CN217077936U - 高曲面三维复合结构防弹材料 - Google Patents
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Abstract
本发明属于防弹材料技术领域，具体涉及一种高曲面三维复合结构防弹材料。包括若干厚度角度联锁单元和若干分层正交联锁单元，若干厚度角度联锁单元与若干分层正交联锁单元依次相互交替；厚度角度联锁单元由多层第一纬纱层与多根经纱依次交织而成，第一纬纱层间隔分布多根第一纬纱，且经纱与第一纬纱间形成有空隙，空隙中通过浸润填充有分散相二氧化硅颗粒和连续相聚乙二醇；分层正交联锁单元由多层第二纬纱层与所述的多根经纱依次紧密交织而成且第二纬纱层间隔分布多根第二纬纱。本实用新型弥补了传统材质制造的厚重、透气性差的二维生产技术缺陷，具有优越变形成型性能及弹道侵彻性能，可做多种高曲度、不同形状的三维防弹材料预制件。
Description
技术领域
本发明属于防弹材料技术领域，具体涉及一种高曲面三维复合结构防弹材料。
背景技术
服用防弹材料作为构建军警个体防护装备的基础，其研发和产业化在国防安全与军民融合领域的战略布局中备受持续关注。传统材质制造的厚重、透气性差的二维生产技术缺陷，一次成型且柔软舒适的高性能三维立体防弹衣领域在国内外尚属一片空白。在军用方面，可以在必要时期补充军警内部供给的不足，为军用警用装备技术添砖加瓦。在民用方面，用其开发的民用产品具有轻便舒适、可塑性强、防弹防刺阻燃防酸、随身穿着无负担等优点。防备实力的更新需要同步紧跟热武器的更新迭代，所以如何在防弹材料上减少有生力量的损耗，成为一个不可忽视的议题。硬质材料防弹衣柔软性较差和便携性的缺失会束缚士兵的自由度和敏锐度，会影响机动能力和执行任务的准确性。软体防弹衣的防弹材料防弹性能下降对其人身安全则起不到足够的保障作用。温度对防弹纤维寿命的影响也是不可小觑,会大大降低防弹材料的强度,且防弹纤维受潮后强度也会大大衰减。
兼顾防弹衣的轻便性能与复杂环境的使用用途，复合型材料防弹衣的研究产业应运而生，研发柔软、贴身、轻量的高服用性防弹衣成为一条主流研究方向。当前防弹材料以二维平面材料为主，由于纤维紧密交织或排列，导致二维平面材料具有剪切阻力强、弯曲刚度大等特点，无法贴合人体三维曲面。但重塑三维曲面又会产生纱线截断、缝隙等问题，直接影响弹道侵彻性能。针对以上问题，学术界近年提出运用三维角联锁材料作为曲面适体防弹材料。三维角联锁材料在三个维度分布经纬纱，且经纱在贯穿整体结构的同时与纬纱交织少，造成弯曲刚度弱、剪切阻力小，在高曲面适体方面具有优势，但是影响纱线握持能力，导致摩擦效应较弱，不能有效吸收和扩散弹丸高速侵彻时产生的能量。
实用新型内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种高曲面三维复合结构防弹材料。针对TAI织物很难在保持可塑性能的同时提高弹道性能的问题，建立了通过厚度角度联锁/分层正交联锁复合结构(TA/Loi)结构来取代TAI结构，以增加空隙，提高摩擦，进一步提高弹道性能。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
高曲面三维复合结构防弹材料，包括若干厚度角度联锁单元和若干分层正交联锁单元，若干厚度角度联锁单元与若干分层正交联锁单元依次相互交替；厚度角度联锁单元由多层第一纬纱层与多根经纱依次交织而成，第一纬纱层间隔分布多根第一纬纱，且经纱与第一纬纱间形成有空隙，空隙中通过浸润填充有分散相二氧化硅颗粒和连续相聚乙二醇；分层正交联锁单元由多层第二纬纱层与所述的多根经纱依次紧密交织而成且第二纬纱层间隔分布多根第二纬纱。
经纱与第一纬纱之间形成空隙，可以提高摩擦，进一步提高弹道性能。其次所形成的空隙中也得以通过浸润方法填充有效量的二氧化硅颗粒和聚乙二醇，二氧化硅作为分散相分布在作为连续相的聚乙二醇中。分层正交联锁单元中经纱与第二纬纱紧密交织，而厚度角度联锁单元和分层正交联锁单元共用同一组经纱，使得防弹衣在受到子弹冲击时，厚度角度联锁单元受到的冲击能量会随着经纱牵动，扩散到分层正交联锁单元。而分层正交联锁单元由于内部交织点密集导致相对较高的摩擦效应，能够更有效地吸收和转化能量。
进一步的，相邻两层第一纬纱层中的第一纬纱相互错开分布，使交织点稀疏分布，可以使经纱与第一纬纱之间形成较大空隙，且能更好保证防弹稳定性。
进一步的，相邻两层第二纬纱层中的第二纬纱上下对齐，方便增加交织点致密性，从而在收到冲击时，产生较大摩擦力，达到更好卸力效果。
进一步的，第一纬纱、第二纬纱及经纱均为芳纶材质。材料采用三维角联锁结构为基本组织结构，芳纶为主要原料，再浸润于以SiO2为分散粒子、聚乙二醇为分散介质浓缩成的剪切增稠液体中进行复合加工而成，具有较为鲜明的引领性和开创性特征。
相比于现有技术，本实用新型所取得了如下技术效果：
本材料以其柔软性和安全性，保持可塑性能的同时提高弹道性能，利用其密集的纱线交织点，对整体材料起到间隔性绑定作用以增大摩擦提高能量吸收。具有优越变形成型性能及弹道侵彻性能，可做多种高曲度、不同形状的三维防弹材料预制件，可应用于军警个体防弹装备的改良升级，可以在高适体性、配合士兵灵活机动作战方面提供积极帮助，在提高弹道侵彻性能、增加士兵生存概率方面做出有益尝试。可进一步服务于防护领域、航空航天、船舶车辆、新型建筑材料等国家重点领域和部门，具有较为广阔的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的高曲面三维复合结构防弹材料的微观交织结构图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的主视图。
