻璃纤维，该复合物基本上没有截留的水蒸汽，其中所述复合物具有理想的厚度并且当所述复合物具有1/2吋的厚度时，它具有的面密度在每平方呎4.5-5.2磅之间和具有的V50值，保护弹道极限，在用44药柱钢0.30弹径碎片模拟射弹时，每秒超过2400呎。
6、一种按权利要求5的复合物，其中玻璃纤维是在该复合物中能保持弹道特性的织物或垫并且允许在压力和真空袋模制条件下固结、纤维取向和纤维与复杂形状一致性。
7、一种按权利要求5的复合物，其中玻璃纤维是粗纱布织物。
8、一种生产弹道抗性的;玻璃纤维复合物的方法包括的步骤：
生成的片状模制复合物包括高强度氧化镁铝硅酸盐玻璃纤维和部分缩合，可进一步缩合的酚醛树脂A的反应产物，该产物是由甲醛和苯酚以大于约1∶1和小于约1.5∶1的摩尔比反应而生成的;
芯给许多片成为一种压缩模;
对片加热至提高温度和压力并使该片在该温度和压力下保持足够的时间，以基本上充分缩聚和固化酚醛反应产物并生成理想厚度的弹道抗性复合物，其中所述复合物在具有1/2吋厚度时，具有每平方呎4.5-5.2磅的面密度和具有的V50值，保护弹道极限，在用44药柱钢0.30弹径碎片模拟射弹时每秒超过2400呎。
9、一种按照权利要求8的方法，其中玻璃纤维是粗纱布织物。
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