CN108981469A - 一种防弹头盔用的梯度泡沫及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防弹头盔用的梯度泡沫及其制备方法，包括包裹布和芯材；所述包裹布覆盖在芯材的外侧；所述芯材包括第一发泡聚丙烯泡沫层、第二发泡聚丙烯泡沫层、第三发泡聚丙烯泡沫层、第四发泡聚丙烯泡沫层、第五发泡聚丙烯泡沫层和第六发泡聚丙烯泡沫层；它使用发泡聚丙烯泡沫，提高了泡沫对冲击能量的吸收，使用低密度与高密度结合，有效的提高了材料的利用率，减轻结构重；通过使用梯度结构的泡沫作为芯材，本发明的防弹头盔用的梯度泡沫较好的实现了防弹头盔的缓冲功能，吸收了更多冲击时的能量，减少子弹对头部的冲击，提高了防弹头盔的防护性能；其制备方法新颖，增强了防弹头盔的整体防弹性能。

Description

一种防弹头盔用的梯度泡沫及其制备方法
技术领域
本发明涉及头盔技术领域，具体为一种防弹头盔用的梯度泡沫及其制备方法。
背景技术
防弹头盔是适用对象主要是装备部队的作战人员，是士兵作战时必不可少的防护装备，头盔的防弹性能一直是各国研究的热点。步兵防弹头盔能防破弹片和直射子弹，一般要求能抵御5m外的9mm口径手枪弹丸和弹片的冲击。防弹头盔的内置泡沫起到了缓冲作用，能在一定程度上提高头盔的防护性能。
泡沫塑料具有质轻、隔热、缓冲、绝缘、防腐、价格低廉等优点，因此在日用品、包装、工业、农业、交通运输业、军事工业、航天工业得到广泛应用。发泡塑料是一种内部有大量气泡的微孔材料，具有密度小、比强度高、能量吸收能力强和隔音、隔热性能好等优点，具有广泛的应用。发泡聚丙烯材料是聚丙烯树脂和气体的复合体，具有质量轻、热导率低、吸音、抗缓冲、耐化学腐蚀、耐高温、不吸水、不腐烂、不霉变、可回收利用、可自然降解等优良特性。
梯度功能材料与均一材料、复合材料不同。它是选用两种(或多种)性能不同的材料，通过连续地改变这两种(或多种)材料的组成和结构，使其界面消失导致材料的性能随着材料的组成和结构的变化而缓慢变化，形成梯度功能材料。聚丙烯泡沫按泡沫制品的密度分布可分为均匀密度和梯度密度聚氨酯泡沫塑料。迄今为止人们所熟悉的各种材料，其组成结构几乎都是均匀一致的，因此对于某种确定的材料而言，其性能是一定的。然而，随着科学技术的进步，均匀材料已不能满足需要，梯度材料应运而生。谓梯度材料是指组成和结构以及性能在某特定方向呈梯度变化的一类材料。相比而言，通过对结构的受力分析的基础上设计出一些沿某个方向具有一定梯度的材料，能进一步减少结构质量，提高材料的利用率。
目前，防弹头盔用的泡沫为均密度的泡沫，相比而言，发泡聚丙烯梯度泡沫性能优于均匀密度普通泡沫材料，更有利于冲击时能量的吸收，实现泡沫的缓冲功能，减少子弹对头部的冲击，减少子弹对头部的损伤，使得防弹头盔的防护性能得以较大提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防弹头盔用的梯度泡沫及其制备方法，它能有效的解决背景技术中存在的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防弹头盔用的梯度泡沫，包括包裹布和芯材；所述包裹布覆盖在芯材的外侧；所述芯材包括第一发泡聚丙烯泡沫层、第二发泡聚丙烯泡沫层、第三发泡聚丙烯泡沫层、第四发泡聚丙烯泡沫层、第五发泡聚丙烯泡沫层和第六发泡聚丙烯泡沫层；所述第一发泡聚丙烯泡沫层、第二发泡聚丙烯泡沫层、第三发泡聚丙烯泡沫层、第四发泡聚丙烯泡沫层、第五发泡聚丙烯泡沫层和第六发泡聚丙烯泡沫层依次固定连接。
