CN115923264B - 一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃 - Google Patents
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Abstract
一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，包括至少一片玻璃板，所述玻璃板的至少一个平面具有若干凹凸部；所述凹凸部为交错连通的凹槽或凸条，或者不连通的孔、凹坑或凸起；在所述具有若干凹凸部的平面侧还设置有热熔型高分子层，所述热熔型高分子层通过热压层合加工固定于玻璃板平面上，从而使所述凹凸部被所述热熔型高分子层充满。本发明的防弹防爆玻璃不仅具有较高的防弹防爆性能，而且将冲击损伤限制在冲击处周围一个狭窄的区域内，能显著提高防弹防爆玻璃冲击后的能见度。
Description
技术领域
本发明属于特种玻璃技术领域，具体涉及一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃。
背景技术
防护玻璃是指对攻击、冲击具有一定抵御能力的特种透明材料，具有防弹、防爆、防盗等功能，被广泛应用于政治、军事、国防、社会生活等重要领域，是装甲车、运钞车、汽车的重要组成部分。目前的防护玻璃受到冲击后，出现放射状径向甚至切向开裂，形成密集的裂纹和碎片，使防护玻璃的能见度大大下降，视野会完全或部分失去，严重妨碍驾驶员对路况环境的观察。由于现代高技术战争和复杂反恐环境的需要，对防护玻璃提出高性能化的要求，尤其是单次和多次击打后保存其高能见度的苛刻要求。而撞击后驾驶视野能见度的影响已成为评估防弹防爆玻璃性能的重要指标。
目前的防护玻璃，当受到子弹或者高速物体冲击时，形成以冲击点为波源、沿冲击方向的自由应力波，迅速向四周扩散，波前端产生巨大应力，并从玻璃板后表面被反射回来，使防护玻璃板面上出现放射状发展的裂纹，甚至切向开裂，形成密集的裂纹和碎片，使防护玻璃的能见度大大下降，视野会完全或部分失去，严重妨碍驾驶员对路况环境的观察。
防护玻璃的力学性能与金属材料不同，在高强度冲击载荷作用下，脆性的防护玻璃呈现独特的非弹性响应和破坏行为，表现出对变形的高度敏感性和小变形到脆性破坏的特征，通常呈崩溃式的形式，明显区别于延性金属材料的塑性流动性质。由于脆性物质在爆炸和冲击瞬时极端破碎破坏的特殊性，其破坏模式，例如断裂模式、碎片尺寸、碎片数量与其几何学(结构、形貌)的关系一直是一个悬而未决的问题。对冲击下防弹防爆玻璃的破坏模式，进而控制裂纹扩展方面的相关研究仍很少。专利CN212073204U公开了一种轻质防爆防弹玻璃，其通过设置曲面玻璃板加大了工作面，使整体防爆防弹的性能更好，但是，仍然无法满足多次击打后保存高能见度的苛刻要求。
发明内容
针对目前存在的技术问题，本发明提供了一种冲击后高能见度防弹防爆玻璃，本发明的防弹防爆玻璃能够将冲击损伤限制在冲击处周围一个狭窄的区域内，显著提高防弹防爆玻璃冲击后的能见度。
本发明采用的技术方案是：
一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，包括至少一片玻璃板，所述玻璃板的至少一个平面具有若干凹凸部；所述凹凸部为交错连通的凹槽或凸条，或者不连通的孔、凹坑或凸起；在所述具有若干凹凸部的平面侧还设置有热熔型高分子层，所述热熔型高分子层通过热压层合加工固定于玻璃板平面上，从而使所述凹凸部被所述热熔型高分子层充满。
目前的防护玻璃，当受到子弹或者高速物体冲击时，形成以冲击点为波源、沿冲击方向的自由应力波，迅速向四周扩散，波前端产生巨大应力，并从玻璃板后表面被反射回来，使防护玻璃板面上出现放射状发展的裂纹，甚至切向开裂，形成密集的裂纹和碎片，使防护玻璃的能见度大大下降，视野会完全或部分失去，严重妨碍驾驶员对路况环境的观察。
而本发明的防弹防爆玻璃具有若干凹凸部，当受到子弹或者高速物体冲击时，应力在凹凸处发生了集中，从而改变了应力分布状况，凹凸处的应力远高于周围区域。即应力波在向四周传递过程中受到玻璃板上设置的凹凸边界的限制，初始裂纹轨迹发生偏离，限制了玻璃板上裂纹的进一步扩展，从而改变玻璃板的破裂形态，使其破裂区域被控制，破裂面积大大减小，增加冲击破裂后的能见度，从而保证视窗的观察性。
