CN107560501A - 一种新型芳纶防弹头盔及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种新型芳纶防弹头盔，包括壳体，所述壳体包括内层和外层，内层由若干层高含胶量纤维织物预浸料组成，外层由若干层低含胶量纤维织物预浸料组成，所述内层和外层间通过开孔金属层相互连接。本发明还提供一种上述新型芳纶防弹头盔的制备方法。本发明通过独特结构设计及工艺操作，使内外层纤维的结合强度得到有力提升，当受到子弹冲击时，内层与外层间分离时吸收的能量大幅提高，从而可以消耗大量的子弹冲击能，提高材料的抗弹效果。本发明不仅可以防手枪子弹，还可以防7.62mm口径的步枪穿甲弹，极大的提升了防弹效果。

Description

一种新型芳纶防弹头盔及其制备方法
技术领域
本发明涉及防弹头盔技术领域，特别是一种新型芳纶防弹头盔及其制备方法。
背景技术
现有防弹头盔按照原材料分类，轻质复合盔分为芳纶复合盔和PE复合盔两大类。相比之下，PE复合盔虽然价格便宜，但其盔壳厚度高，动态凹陷大、耐高温性能差，主要适用于中、低端客户；芳纶复合头盔具有盔壳厚度低、动态凹陷小、耐高温性能优、刚性较优等优点，但是价格偏高，适用于中、高端客户。
目前的防弹头盔专利，多涉及头盔的多功能化配置、外观、连接方式等，比如通讯功能的附件，电气化配件，面罩等，也有关于头盔工艺成型方法的，但以超高分子量聚乙烯为原材料的较多，以芳纶为原材料的较少，且现有的以芳纶为原材料制作防弹头盔的方法需用特殊织物、特殊设备，且现有的防弹头盔的制备方法，基本都是将多层相同的纤维材料直接叠加后在一定的温度下进行热压成型，这种防弹头盔由于防弹芯材单一，只具有对普通子弹的防弹性能。
例如我公司之前研制的一种特殊结构设计的芳纶复合防弹头盔(公告号为CN105066785B)，其对速度在480m/s左右的手枪子弹的防弹能力较好，但其对于7.62mm及以下口径的步枪穿甲弹的防弹性能较差。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种新型芳纶防弹头盔及其制备方法，解决了现有芳纶头盔对步枪穿甲弹的防弹性能较差的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明首先提供一种新型芳纶防弹头盔，包括壳体，所述壳体包括内层和外层，内层由若干层高含胶量纤维织物预浸料组成，外层由若干层低含胶量纤维织物预浸料组成，所述内层和外层间通过开孔金属层相互连接。
优选的，所述开孔金属层的孔隙率为90～95％，孔径范围为0.5～1mm。
优选的，所述开孔金属层为开孔泡沫金属铝。
优选的，所述高含胶量纤维织物预浸料为含胶量为25％～30％重量比的芳纶无纬布或芳纶机织布或碳纤维织物或S级玻璃纤维织物预浸料。
优选的，所述低含胶量纤维织物预浸料为含胶量为13％～16％重量比的芳纶无纬布或芳纶机织布预浸料。
优选的，预浸料用胶粘剂为改性酚醛或者改性环氧胶粘剂。
优选的，所述高含胶量纤维织物预浸料的层数为1～4层。
优选的，所述低含胶量纤维织物预浸料的层数为12-16层。
本发明还提供一种上述新型芳纶防弹头盔的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将若干层高含胶量纤维织物预浸料叠加作为壳体内层，然后在壳体内层上放置开孔金属层，并在开孔金属层上涂刷聚氨酯粘胶剂，静置5分钟后在开孔金属层上继续叠加若干层低含胶量纤维织物预浸料，将铺叠好的头盔壳体放入300-360℃的第一模具内，1～2MPa压力下保压5min，开模放气1分钟；然后降温至80-100℃，4-8MPa压力下开始保压，1-3分钟后开模放气，放气次数是2-5次，每次的放气时间1-3分钟，继续保压5-10分钟，然后取出；
步骤二：将上述头盔放入150-160℃的第二模具内，所述第二模具比第一模具的模腔厚0.5～2mm，在14-18Mpa的压力下，保压15-20分钟，即可固化成型为壳体成品。
优选的，步骤一中聚氨酯粘胶剂的涂刷量为开孔金属层重量的3％～5％。