进一步，所述包裹布通过魔术贴与头盔本体可拆卸式固定连接。
进一步，所述第一发泡聚丙烯泡沫层的密度为130kg/m3。
进一步，所述第二发泡聚丙烯泡沫层的密度为110kg/m3。
进一步，所述第三发泡聚丙烯泡沫层的密度为90kg/m3。
进一步，所述第四发泡聚丙烯泡沫层的密度为70kg/m3。
进一步，所述第五发泡聚丙烯泡沫层的密度为50g/m3。
进一步，所述第六发泡聚丙烯泡沫层的密度为30kg/m3。
进一步，所述第一发泡聚丙烯泡沫层、第二发泡聚丙烯泡沫层、第三发泡聚丙烯泡沫层、第四发泡聚丙烯泡沫层、第五发泡聚丙烯泡沫层和第六发泡聚丙烯泡沫层的厚度均为4mm。
一种防弹头盔用的梯度泡沫的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按比例称取聚丙烯，SiO2，ADC，ZnO和ZnSt并置于高速混合机中，再添加适量的液体石蜡，高速混合5～10min.将充分混合后的原料按设定成型工艺条件在挤出机中塑化、熔融、反应和持续挤出发泡，制得发泡聚丙烯.将发泡聚丙烯直接在空气中冷却定型。
步骤二：将步骤一完成的不同密度的发泡聚丙烯铬酸浸渍处理进行表面改性。
步骤三：将步骤二完成的表面改性后的不同密度的发泡聚丙烯按密度逐渐增加的方式采用丙烯酸酯乳液胶粘剂进行粘接，获得防弹头盔用的梯度泡沫。
进一步，以聚丙烯为基体树脂，偶氮二甲酰胺为主发泡剂，ZnO和ZnSt为发泡助剂，SiO2为成核剂，采用直接化学法并通过挤出发泡工艺制备出上述六种不同密度的发泡聚丙烯。
进一步，所述步骤二中的铬酸浓度K2CrO7∶H2O∶H2SO4＝10∶100∶200，处理温度45℃，时间60min。
进一步，所述步骤三中丙烯酸酯乳液胶粘剂的制备，用低温乳液聚合法制备，最佳合成工艺是水/单体为1∶1，引发剂用量为0.3％，BA/MMA比为6/4，反应温度为50℃，反应时间为5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、使用发泡聚丙烯泡沫，提高了泡沫对冲击能量的吸收，使用低密度与高密度结合，有效的提高了材料的利用率，减轻结构重；
2、通过使用梯度结构的泡沫作为芯材，本发明的防弹头盔用的梯度泡沫较好的实现了防弹头盔的缓冲功能，吸收了更多冲击时的能量，减少子弹对头部的冲击，提高了防弹头盔的防护性能；
3、其制备方法新颖，增强了防弹头盔的整体防弹性能。
附图说明
图1为防弹头盔用的梯度泡沫的结构示意图。
图2为四种泡沫的应力-应变曲线对比图；
附图标记中：1.头盔本体；2.包裹布；3.第一发泡聚丙烯泡沫层；4.第二发泡聚丙烯泡沫层；5.第三发泡聚丙烯泡沫层；6.第四发泡聚丙烯泡沫层；7.第五发泡聚丙烯泡沫层；8.第六发泡聚丙烯泡沫层；9.芯材。
具体实施方式
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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种防弹头盔用的梯度泡沫，包括包裹布2和芯材9；包裹布2覆盖在芯材9的外侧；芯材9包括第一发泡聚丙烯泡沫层3、第二发泡聚丙烯泡沫层4、第三发泡聚丙烯泡沫层5、第四发泡聚丙烯泡沫层6、第五发泡聚丙烯泡沫层7和第六发泡聚丙烯泡沫层8；第一发泡聚丙烯泡沫层3、第二发泡聚丙烯泡沫层4、第三发泡聚丙烯泡沫层5、第四发泡聚丙烯泡沫层6