图4为本发明实施例中高曲面三维复合结构防弹材料的子弹冲击效果图。
图中附图标记为：1.厚度角度联锁单元，2.分层正交联锁单元，3.经纱，4.第一纬纱，5.第二纬纱。
具体实施方式
本实用新型不局限于下列具体实施方式，本领域一般技术人员根据本实用新型公开的内容，可以采用其他多种具体实施方式实施本实用新型的，或者凡是采用本实用新型的设计结构和思路，做简单变化或更改的，都落入本实用新型的保护范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本实用新型的具体实施例如图
见图1至3，本实用新型的高曲面三维复合结构防弹材料的最小重复单元(高曲面三维复合结构防弹材料是由这样的多个最小重复单元组成)，包括若干厚度角度联锁单元1和若干分层正交联锁单元2，若干厚度角度联锁单元1与若干分层正交联锁单元2依次相互交替；厚度角度联锁单元1由多层第一纬纱层与多根经纱3依次交织而成，第一纬纱层间隔分布多根第一纬纱4，且经纱3与第一纬纱4间形成有空隙，空隙中通过浸润填充有分散相二氧化硅颗粒和连续相聚乙二醇；分层正交联锁单元2由多层第二纬纱层与所述的多根经纱3依次紧密交织而成且第二纬纱层间隔分布多根第二纬纱5。
经纱3与第一纬纱4之间形成空隙，可以提高摩擦，进一步提高弹道性能。其次所形成的空隙中也得以通过浸润方法填充有效量的二氧化硅颗粒和聚乙二醇，二氧化硅作为分散相分布在作为连续相的聚乙二醇中。分层正交联锁单元2中经纱3与第二纬纱5紧密交织，而厚度角度联锁单元1和分层正交联锁单元2共用同一组经纱3，使得防弹衣在受到子弹冲击时，厚度角度联锁单元1受到的冲击能量会随着经纱3牵动，扩散到分层正交联锁单元2。而分层正交联锁单元2由于内部交织点密集导致相对较高的摩擦效应，能够更有效地吸收和转化能量(见图4)。
具体的，相邻两层第一纬纱层中的第一纬纱4相互错开分布，使交织点稀疏分布，方便经纱3与第一纬纱4之间形成较大空隙，且能更好保证防弹稳定性。
具体的，相邻两层第二纬纱层中的第二纬纱5上下对齐，方便增加交织点致密性，从而在收到冲击时，产生较大摩擦力，达到更好卸力效果。第一纬纱4、第二纬纱5及经纱3均为芳纶材质。材料采用三维角联锁结构为基本组织结构，芳纶为主要原料，再浸润于以SiO2为分散粒子、聚乙二醇为分散介质浓缩成的剪切增稠液体中进行复合加工而成，具有较为鲜明的引领性和开创性特征。
本实用新型的防弹材料，在制备中先以经纱3、第一纬纱4和第二纬纱5，按设置尺寸、性能，进行交织，形成若干厚度角度联锁单元1和若干分层正交联锁单元2的预成形体，然后将预成型体浸润以剪切增稠液体，剪切增稠液体以聚乙二醇为连续相，其中均匀分散有二氧化硅颗粒。本实用新型从整体上建立了通过层层正交型复合结构(TA/Loi)结构来取代TAI结构。以增加间隙，提高摩擦，进一步提高弹道性能。
本材料以其柔软性和安全性，保持可塑性能的同时提高弹道性能，利用其密集的纱线交织点，对整体材料起到间隔性绑定作用以增大摩擦提高能量吸收。可应用于军警个体防弹装备的改良升级，可以在高适体性、配合士兵灵活机动作战方面提供积极帮助，在提高弹道侵彻性能、增加士兵生存概率方面做出有益尝试。可进一步服务于防护领域、航空航天、船舶车辆、新型建筑材料等国家重点领域和部门，具有较为广阔的应用前景。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.高曲面三维复合结构防弹材料，其特征在于：包括若干厚度角度联锁单元(1)和若干分层正交联锁单元(2)，若干厚度角度联锁单元(1)与若干分层正交联锁单元(2)依次相互交替；厚度角度联锁单元(1)由多层第一纬纱层与多根经纱(3)依次交织而成，第一纬纱层间隔分布多根第一纬纱(4)，且经纱(3)与第一纬纱(4)间形成有空隙，空隙中通过浸润填充有分散相二氧化硅颗粒和连续相聚乙二醇；分层正交联锁单元(2)由多层第二纬纱层与所述的多根经纱(3)依次紧密交织而成且第二纬纱层间隔分布多根第二纬纱(5)。
2.根据权利要求1所述的高曲面三维复合结构防弹材料，其特征在于：相邻两层第一纬纱层中的第一纬纱(4)相互错开分布。
3.根据权利要求1所述的高曲面三维复合结构防弹材料，其特征在于：相邻两层第二纬纱层中的第二纬纱(5)上下对齐。
4.根据权利要求1所述的高曲面三维复合结构防弹材料，其特征在于：第一纬纱(4)、第二纬纱(5)及经纱(3)均为芳纶材质。
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|---|---|---|---|---|
| CN115946369A (zh) * | 2023-03-15 | 2023-04-11 | 天津工业大学 | 一种防弹复合材料及其制备方法 |
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2022
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