CN110220418B - 一种微孔板的复合材料，微孔板、轻型防弹装甲及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微孔板的复合材料，微孔板、轻型防弹装甲及其制作方法，该复合材料为经过石墨烯改性的超高分子量聚乙烯材料制成，该微孔板由前述复合材料制成，其上有微孔，该防弹装甲包括弹性体层、陶瓷层和微孔板层；弹性体层为弹性体树脂，树脂层厚度为1‑15mm；陶瓷层为防弹陶瓷，该防弹陶瓷为一层或者多层；微孔板层为前述微孔板，该微孔板为单层或者多层，多层的各层之间通过胶黏剂粘结，该装甲的弹性体层通过喷涂的方式施加于陶瓷层上，并通过胶接的方式与微孔板层连接；本发明的有益效果是：提高了防护能力，减轻了重量，具有良好的应用效果。
Description
技术领域
本发明属于轻质装甲防弹材料领域，具体的，涉及一种微孔板的复合材料，微孔板、轻型防弹装甲及其制作方法。
背景技术
现代飞机为提高实战中的生存能力，通常需要在飞机的关键部位安装防弹装甲。优良的装甲防护系统能够使飞机的主体及其中的人员安全得到更好的保护。目前，现有的防弹装甲的主要问题是防弹效果和防弹装甲重量之间的矛盾冲突，要达到良好的防弹效果往往需要牺牲重量，造成了飞机机动性能受限。
为了减轻飞机防弹装甲的重量，专利CN201510250746.2发明了一种轻质防弹装甲的制备方法，该装甲采用三明治夹心结构，芯部板材为碳化硅、石墨烯复合增强的铝基复合材料，面板和背板分别为5083和7A21高强度铝合金，三者之间通过金属胶粘结。很明显此种防弹装甲主要以陶瓷和金属为主，此类装甲对飞机增重非常明显，严重影响飞机的机动性能。
专利CN201610936902.5，发明了一种复合结构防弹板，该防弹板主要包括陶瓷层、纤维材料叠层、金属层和背板，其中纤维材料叠层之间通过胶黏剂粘结。该结构中采用的纤维叠层和背板均由纯树脂制成，其力学性能相对较弱，另外，纤维叠层之间采用胶黏剂粘结，粘结效果往往不好，受到子弹冲击后非常容易脱粘散开甚至断裂。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的在于克服现有技术中的不足，适应现实需要，本发明提供一种既可以有效减轻装甲重量又能够提高防弹效果的微孔板及其轻型防弹装甲。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种微孔板的复合材料，所述复合材料为经过石墨烯改性的超高分子量聚乙烯材料制成，其中，石墨烯为经过烷烃链接枝改性的氧化石墨烯, 所述石墨烯占超高分子量聚乙烯的质量百分数为0.5%-10%；所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为1×105-1×106。
进一步，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为8.7×105。
本发明的另一个目的在于提出一种使用上复合材料的微孔板，该微孔板为单层或者多层的组合，多层的各层之间通过胶黏剂粘结，该微孔板的单层单元结构为上述所述复合材料制成的板状结构，板状结构上有微孔，所述微孔板的孔径大小为0.01μm-0.5μm，孔隙率为20%-50%。
进一步，微孔板为5层3mm厚的微孔板胶接所得，微孔板的孔径大小为0.15μm，孔隙率为35%。
本发明的又一目的在于提出一种使用上述微孔板的轻型防弹装甲，该防弹装甲包括四个部分，第一部分和第三部分均为弹性体层，第二部分为陶瓷层，第四部分为微孔板层；
第一部分和第三部分的弹性体层为弹性体树脂，该弹性体树脂厚度为1-15mm；
第二部分的陶瓷层为防弹陶瓷，该防弹陶瓷为一层或者多层的组合；
第四部分的微孔板层为上述微孔板；
所述轻型防弹装甲的第一部分和第三部分通过喷涂的方式施加于第二部分之上，并通过胶接的方式与第四部分连接。
进一步，所述弹性体树脂为聚氨酯树脂或者聚脲树脂。
进一步，所述防弹陶瓷为Al2O3 、SiC 或B4C中的一种或者几种。