、第五发泡聚丙烯泡沫层7和第六发泡聚丙烯泡沫层8依次固定连接；包裹布2通过魔术贴与头盔本体1可拆卸式固定连接；第一发泡聚丙烯泡沫层3的密度为130kg/m3；第二发泡聚丙烯泡沫层4的密度为110kg/m3；第三发泡聚丙烯泡沫层5的密度为90kg/m3；第四发泡聚丙烯泡沫层6的密度为70kg/m3；第五发泡聚丙烯泡沫层7的密度为50g/m3；第六发泡聚丙烯泡沫层8的密度为30kg/m3；第一发泡聚丙烯泡沫层3、第二发泡聚丙烯泡沫层4、第三发泡聚丙烯泡沫层5、第四发泡聚丙烯泡沫层6、第五发泡聚丙烯泡沫层7和第六发泡聚丙烯泡沫层8的厚度均为4mm；包裹布2通过HY-309特种强力胶水进行连接闭合。
一种防弹头盔用的梯度泡沫的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按比例称取聚丙烯，SiO2，ADC，ZnO和ZnSt并置于高速混合机中，再添加适量的液体石蜡，高速混合5～10min.将充分混合后的原料按设定成型工艺条件在挤出机中塑化、熔融、反应和持续挤出发泡，制得发泡聚丙烯.将发泡聚丙烯直接在空气中冷却定型。
步骤二：将步骤一完成的不同密度的发泡聚丙烯铬酸浸渍处理进行表面改性。
步骤三：将步骤二完成的表面改性后的不同密度的发泡聚丙烯按密度逐渐增加的方式采用丙烯酸酯乳液胶粘剂进行粘接，获得防弹头盔用的梯度泡沫。
进一步，以聚丙烯为基体树脂，偶氮二甲酰胺为主发泡剂，ZnO和ZnSt为发泡助剂，SiO2为成核剂，采用直接化学法并通过挤出发泡工艺制备出上述六种不同密度的发泡聚丙烯。
进一步，所述步骤二中的铬酸浓度K2CrO7∶H2O∶H2SO4＝10∶100∶200，处理温度45℃，时间60min。
进一步，所述步骤三中丙烯酸酯乳液胶粘剂的制备，用低温乳液聚合法制备，最佳合成工艺是水/单体为1∶1，引发剂用量为0.3％，BA/MMA比为6/4，反应温度为50℃，反应时间为5h。
本发明实施例所述的一种防弹头盔用的梯度泡沫，包括包裹布2和中间的芯材9组成，包裹布2与头盔1内表面使用魔术贴进行连接。
包裹布2和魔术贴为尼龙材料，包裹布2为魔术贴圆毛部分，头盔上的魔术贴为较硬带钩的刺毛部分。
根据对比四种泡沫的机械特性如表1：
表1
由表1结合图2本发明选用EPP发泡聚丙烯作为防弹头盔用的梯度泡沫材料。
芯材9是由六层高性能不同密度发泡聚丙烯泡沫层组成的合成梯度泡沫，该六层发泡聚丙烯泡沫密度如下：第一发泡聚丙烯泡沫层3的密度为130kg/m3；第二发泡聚丙烯泡沫层4的密度为110kg/m3；第三发泡聚丙烯泡沫层5的密度为90kg/m3；第四发泡聚丙烯泡沫层6的密度为70kg/m3；第五发泡聚丙烯泡沫层7的密度为50g/m3；第六发泡聚丙烯泡沫层8的密度为30kg/m3。
本发明所述的一种梯度泡沫用的梯度泡沫，主要用于更好的吸能特性，子弹冲击时起到缓冲作用，提升防弹头盔的防护性能。
使用发泡聚丙烯泡沫，提高了泡沫对冲击能量的吸收，使用低密度与高密度结合，有效的提高了材料的利用率，减轻结构重。
通过使用梯度结构的泡沫作为芯材，本发明的防弹头盔用的梯度泡沫较好的实现了防弹头盔的缓冲功能，吸收了更多冲击时的能量，减少子弹对头部的冲击，提高了防弹头盔的防护性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (13)

