CN110953933B - 一种三维约束陶瓷复合防弹面板 - Google Patents

Abstract

一种三维约束陶瓷复合防弹面板，包括陶瓷复合防弹面板和包覆层，包覆层采用无接缝管状织物正交嵌套而成，包覆层采用高性能纤维制成，包覆层包覆在陶瓷复合防弹面板外表面，实现对陶瓷复合防弹面板的三维约束，陶瓷复合防弹面板为陶瓷板、复合陶瓷板和复合装甲的一种，复合陶瓷板为陶瓷单元拼接而成，复合装甲为陶瓷面板和纤维增强复合材料板的复合面板，陶瓷板与纤维增强复合材料板通过胶膜或胶黏剂粘接，纤维为超高分子量聚乙烯纤维或芳纶纤维，包覆层采用的无接缝管状织物至少为两层，本发明通过正交嵌套无接缝管状织物形成盒状包覆层，对陶瓷复合防弹面板进行全包覆，可实现陶瓷复合防弹面板的三维约束，阻止陶瓷碎片从侧面方向飞出。

Description

一种三维约束陶瓷复合防弹面板

技术领域

本发明涉及装甲防护技术领域，具体涉及一种三维约束陶瓷复合防弹面板。

背景技术

随着材料科学和武器装备的不断发展，陶瓷复合装甲因其厚度薄、质量轻、可设计性强等优点，在装甲防护领域展现出广阔的市场前景。陶瓷复合装甲一般采用陶瓷防弹面板和纤维增强复合材料背板等材料构成，在子弹侵彻时，陶瓷复合装甲利用其特有的侵彻机理，可以最大程度的发挥陶瓷板和复合材料背板的性能优势。

近年来，为进一步提高陶瓷复合装甲的整体抗弹性能，研究人员对陶瓷防弹面板和复合装甲的约束机制进行了深入研究。段卓平等公开发表的《爆炸成型弹丸对Al₂O₃装甲陶瓷材料的侵彻实验研究》中认为对陶瓷板的约束可以使子弹侵彻时受到周围的陶瓷碎粒的摩擦、磨蚀，消耗弹体的一部分能量。晏麓晖等在公开发表的《陶瓷厚度与约束对陶瓷复合靶抗弹性能的影响》中指出加盖板和侧板的三维约束能防止小尺寸陶瓷碎片的崩落与分散，将其限制在原位，增加弹体的耗能，从而提高复合靶的抗弹能力。以上研究表明，在承受子弹射击时，陶瓷复合装甲的约束作用可在一定程度上限制陶瓷碎片的空间位置，从而尽可能的保持复合靶板的整体性，提高整个陶瓷复合装甲的弹道能力。

当前，一般采用增加止裂层的方法对陶瓷防弹面板进行约束。公开号为CN110006291A的专利提供了一种高抗冲击玄武岩复合防弹板，该复合防弹板将止裂层直接粘接在整块陶瓷防弹面板正面。但这种结构在陶瓷防弹面板侧面没有约束力，容易造成陶瓷碎片从侧面方向飞出。公开号为CN110230952A的专利提出了采用纤维整体缠绕的方式对陶瓷防弹面板进行全周约束，但在缠绕时，需要对整体陶瓷板施加夹持力，且纤维有一定的张力，因此该方法仅可缠绕整体陶瓷板，并不适用于采用若干陶瓷单元拼接而成的组合式陶瓷板。此外，为了提高陶瓷复合装甲不同结构层之间(如陶瓷防弹面板和超高分子量聚乙烯板之间)的抗分层能力，目前常采用片状高性能纤维织物或者预浸料对陶瓷复合装甲进行整体包覆，具体方法是将平面织物或者预浸料裁剪后，直接缠在复合装甲外表面。但这种平面织物只能通过拼接来包覆复合装甲，无法直接形成无接缝管状结构，因此这种铺覆的方式仅是通过胶层的粘接强度来对复合装甲施加约束，并不能充分利用织物纱线交织结构或者无接缝管状包覆结构实现复合装甲的三维约束。公开号为CN108749043B的专利通过缠绕6层以上的预浸料来约束复合装甲，一方面，该方法需要在制作完成后的复合装甲外表面缠绕铺覆预浸料，然后再放入模具内加热加压固化成型，这直接降低了生产效率；另一方面，为保证约束效果，该方法需要缠绕6层以上预浸料，这也将进一步增加复合装甲的重量。