此外，本发明的防弹防爆玻璃还具有一层热熔型高分子层，由于玻璃板的凹凸部被热熔型高分子层填满，所以热熔型高分子层也具有凹凸结构，其柔性凹凸面结构与冲击应力波相互作用，吸能效果优于平面层状结构。
进一步，所述防弹防爆玻璃具有两个以上玻璃板时，所述两个以上玻璃板能够通过所述热熔型高分子粘合固定在一起。
进一步，所述凹槽或凸条交错连通在玻璃板上构成若干多边形结构，例如三角形、正方形、长方形、梯形、六边形等，所述若干多边形在玻璃板上呈网络矩阵分布。本发明中的凹槽或凸条的截面形状不限。
进一步，所述孔、凹坑或凸起在玻璃板上呈点阵分布。本发明中的孔、凹坑或凸起的截面形状不限。
进一步，相邻的所述玻璃板上的凹凸部对齐或不对齐叠加设置。当相邻的所述玻璃板上的凹凸槽对齐设置时，保证其中一片玻璃板的凸部正好对应另一片玻璃板的凹部。
进一步，所述玻璃板为硅酸盐玻璃板、硼硅酸盐玻璃板、钢化玻璃板、微晶玻璃板、透明陶瓷中的一种或几种。
进一步，所述热熔型高分子层为高分子柔性薄膜或高分子粘结剂。
进一步，所述热熔型高分子层为乙烯甲基丙烯酸共聚物离子性中间膜(SGP)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚碳酸酯(PC)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)高聚物中的一种或多种。
进一步，所述玻璃板为多片。通过增加玻璃板和高分子层的夹层数的方式，可提高防护能力和缓解由不同材料热膨胀错配造成的残余应力。
进一步，所述防弹防爆玻璃的背弹面还包括透明高分子防溅层。高分子防溅层能够起到固定玻璃渣的作用，防止玻璃碎裂后玻璃渣飞溅的作用。
优选的，所述高分子防溅层为透明嵌段型聚酰胺热塑性弹性体(UPAE)或聚碳酸脂板(PC)。
进一步，所述防弹防爆玻璃的迎弹面还包括镀层。
优选的，所述镀层为抗刮伤镀层、透层、热辐射层中的一种或几种。抗刮伤镀层可以起到防刮伤的作用，增透层提高玻璃的透光率。
进一步，所述防弹防爆玻璃的周围还设置约束。
本发明的有益效果：
本发明的防弹防爆玻璃设置有具有若干凹凸部的玻璃板，所述凹凸部为交错连通的凹槽或凸条，或者不连通的孔、凹坑或凸起，并在热压层合加工时，通过压力使凹凸部被热熔性高分子层填充。当子弹或者高速物体冲击本发明的防弹防爆玻璃时，玻璃板上的凹凸部和对应凹凸的热熔型高分子层共同干扰应力波的传播，增加对子弹或者高速物体动能吸收、缓冲的作用，从而不仅有利于防弹防爆性能的提高，而且能改变玻璃板的破裂形态，防止裂纹的延伸，使其破裂区域被控制在冲击点周围有限范围中，有效控制和减少了玻璃板的破裂面积，保证视窗的观察性，能见度高于目前已有的防护玻璃。
附图说明
图1是本发明的一种防弹防爆玻璃的剖面结构示意图(包括一片具有凹凸部的玻璃板且凹凸部截面为三角形)。
图2是本发明的一种防弹防爆玻璃的剖面结构示意图(包括一片具有凹凸部的玻璃板且凹凸部截面为梯形)。
图3是本发明的玻璃板面上凹槽或凸条构成六边形分布的一种结构示意图。
图4是本发明的玻璃板面上凹槽或凸条构成三角形分布的一种结构示意图。
图5是本发明的一种防弹防爆玻璃的剖面结构示意图(包括两片具有凹凸部的玻璃板且凹凸部截面为三角形)。
图6是本发明的一种防弹防爆玻璃的剖面结构示意图(包括两片具有凹凸部的玻璃板且凹凸部截面为梯形)。
图7是本发明的一种防弹防爆玻璃的剖面结构示意图(包括两片具有凸部的玻璃板，相邻的玻璃板上的凸部不对齐设置)。
图8是图7中A处的放大结构示意图。
图9是本发明的一种防弹防爆玻璃的剖面结构示意图(包括两片同时具有凹部和凸部的玻璃板，相邻的玻璃板上的凹凸部对齐设置)。
图10是图9中B处的放大结构示意图。
图11是本发明的一种防弹防爆玻璃的剖面结构示意图(包括一片具有凸部的玻璃板和一片具有凹部的玻璃板，相邻的玻璃板上的凹凸部对齐设置)
图12是图11中C处的放大结构示意图。
图13是本发明实施例的防弹防爆玻璃被子弹射击后的图。
图14是普通防弹玻璃被子弹射击后的图。
图15是本发明玻璃被子弹射击后的应力波传递过程图。
附图标记