一种使用上述复合材料的微孔板的制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一：将经过烷烃链接枝改性的氧化石墨烯，分散在石蜡油中，并通过高速搅拌使其均匀分散；
步骤二：在步骤一的混合液中加入超高分子量聚乙烯得混合物，搅拌均匀后，将混合物加热到80-120℃，并在此温度下持续搅拌3-8小时，待超高分子量聚乙烯在石蜡油中充分溶胀后，将混合物加入挤出机中挤出熔体，所述混合物中固体与石蜡油的质量比为1:1-1:5；
步骤三：将挤出的熔体送入双向拉伸机，在100-140℃下进行双向同步拉伸或者分步拉伸，拉伸倍率为2-20，得到厚度为0.5-10mm的片材；
步骤四：使用汽油或者四氯化碳为萃取剂萃取除掉片材中的石蜡油，得到微孔板。
进一步，在步骤二中，所述混合液中的固体为石墨烯和超高分子量聚乙烯,在步骤四中, 使用汽油为萃取剂萃取除掉片材中的石蜡油，得到微孔板。
一种使用上述微孔板的轻型防弹装甲的制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
①步骤一：选择厚度为一层或者多层的防弹陶瓷层，在陶瓷板两面喷涂弹性体树脂，喷涂厚度为1-15mm，即获得复合板材；
②步骤二：将经过烷烃链接枝改性的氧化石墨烯，分散在石蜡油中，并通过高速搅拌使其均匀分散；
③步骤三：在②步骤二的混合液中加入超高分子量聚乙烯得混合物，搅拌均匀后，将混合物加热到80-120℃，并在此温度下持续搅拌3-8小时，待超高分子量聚乙烯在石蜡油中充分溶胀后，将混合物加入挤出机中挤出熔体，所述混合物中固体与石蜡油的质量比为1:1-1:5，其中超高分子量聚乙烯的重均分子量为1×105-1×106；
④步骤四：将挤出的熔体送入双向拉伸机，在100-140℃下进行双向同步拉伸或者分步拉伸，拉伸倍率为2-20，得到厚度为0.5-10mm的片材；
⑤步骤五：使用汽油或者四氯化碳为萃取剂萃取除掉片材中的石蜡油，得到微孔板，所得微孔板孔径大小为0.01μm-0.5μm，孔隙率为20%-50%；
⑥步骤六：将①步骤一所得的复合板材与1层或者多层⑤步骤五所得的微孔板通过胶黏剂粘合成型得到轻型防弹装甲。
进一步，所述①步骤一中防弹陶瓷层为厚度为13mm 的B4C防弹陶瓷，弹性体树脂为聚脲弹性体LineX且喷涂厚度为5mm；所述③步骤三中在混合液中加入超高分子量聚乙烯得混合物，搅拌均匀后，将混合物加热到100℃，并在此温度下持续搅拌6小时，待超高分子量聚乙烯在石蜡油中充分溶胀后，将混合物加入挤出机中挤出熔体，所述混合物中三者的质量比为：石墨烯：超高分子量聚乙烯：石蜡油=1:19：80，其中超高分子量聚乙烯的重均分子量为8.7×105；所述④步骤四中将挤出的熔体送入双向拉伸机，在120℃下进行双向同步拉伸，拉伸倍率为5，得到厚度为3mm的片材；所述⑤步骤五中使用汽油为萃取剂萃取除掉片材中的石蜡油，得到微孔板，所得微孔板孔径大小为0.15μm，孔隙率为35%；所述⑥步骤六中将①步骤一所得的复合板材与5层⑤步骤五所得的微孔板通过胶黏剂粘合成型得到轻型防弹装甲。
本发明的有益效果是：①添加了氧化石墨烯对超高分子量聚乙烯抗冲击强度进行增强，且氧化石墨烯进行了烯烃接枝改性与超高分子量聚乙烯之间有更好的相容性，分散更均匀，增强效果更好。②超高分子量聚乙烯板经过双向拉伸后强度可进一步提高。③超高分子量聚乙烯板中的微孔一方面能够吸收更多地冲击能量，另一方面可以减轻板重。④本发明中的第一部分和第三部分弹性体层也可以在有效吸收子弹冲击能量的同时减少陶瓷防弹层的破损。以上效果综合，能够有效提高防弹装甲的防护能力，同时，减轻装甲重量，具有良好的应用效果。
附图说明
图 1 为本发明的结构示意图。
其中，1为弹性体层，2为陶瓷层，3为微孔板层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释和说明本发明，并不用于限制本发明。