发明内容

针对目前陶瓷复合装甲抗多发弹性能差的问题，本发明提供了一种全包覆的三维约束陶瓷复合防弹面板，本发明具有生产效率高、成本低，制备工艺简单，适于规模化生产的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种三维约束陶瓷复合防弹面板，包括陶瓷复合防弹面板和包覆层，所述包覆层采用无接缝管状织物正交嵌套而成，所述包覆层采用高性能纤维制成，所述包覆层包覆在陶瓷复合防弹面板外表面，实现对陶瓷复合防弹面板的三维约束。

进一步的，所述陶瓷复合防弹面板为陶瓷板、复合陶瓷板和复合装甲的一种。

进一步的，所述复合陶瓷板为若干陶瓷单元拼接而成，所述陶瓷单元为棱形，通过若干重复的陶瓷单元拼接的复合陶瓷板，能够减缓抗弹过程中的应力波传递，从而增强陶瓷复合防弹面板的抗多发性能。

进一步的，所述陶瓷单元的横截面为三角形、矩形、梯形、平行四边形或其中2种及以上形状组合。

进一步的，所述复合装甲为陶瓷面板和纤维增强复合材料板的复合面板，所述陶瓷面板与所述纤维增强复合材料板通过胶膜或胶黏剂粘接。

进一步的，所述纤维增强复合材料板为树脂与纤维复合而成，所述纤维为超高分子量聚乙烯纤维或芳纶纤维中的一种。

进一步的，所述包覆层之间，所述包覆层与所述陶瓷复合防弹面板之间均通过胶膜或胶黏剂粘接。

进一步的，所述包覆层采用的无接缝管状织物至少为两层。

进一步的，所述无接缝管状织物壁厚为0.1-0.5mm，所述无接缝管状织物为机织结构或编织结构，通过正交嵌套无接缝管状织物形成盒状包覆层，对陶瓷复合防弹面板进行全包覆，可实现陶瓷复合防弹面板的三维约束，阻止陶瓷碎片从侧面方向飞出，盒状包覆层可以提高其整体性，提升复合装甲的抗多发弹性能。

进一步的，所述高性能纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、聚乙烯纤维、涤纶纤维中的一种或几种。

进一步的，所述高性能纤维为芳纶纤维。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

1.本发明提供的一种三维约束陶瓷复合防弹面板，通过正交嵌套无接缝管状织物形成盒状包覆层，对陶瓷复合防弹面板进行全包覆，可实现陶瓷复合防弹面板的三维约束，阻止陶瓷碎片从侧面方向飞出。

2.本发明提供的一种三维约束陶瓷复合防弹面板，针对组合式陶瓷复合防弹面板，盒状包覆层可以提高其整体性，提升复合装甲的抗多发弹性能。

3.本发明提供的一种三维约束陶瓷复合防弹面板，采用盒状包覆层对复合装甲外表面全包覆，可实现复合装甲的三维约束，提升复合装甲不同结构层之间的抗分层能力。

附图说明

图1是本发明包覆层和陶瓷复合防弹面板的结构图；

图2是本发明包覆层的组装示意图；

图3是本发明陶瓷板和包覆层的结构示意图；

图4是本发明复合陶瓷板和包覆层的结构示意图；

图5是本发明复合装甲和包覆层的结构示意图。

图中：包覆层-1、陶瓷复合防弹面板-2、陶瓷板-3、复合陶瓷板-4、复合装甲-5、陶瓷单元-6、纤维增强复合材料板-7、陶瓷面板-8。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。