1、第一玻璃板；2、第二玻璃板；3、凹凸部；4、热熔型高分子层；5、镀层；6、高分子防溅层；7、中间玻璃板；8、约束。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
参见图1，本实施例提供了一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，从迎弹面到背弹面依次包括：镀层5、热熔型高分子层4、第一玻璃板1、中间玻璃板7、第二玻璃板2和高分子防溅层6。其中，第一玻璃板1的迎弹面具有若干凹凸部3，热熔型高分子层4通过热压层合加工固定于第一玻璃板1平面上，将所述凹凸部3充满，因此，本实施例的第一玻璃板1和热熔型高分子层4相对的一面都具有凹凸结构。此外，在防弹防爆玻璃两侧还具有约束8。本实施例的多层玻璃板结构可提高防护能力和缓解由不同材料热膨胀错配造成的残余应力。
本实施例中第一玻璃板1和第二玻璃板2可以选择的材料为硅酸盐玻璃板、硼硅酸盐玻璃板、钢化玻璃板、微晶玻璃板、透明陶瓷中的一种或几种。
本实施例中热熔型高分子层4可以选择的材料为高分子柔性薄膜或高分子粘结剂。例如乙烯甲基丙烯酸共聚物离子性中间膜(SGP)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚碳酸酯(PC)、乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、热塑性聚氨酯(TPU)高聚物中的一种或多种。
本实施例中镀层5可以为抗刮伤镀层、透层、热辐射层中的一种或几种。抗刮伤镀层可以起到防刮伤的作用，增透层提高玻璃的透光率。
本实施例中的高分子防溅层6能够起到固定玻璃渣的作用，防止玻璃碎裂后玻璃渣飞溅的作用，可以选择的材料为透明嵌段型聚酰胺热塑性弹性体(UPAE)或聚碳酸脂板(PC)。
本实施例中的凹凸部3为交错连通的凹槽，所述凹槽的截面形状为三角形。但是本实施例的凹凸部3不仅限于交错连通的凹槽，还包括交错连通的凸条，或者不连通的孔、凹坑或凸起。
图2示出一种具有梯形截面凹槽的凹凸部3。本实施例中的凹槽或凸条的截面形状除了如图1和图2所示，还包括其他任意一种形状。
此外，所述凹槽或凸条交错连通在玻璃板上构成若干多边形结构，例如三角形、正方形、长方形、梯形、六边形等，图3示出玻璃板上凹槽或凸条交错连通形成六边形的一种结构示意图，图4示出玻璃板上凹槽或凸条交错连通形成三角形的一种结构示意图。当凹凸部为孔、凹坑或凸起时，其在玻璃板上呈点阵分布，本实施例中的孔、凹坑或凸起的截面形状不限。
参见图5，本实施例还提供了另一种具有不同层结构的冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，从迎弹面到背弹面依次包括：镀层5、第一玻璃板1、热熔型高分子层4、中间玻璃板7、热熔型高分子层4、第二玻璃板2和高分子防溅层6。此外，在防弹防爆玻璃两侧还具有约束8。其中，第一玻璃板1的背弹面和第二玻璃板2的迎弹面都具有若干凹凸部3，热熔型高分子层4通过热压层合加工固定于第一玻璃板1和第二玻璃板2上，将所述凹凸部3充满。图5中凹凸部3截面为三角形。图6示出一种具有梯形截面的凹凸部3。
参见图7，本实施例提供了另一种具有不同层结构的冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，从迎弹面到背弹面依次包括：镀层5、第一玻璃板1、热熔型高分子层4、第二玻璃板2和高分子防溅层6；在防弹防爆玻璃两侧还具有约束8。其中，第一玻璃板1的背弹面和第二玻璃板2的迎弹面都具有若干凹凸部3，且凹凸部3为凸条或者凸起，第一玻璃板1和第二玻璃板2的凹凸部3被热熔型高分子层4充满，并使两块玻璃板粘合固定在一起。本实施例中相邻的第一玻璃板1和第二玻璃板2上的凸条或凸起不对齐叠加设置，第一玻璃板1凸条或凸起正好对应第二玻璃板2的凸条或凸起旁边的平面部分，图8为图7中A处凹凸部叠加设置的放大图。图9中第一玻璃板1和第二玻璃板2既具有凸部(凸条或凸起)，又具有凹部(凹槽或凹坑)，且图9中相邻的第一玻璃板1和第二玻璃板2上的凹凸部为对齐叠加设置，即第一玻璃板1的凹部对应第二玻璃板的凸部，其B处凹凸部叠加设置的放大图如图10所示。