本发明的第一实施例提供了一种微孔板的复合材料，所述复合材料为经过石墨烯改性的超高分子量聚乙烯材料制成，其中，石墨烯为经过烷烃链接枝改性的氧化石墨烯,所述石墨烯占超高分子量聚乙烯的质量百分数为0.5%-10%；所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为8.7×105。
本发明的第二实施例提出一种使用第一实施例复合材料的微孔板，该微孔板为5层3mm厚的微孔板胶接所得，其上有微孔，所述微孔板的孔径大小为0.15μm，孔隙率为35%。
本发明的第三实施例提出一种使用第二实施例微孔板的轻型防弹装甲，如图1所示，所述轻型防弹装甲包括四个部分，第一部分和第三部分均为弹性体层1，第二部分为陶瓷层2，第四部分为微孔板层3；
第一部分和第三部分的弹性体层1为聚脲弹性体LineX，该树脂层厚度为5mm；
第二部分的陶瓷层2为B4C防弹陶瓷，该防弹陶瓷厚度为13mm；
第四部分的微孔板层3为第二实施例中的微孔板；
所述轻型防弹装甲的第一部分和第三部分通过喷涂的方式施加于第二部分之上，并通过胶接的方式与第四部分连接。
本发明的第四实施例提出一种第二实施例所述的微孔板的制作方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：将经过烷烃链接枝改性的氧化石墨烯，分散在石蜡油中，并通过高速搅拌使其均匀分散；
步骤二：在步骤一的混合液中加入超高分子量聚乙烯得混合物，搅拌均匀后，将混合物加热到100℃，并在此温度下持续搅拌6小时，待超高分子量聚乙烯在石蜡油中充分溶胀后，将混合物加入挤出机中挤出熔体，以上混合物中三者的质量比为：石墨烯：超高分子量聚乙烯：石蜡油=1:19：80；
步骤三：将挤出的熔体送入双向拉伸机，在120℃下进行双向同步拉伸，拉伸倍率为5，得到厚度为3mm的片材；
步骤四：使用汽油为萃取剂萃取除掉片材中的石蜡油，得到微孔板。
本发明的第五实施例提出一种第三实施例所述的轻型防弹装甲的制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
①步骤一：选择B4C陶瓷板为防弹陶瓷层，厚度为13mm，在B4C陶瓷板两面喷涂市售聚脲弹性体LineX，喷涂厚度为5mm，即获得复合板材；
②步骤二：将经过烷烃链接枝改性的氧化石墨烯，分散在石蜡油中，并通过高速搅拌使其均匀分散；
③步骤三：在②步骤二的混合液中加入超高分子量聚乙烯得混合物，搅拌均匀后，将混合物加热到100℃，并在此温度下持续搅拌6小时，待超高分子量聚乙烯在石蜡油中充分溶胀后，将混合物加入挤出机中挤出熔体；
以上混合物中三者的质量比为：石墨烯：超高分子量聚乙烯：石蜡油=1:19：80，其中超高分子量聚乙烯的重均分子量为8.7×105；
④步骤四：将挤出的熔体送入双向拉伸机，在120℃下进行双向同步拉伸，拉伸倍率为5，得到厚度为3mm的片材；
⑤步骤五：使用汽油为萃取剂萃取除掉片材中的石蜡油，得到微孔板；所得微孔板孔径大小为0.15μm，孔隙率为35%；
⑥步骤六：将①步骤一所得的复合板材与5层⑤步骤五所得的微孔板通过胶黏剂粘合成型得到该轻型防弹装甲。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种轻型防弹装甲，其特征在于：该防弹装甲包括四个部分，第一部分和第三部分均为弹性体层（1），第二部分为陶瓷层（2），第四部分为微孔板层（3）；
第一部分和第三部分的弹性体层（1）为弹性体树脂，该弹性体树脂厚度为1-15mm；
第二部分的陶瓷层（2）为防弹陶瓷，该防弹陶瓷为一层或者多层的组合；
第四部分的微孔板层（3）为使用复合材料制成的微孔板，复合材料为经过石墨烯改性的超高分子量聚乙烯材料制成，其中，石墨烯为经过烷烃链接枝改性的氧化石墨烯,石墨烯占超高分子量聚乙烯的质量百分数为0.5%-10%；超高分子量聚乙烯的重均分子量为1×105-1×106,该微孔板为单层或者多层的组合，多层的各层之间通过胶黏剂粘结，该微孔板的单层单元结构为使用复合材料制成的板状结构，板状结构上有微孔，微孔板的孔径大小为0.15μm，孔隙率为35%；