实施例1：

如图1-图3所示：

一种三维约束陶瓷复合防弹面板，包括陶瓷复合防弹面板2和包覆层1，包覆层1采用0.1mm厚的芳纶纤维管状织物制成，芳纶纤维管状织物为机织结构，包覆层1为2层、3层、4层的芳纶纤维管状织物正交嵌套而成，分别记为实验组A、实验组B和实验组C；包覆层1包覆在陶瓷复合防弹面板2外表面，陶瓷复合防弹面板2采用300mm*300mm，厚10mm的陶瓷板3，陶瓷板3的材质为氧化铝，实现对陶瓷复合防弹面板2的三维约束，包覆层1之间，包覆层1与陶瓷板3之间均通过胶黏剂粘接，并经过热压定型，胶黏剂为现有的胶黏剂，本实施例采用的是聚氨酯胶黏剂。

实施例2：

如图1和图4所示：

一种三维约束陶瓷复合防弹面板，包括陶瓷复合防弹面板2和包覆层1，包覆层1采用0.5mm厚的碳纤维管状织物制成，碳纤维管状织物为编织结构，包覆层1为三层碳纤维管状织物正交嵌套而成，包覆层1包覆在陶瓷复合防弹面板2外表面，陶瓷复合防弹面板2采用300mm*300mm，厚10mm的复合陶瓷板4，复合陶瓷板4为截面为六边形的氧化铝陶瓷单元6拼接而成，实现对陶瓷复合防弹面板2的三维约束，包覆层1之间，包覆层1与复合陶瓷板4之间均通过胶黏剂粘接，并经过热压定型，胶黏剂为现有的胶黏剂，本实施例采用的是聚氨酯胶黏剂，作为实验组D。

实施例3：

如图1和图5所示：

一种三维约束陶瓷复合防弹面板，包括陶瓷复合防弹面板2和包覆层1，包覆层1采用0.25mm厚的超高分子量聚乙烯纤维管状织物制成，超高分子量聚乙烯纤维管状织物为机织结构，包覆层1为4层超高分子量聚乙烯纤维管状织物正交嵌套而成，包覆层1包覆在陶瓷复合防弹面板2外表面，陶瓷复合防弹面板2采用300mm*300mm，厚15mm的复合装甲5，复合装甲5为10mm厚的氧化铝陶瓷面板8和5mm厚的纤维增强复合材料板7复合而成，纤维增强复合材料板7采用超高分子量聚乙烯纤维和环氧树脂复合而成，实现对陶瓷复合防弹面板2的三维约束，包覆层1之间，包覆层1与复合装甲5之间和陶瓷板3与纤维增强复合材料板7之间均通过胶黏剂粘接，并经过热压定型，胶黏剂为现有的胶黏剂，本实施例采用的是环氧树脂胶黏剂，作为实验组E。

实施例4：

一种三维约束陶瓷复合防弹面板，包括陶瓷复合防弹面板2和包覆层1，包覆层1采用0.25mm厚的超高分子量聚乙烯纤维管状织物制成，超高分子量聚乙烯纤维管状织物为机织结构，包覆层1为4层超高分子量聚乙烯纤维管状织物正交嵌套而成，包覆层1包覆在陶瓷复合防弹面板2外表面，陶瓷复合防弹面板2采用300mm*300mm，厚15mm的复合装甲5，复合装甲5为10mm厚的氧化铝陶瓷面板8和5mm厚的纤维增强复合材料板7复合而成，纤维增强复合材料板7采用超芳纶纤维和环氧树脂复合而成，实现对陶瓷复合防弹面板2的三维约束，包覆层1之间，包覆层1与复合装甲5之间和陶瓷板3与纤维增强复合材料板7之间均通过胶黏剂粘接，并经过热压定型，胶黏剂为现有的胶黏剂，本实施例采用的是环氧树脂胶黏剂，作为实验组F。