本发明的积极效果：本发明采用开孔金属作为内外层的连接过渡层，结合聚氨酯粘胶剂，在高温加热条件下，过渡金属吸热快，造成与其接触的壳体内外层表面进入粘流态，从而填充开孔金属的孔隙，形成壳体内外层的整体连接，然后经过降温后的热压操作，使得芳纶纤维结晶度增加，而结晶又使得芳纶纤维分子链规整排列，堆砌紧密，因而增加了分子链间的作用力，结合开孔金属层的骨架连接作用，使内外层纤维的结合强度得到有力提升，当受到子弹冲击时，内层与外层间分离时吸收的能量大幅提高，从而可以消耗大量的子弹冲击能，提高材料的抗弹效果。本发明不仅可以防手枪子弹，还可以防7.62mm口径的步枪穿甲弹，极大的提升了防弹效果。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细说明。
实施例1
本发明优选实施例1提供一种新型芳纶防弹头盔，包括壳体，所述壳体包括内层和外层，内层由若干层高含胶量纤维织物预浸料组成，外层由若干层低含胶量纤维织物预浸料组成，所述内层和外层间通过开孔金属层相互连接。
所述开孔金属层的孔隙率为93％，孔径范围为0.6～0.8mm。
所述开孔金属层为开孔泡沫金属铝。
所述高含胶量纤维织物预浸料为含胶量为28％重量比的芳纶无纬布预浸料。
所述低含胶量纤维织物预浸料为含胶量为15％重量比的芳纶无纬布预浸料。
预浸料用胶粘剂为改性环氧胶粘剂。
所述高含胶量纤维织物预浸料的层数为3层。
所述低含胶量纤维织物预浸料的层数为15层。
上述新型芳纶防弹头盔的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将若干层高含胶量纤维织物预浸料叠加作为壳体内层，然后在壳体内层上放置开孔金属层，并在开孔金属层上涂刷聚氨酯粘胶剂，静置5分钟后在开孔金属层上继续叠加若干层低含胶量纤维织物预浸料，将铺叠好的头盔壳体放入330℃的第一模具内，1.5MPa压力下保压5min，开模放气1分钟；然后降温至90℃，6MPa压力下开始保压，3分钟后开模放气，放气次数是3次，每次的放气时间2分钟，继续保压8分钟，然后取出；
步骤二：将上述头盔放入155℃的第二模具内，所述第二模具比第一模具的模腔厚1mm，在16Mpa的压力下，保压15分钟，即可固化成型为壳体成品。
步骤一中聚氨酯粘胶剂的涂刷量为开孔金属层重量的4％。
实施例2
本发明优选实施例2提供一种新型芳纶防弹头盔，包括壳体，所述壳体包括内层和外层，内层由若干层高含胶量纤维织物预浸料组成，外层由若干层低含胶量纤维织物预浸料组成，所述内层和外层间通过开孔金属层相互连接。
所述开孔金属层的孔隙率为93％，孔径范围为0.6～0.8mm。
所述开孔金属层为开孔泡沫金属铝。
所述高含胶量纤维织物预浸料为含胶量为28％重量比的芳纶无纬布预浸料。
所述低含胶量纤维织物预浸料为含胶量为15％重量比的芳纶无纬布预浸料。
预浸料用胶粘剂为改性环氧胶粘剂。
所述高含胶量纤维织物预浸料的层数为3层。
所述低含胶量纤维织物预浸料的层数为15层。
上述新型芳纶防弹头盔的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将若干层高含胶量纤维织物预浸料叠加作为壳体内层，然后在壳体内层上放置开孔金属层，并在开孔金属层上涂刷聚氨酯粘胶剂，静置5分钟后在开孔金属层上继续叠加若干层低含胶量纤维织物预浸料，将铺叠好的头盔壳体放入90℃的第一模具内，6MPa压力下开始保压，3分钟后开模放气，放气次数是3次，每次的放气时间2分钟，继续保压8分钟，然后取出；
步骤二：将上述头盔放入155℃的第二模具内，所述第二模具比第一模具的模腔厚1mm，在16Mpa的压力下，保压15分钟，即可固化成型为壳体成品。
步骤一中聚氨酯粘胶剂的涂刷量为开孔金属层重量的4％。
对比例
本对比例提供一种特殊结构设计的芳纶复合防弹头盔，包括壳体，所述壳体包括内层和外层，内层由若干层高含胶量纤维织物预浸料组成，外层由若干层低含胶量纤维织物预浸料组成。
所述壳体内层和外层之间还设有一层聚氨酯粘胶加固层
所述高含胶量纤维织物预浸料为含胶量为28％重量比的芳纶无纬布预浸料。
所述低含胶量纤维织物预浸料为含胶量为15％重量比的芳纶无纬布预浸料。
预浸料用胶粘剂为改性环氧胶粘剂。
所述高含胶量纤维织物预浸料的层数为3层。
所述低含胶量纤维织物预浸料的层数为15层。
上述防弹头盔的成型方法，包括步骤：
步骤一：将3层高含胶量纤维织物预浸料叠加作为壳体内层，将铺叠好的壳体内层放入90℃的第一模具内，6MPa压力下开始保压，3分钟后开模放气，放气次数是3次，每次的放气时间2分钟，继续保压8分钟，然后取出；