所述轻型防弹装甲的第一部分和第三部分通过喷涂的方式施加于第二部分之上，并通过胶接的方式与第四部分连接。
2.根据权利要求1所述的轻型防弹装甲，其特征在于：微孔板为5层3mm厚的微孔板胶接所得。
3.根据权利要求1所述的轻型防弹装甲，其特征在于：所述弹性体树脂为聚氨酯树脂或者聚脲树脂。
4.根据权利要求1所述的轻型防弹装甲，其特征在于：所述防弹陶瓷为Al2O3 、SiC 或B4C中的一种或者几种。
5.一种如权利要求1所述的微孔板的制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一：将经过烷烃链接枝改性的氧化石墨烯，分散在石蜡油中，并通过高速搅拌使其均匀分散；
步骤二：在步骤一的混合液中加入超高分子量聚乙烯得混合物，搅拌均匀后，将混合物加热到80-120℃，并在此温度下持续搅拌3-8小时，待超高分子量聚乙烯在石蜡油中充分溶胀后，将混合物加入挤出机中挤出熔体，所述混合物中固体与石蜡油的质量比为1:1-1:5；
步骤三：将挤出的熔体送入双向拉伸机，在100-140℃下进行双向同步拉伸或者分步拉伸，拉伸倍率为2-20，得到厚度为0.5-10mm的片材；
步骤四：使用汽油或者四氯化碳为萃取剂萃取除掉片材中的石蜡油，得到微孔板。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于：在步骤二中，混合物中的固体为石墨烯和超高分子量聚乙烯,在步骤四中, 使用汽油为萃取剂萃取除掉片材中的石蜡油，得到微孔板。
7.一种如权利要求1所述的轻型防弹装甲的制作方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
①步骤一：选择厚度为一层或者多层的防弹陶瓷层，在陶瓷板两面喷涂弹性体树脂，喷涂厚度为1-15mm，即获得复合板材；
②步骤二：将经过烷烃链接枝改性的氧化石墨烯，分散在石蜡油中，并通过高速搅拌使其均匀分散；
③步骤三：在②步骤二的混合液中加入超高分子量聚乙烯得混合物，搅拌均匀后，将混合物加热到80-120℃，并在此温度下持续搅拌3-8小时，待超高分子量聚乙烯在石蜡油中充分溶胀后，将混合物加入挤出机中挤出熔体，所述混合物中固体与石蜡油的质量比为1:1-1:5，其中超高分子量聚乙烯的重均分子量为1×105-1×106；
④步骤四：将挤出的熔体送入双向拉伸机，在100-140℃下进行双向同步拉伸或者分步拉伸，拉伸倍率为2-20，得到厚度为0.5-10mm的片材；
⑤步骤五：使用汽油或者四氯化碳为萃取剂萃取除掉片材中的石蜡油，得到微孔板；
⑥步骤六：将①步骤一所得的复合板材与1层或者多层⑤步骤五所得的微孔板通过胶黏剂粘合成型得到轻型防弹装甲。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于：所述①步骤一中防弹陶瓷层为厚度为13mm 的B4C防弹陶瓷，弹性体树脂为聚脲弹性体LineX且喷涂厚度为5mm；所述③步骤三中在混合液中加入超高分子量聚乙烯得混合物，搅拌均匀后，将混合物加热到100℃，并在此温度下持续搅拌6小时，待超高分子量聚乙烯在石蜡油中充分溶胀后，将混合物加入挤出机中挤出熔体，所述混合物中三者的质量比为：石墨烯：超高分子量聚乙烯：石蜡油=1:19：80，其中超高分子量聚乙烯的重均分子量为8.7×105；所述④步骤四中将挤出的熔体送入双向拉伸机，在120℃下进行双向同步拉伸，拉伸倍率为5，得到厚度为3mm的片材；所述⑤步骤五中使用汽油为萃取剂萃取除掉片材中的石蜡油，得到微孔板，所得微孔板孔径大小为0.15μm，孔隙率为35%；所述⑥步骤六中将①步骤一所得的复合板材与5层⑤步骤五所得的微孔板通过胶黏剂粘合成型得到轻型防弹装甲。
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