实施例5：

将氧化铝陶瓷在具有300mm*300mm，厚10mm模腔的模具内压制成胚体，然后采用高温烧结成300mm*300mm，厚10mm的氧化铝陶瓷板3，作为对照组。

实施例6：

检测实施例1-5中提供的防弹面板及复合装甲的防弹性能，将实验组A-D和对照组分别与RHA钢板粘合制成复合靶板，通过53式步枪发射7.62mm钢芯子弹垂直射击实验组A-F和对照组，测试子弹冲击后钢板被陶瓷碎片及子弹冲击的痕迹，检测钢板的背凸变形值，并检测面板的碎片飞溅情况，检测结果见表1。

表1.实施例1-4的防弹性能

由检测结果可知，实施例1-5中提供的复合防弹面板具有较好的抗多发子弹的性能，且由实验组A-C的实验可知，实验组C的抗弹性能明显优于实验组A，由此可知，包覆层1的层数越多，能够增强陶瓷复合防弹面板2的约束力，从而减少子弹的后续冲击，且从而能够起到较好的防护作用，比较实验组A-E与对照组的情况可知，实验组A-C具有较好的抗单发子弹的防弹性能，但实验组D相较于实验组A-C具有更好地抗多发子弹的性能，在3发子弹后，依旧具有较好的抗弹性能，实验组E和F中一次的背凸变形值与对照组相差不大是因为，实验组E和F中的吸能背板采用的是纤维增强复合材料板7，纤维增强复合材料板7质量较轻，强度略低于钢板，但实验组E和F仍具备较好的抗弹性能，由于纤维增强复合材料板7的复合，能够在去的较好性能的同时减轻复合装甲的质量，从而提高了复合装甲的实用性，通过正交嵌套无接缝管状织物形成盒状包覆层，对陶瓷复合防弹面板进行全包覆，可实现陶瓷复合防弹面板的三维约束，阻止陶瓷碎片从侧面方向飞出，盒状包覆层可以提高其整体性，提升复合装甲的抗多发弹性能。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种三维约束陶瓷复合防弹面板，包括陶瓷复合防弹面板（2）和包覆层（1），其特征在于：所述包覆层（1）采用无接缝管状织物正交嵌套而成，所述包覆层（1）采用的无接缝管状织物至少为两层，所述无接缝管状织物壁厚为0.1-0.5mm，所述无接缝管状织物为机织结构或编织结构，所述包覆层（1）采用高性能纤维制成，所述包覆层（1）包覆在陶瓷复合防弹面板（2）外表面，实现对陶瓷复合防弹面板（2）的三维约束。

2.根据权利要求1所述的一种三维约束陶瓷复合防弹面板，其特征在于：所述陶瓷复合防弹面板（2）为陶瓷板（3）、复合陶瓷板（4）和复合装甲（5）的一种。

3.根据权利要求2所述的一种三维约束陶瓷复合防弹面板，其特征在于：所述复合陶瓷板（4）为若干陶瓷单元（6）拼接而成，所述陶瓷单元（6）为棱形。

4.根据权利要求3所述的一种三维约束陶瓷复合防弹面板，其特征在于：所述陶瓷单元（6）的横截面为三角形、矩形、梯形、平行四边形或其中2种以上形状组合。

5.根据权利要求2所述的一种三维约束陶瓷复合防弹面板，其特征在于：所述复合装甲（5）为陶瓷面板（8）和纤维增强复合材料板（7）的复合面板，所述陶瓷面板（8）与所述纤维增强复合材料板（7）通过胶膜或胶黏剂粘接；

所述纤维增强复合材料板（7）为树脂与纤维复合而成，所述纤维为超高分子量聚乙烯纤维或芳纶纤维中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种三维约束陶瓷复合防弹面板，其特征在于：所述包覆层（1）之间，所述包覆层（1）与所述陶瓷复合防弹面板（2）之间均通过胶膜或胶黏剂粘接。

7.根据权利要求1所述的一种三维约束陶瓷复合防弹面板，其特征在于：所述高性能纤维为碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、聚乙烯纤维、涤纶纤维中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的一种三维约束陶瓷复合防弹面板，其特征在于：所述高性能纤维为芳纶纤维。

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