本实施例中不同玻璃板可以具有不同的凹凸部，如图11所示，第一玻璃板1具有凹槽或者凹坑，而第二玻璃板2具有凸条或者凸起。两块玻璃板的凹凸部可以对齐叠加设置，即第一玻璃板1的凹槽或者凹坑对应第二玻璃板2的凸条或凸起，如图12所示。
以图7所示的防弹防爆玻璃为例，进行射击实验。选取的玻璃板为微晶玻璃板，玻璃板的长、宽和高分别为2429mm、750mm、42mm，玻璃板上具有凹槽，这些凹槽在玻璃板上构成正六边形的形状，且在玻璃板上呈网络状矩阵分布。该实施例的高分子粘结剂为乙烯甲基丙烯酸共聚物(SGP，离子性中间膜)。防弹防爆玻璃的面密度为108kg/m2。将该防弹防爆玻璃至于20米射程，向其发射3发56式7.62mm普通钢芯弹。图13为射击实际情况图，由图13可以看出，玻璃的破裂区域被控制在冲击点周围有限范围中，有效控制和减少了玻璃板的破裂面积，且保持了较高的能见度，与目前的普通防弹防爆玻璃相比，可视线大为提高。
采用普通防弹玻璃为对比例，进行射击实验。与图7所示的防弹防爆玻璃不同的是，普通防弹玻璃的玻璃板为平面结构，因此填充的热熔型高分子在玻璃板之间形成平面结构。采用相同的射程和钢芯弹射击结果如图14所示。由图14可以看出，玻璃的破裂区域较大，玻璃板面上出现放射状发展的裂纹，使防护玻璃的能见度大大下降，视野几乎完全失去，严重妨碍驾驶员对路况环境的观察。
图15是上述子弹射入实验的玻璃玻璃应力波传递过程动态仿真试验结果。如图15可以看出当子弹冲击有凹凸部的玻璃板迎弹面时，形成以冲击点为波源、沿冲击方向向四周扩散的自由应力波，当遇到凹凸部后发生了应力集中，应力远高于周围区域，改变了应力分布状况，初始裂纹则发生偏离，即应力波在向四周传递过程中受到玻璃板上设置的凹凸槽边界的限制，从而限制了玻璃板上裂纹的进一步扩展。
从以上子弹射击实验以及动态仿真实验都可以看出，本发明的防爆防弹玻璃能够将冲击损伤限制在冲击处周围一个狭窄的区域内，从而显著提高防弹防爆玻璃冲击后的能见度。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，其特征在于，包括两个以上玻璃板，所述两个以上玻璃板能够通过热熔型高分子层粘合固定在一起；所述玻璃板的至少一个平面具有若干凹凸部；所述凹凸部为交错连通的凹槽或凸条；所述凹槽或凸条交错连通在玻璃板上构成若干多边形结构，所述若干多边形在玻璃板上呈网络矩阵分布；相邻的所述玻璃板上的凹凸部不对齐叠加设置；在所述具有若干凹凸部的平面侧还设置有热熔型高分子层，所述热熔型高分子层通过热压层合加工固定于玻璃板平面上，从而使所述凹凸部被所述热熔型高分子层充满；所述热熔型高分子层为高分子柔性薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，其特征在于，所述多边形结构为三角形、正方形、长方形、梯形或六边形。
3.根据权利要求1所述的一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，其特征在于，所述高分子柔性薄膜为乙烯甲基丙烯酸共聚物离子性中间膜（SGP）。
4.根据权利要求1所述的一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，其特征在于，所述玻璃板为硅酸盐玻璃板、硼硅酸盐玻璃板、钢化玻璃板、微晶玻璃板中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，其特征在于，所述玻璃板为多片。
6.根据权利要求1所述的一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，其特征在于，所述防弹防爆玻璃的背弹面还包括透明高分子防溅层。
7.根据权利要求1所述的一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，其特征在于，所述防弹防爆玻璃的迎弹面还包括镀层。
8.根据权利要求1所述的一种冲击后保持高能见度的防弹防爆玻璃，其特征在于，所述防弹防爆玻璃的周围设置约束。
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