步骤二：将15层低含胶量纤维织物预浸料叠加作为壳体外层，将铺叠好的壳体外层放入90℃的第一模具内，6MPa压力下开始保压，3分钟后开模放气，放气次数是3次，每次的放气时间2分钟，继续保压8分钟，然后取出；
步骤三：在上述壳体内层的上侧及壳体外层的下侧上分别均匀涂刷聚氨酯粘胶剂，涂刷量为壳体内层与壳体外层总重量的3％；
步骤四：叠合壳体内层和壳体外层，将叠合好的头盔壳体在温度为110℃、压力小于0.3kpa的真空条件下保温45min；
步骤五：将真空处理后的头盔壳体放入头盔形状的下模具内，将上模具压下，压力为10Mpa，且上模具与下模具采用从上至下逐级升温至100℃方式对头盔壳体进行模压复合；
步骤六：在35℃-55℃范围内成型固化。
将实施例1～2制得的防弹头盔与对比例中的防弹头盔进行实弹测试，测试结果如表1。
表1实弹测试结果
从表1可以看出，本发明所述的防弹头盔在利用53式穿甲燃烧弹进行实弹测试之后的凹陷深度明显比对比例低，而实施例2的凹陷深度相比实施例1大很多，原因是由于未经过高温加热及降温的步骤，此时开孔金属层不仅不能起到强化连接的作用，反而使得内外层的粘结强度大幅下降，当受到子弹冲击时消耗的子弹冲击能大幅衰减。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型芳纶防弹头盔，包括壳体，所述壳体包括内层和外层，内层由若干层高含胶量纤维织物预浸料组成，外层由若干层低含胶量纤维织物预浸料组成，其特征在于：所述内层和外层间通过开孔金属层相互连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型芳纶防弹头盔，其特征在于：所述开孔金属层的孔隙率为90～95％，孔径范围为0.5～1mm。
3.根据权利要求2所述的一种新型芳纶防弹头盔，其特征在于：所述开孔金属层为开孔泡沫金属铝。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种新型芳纶防弹头盔，其特征在于：所述高含胶量纤维织物预浸料为含胶量为25％～30％重量比的芳纶无纬布或芳纶机织布或碳纤维织物或S级玻璃纤维织物预浸料。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种新型芳纶防弹头盔，其特征在于：所述低含胶量纤维织物预浸料为含胶量为13％～16％重量比的芳纶无纬布或芳纶机织布预浸料。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种新型芳纶防弹头盔，其特征在于：预浸料用胶粘剂为改性酚醛或者改性环氧胶粘剂。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种新型芳纶防弹头盔，其特征在于：所述高含胶量纤维织物预浸料的层数为1～4层。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种新型芳纶防弹头盔，其特征在于：所述低含胶量纤维织物预浸料的层数为12-16层。
9.一种权利要求1所述新型芳纶防弹头盔的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：将若干层高含胶量纤维织物预浸料叠加作为壳体内层，然后在壳体内层上放置开孔金属层，并在开孔金属层上涂刷聚氨酯粘胶剂，静置5分钟后在开孔金属层上继续叠加若干层低含胶量纤维织物预浸料，将铺叠好的头盔壳体放入300-360℃的第一模具内，1～2MPa压力下保压5min，开模放气1分钟；然后降温至80-100℃，4-8MPa压力下开始保压，1-3分钟后开模放气，放气次数是2-5次，每次的放气时间1-3分钟，继续保压5-10分钟，然后取出；
步骤二：将上述头盔放入150-160℃的第二模具内，所述第二模具比第一模具的模腔厚0.5～2mm，在14-18Mpa的压力下，保压15-20分钟，即可固化成型为壳体成品。
10.根据权利要求所述的一种新型芳纶防弹头盔的制备方法，其特征在于：步骤一中聚氨酯粘胶剂的涂刷量为开孔金属层重量的3％～5％。
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