1.一种防弹头盔用的梯度泡沫，其特征在于：包括包裹布(2)和芯材(9)；所述包裹布(2)覆盖在芯材(9)的外侧；所述芯材(9)包括第一发泡聚丙烯泡沫层(3)、第二发泡聚丙烯泡沫层(4)、第三发泡聚丙烯泡沫层(5)、第四发泡聚丙烯泡沫层(6)、第五发泡聚丙烯泡沫层(7)和第六发泡聚丙烯泡沫层(8)；所述第一发泡聚丙烯泡沫层(3)、第二发泡聚丙烯泡沫层(4)、第三发泡聚丙烯泡沫层(5)、第四发泡聚丙烯泡沫层(6)、第五发泡聚丙烯泡沫层(7)和第六发泡聚丙烯泡沫层(8)依次固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种防弹头盔用的梯度泡沫，其特征在于：所述包裹布(2)通过魔术贴与头盔本体(1)可拆卸式固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种防弹头盔用的梯度泡沫，其特征在于：所述第一发泡聚丙烯泡沫层(3)的密度为130kg/m3。
4.根据权利要求1所述的一种防弹头盔用的梯度泡沫，其特征在于：所述第二发泡聚丙烯泡沫层(4)的密度为110kg/m3。
5.根据权利要求1所述的一种防弹头盔用的梯度泡沫，其特征在于：所述第三发泡聚丙烯泡沫层(5)的密度为90kg/m3。
6.根据权利要求1所述的一种防弹头盔用的梯度泡沫，其特征在于：所述第四发泡聚丙烯泡沫层(6)的密度为70kg/m3。
7.根据权利要求1所述的一种防弹头盔用的梯度泡沫，其特征在于：所述第五发泡聚丙烯泡沫层(7)的密度为50kg/m3。
8.根据权利要求1所述的一种防弹头盔用的梯度泡沫，其特征在于：所述第六发泡聚丙烯泡沫层(8)的密度为30kg/m3。
9.根据权利要求1所述的一种防弹头盔用的梯度泡沫，其特征在于：所述第一发泡聚丙烯泡沫层(3)、第二发泡聚丙烯泡沫层(4)、第三发泡聚丙烯泡沫层(5)、第四发泡聚丙烯泡沫层(6)、第五发泡聚丙烯泡沫层(7)和第六发泡聚丙烯泡沫层(8)的厚度均为(4)mm。
10.一种防弹头盔用的梯度泡沫的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按比例称取聚丙烯，SiO2，ADC，ZnO和ZnSt并置于高速混合机中，再添加适量的液体石蜡，高速混合5～10min.将充分混合后的原料按设定成型工艺条件在挤出机中塑化、熔融、反应和持续挤出发泡，制得发泡聚丙烯.将发泡聚丙烯直接在空气中冷却定型。
步骤二：将步骤一完成的不同密度的发泡聚丙烯铬酸浸渍处理进行表面改性。
步骤三：将步骤二完成的表面改性后的不同密度的发泡聚丙烯按密度逐渐增加的方式采用丙烯酸酯乳液胶粘剂进行粘接，获得防弹头盔用的梯度泡沫。
11.根据权利要求10所述的一种防弹头盔用的梯度泡沫的制备方法，其特征在于：以聚丙烯为基体树脂，偶氮二甲酰胺为主发泡剂，ZnO和ZnSt为发泡助剂，SiO2为成核剂，采用直接化学法并通过挤出发泡工艺制备出上述六种不同密度的发泡聚丙烯。
12.根据权利要求10所述的一种防弹头盔用的梯度泡沫的制备方法，其特征在于：所述步骤二中的铬酸浓度K2CrO7∶H2O∶H2SO4＝10∶100∶200，处理温度45℃，时间60min。
13.根据权利要求10所述的一种防弹头盔用的梯度泡沫的制备方法，其特征在于：所述步骤三中丙烯酸酯乳液胶粘剂的制备，用低温乳液聚合法制备，最佳合成工艺是水/单体为1∶1，引发剂用量为0.3％，BA/MMA比为6/4，反应温度为50℃，反应时间为5h。
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