CN104848746B - 一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板及其制备方法 - Google Patents
一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104848746B CN104848746B CN201510199761.9A CN201510199761A CN104848746B CN 104848746 B CN104848746 B CN 104848746B CN 201510199761 A CN201510199761 A CN 201510199761A CN 104848746 B CN104848746 B CN 104848746B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- assorted fibre
- fiber
- fibre
- fabric
- resin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 181
- 239000004744 fabric Substances 0.000 title claims abstract description 94
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000009941 weaving Methods 0.000 claims abstract description 31
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 claims abstract description 29
- 210000004177 elastic tissue Anatomy 0.000 claims abstract description 16
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 238000009954 braiding Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 claims description 48
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 claims description 48
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 36
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 36
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 claims description 19
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 18
- 229920002748 Basalt fiber Polymers 0.000 claims description 12
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 12
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 12
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical group C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 6
- -1 wherein Polymers 0.000 claims description 6
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims description 5
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims description 5
- KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 2-methoxy-6-methylphenol Chemical compound [CH]OC1=CC=CC([CH])=C1O KXGFMDJXCMQABM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 claims description 3
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 claims description 3
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 claims description 3
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 claims description 3
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 claims description 3
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004734 Polyphenylene sulfide Substances 0.000 claims description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 2
- 229920000069 polyphenylene sulfide Polymers 0.000 claims description 2
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 19
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 abstract description 5
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 abstract description 5
- 235000021197 fiber intake Nutrition 0.000 abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 abstract 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 abstract 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 abstract 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000009958 sewing Methods 0.000 description 4
- 230000008676 import Effects 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000009975 flexible effect Effects 0.000 description 2
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- PFRGGOIBYLYVKM-UHFFFAOYSA-N 15alpha-hydroxylup-20(29)-en-3-one Natural products CC(=C)C1CCC2(C)CC(O)C3(C)C(CCC4C5(C)CCC(=O)C(C)(C)C5CCC34C)C12 PFRGGOIBYLYVKM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SOKRNBGSNZXYIO-UHFFFAOYSA-N Resinone Natural products CC(=C)C1CCC2(C)C(O)CC3(C)C(CCC4C5(C)CCC(=O)C(C)(C)C5CCC34C)C12 SOKRNBGSNZXYIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009943 combination knitting Methods 0.000 description 1
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 238000013467 fragmentation Methods 0.000 description 1
- 238000006062 fragmentation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920006253 high performance fiber Polymers 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Woven Fabrics (AREA)
- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
本发明涉及一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板及其制备方法，包括位于前部的混杂纤维迎弹面弹性织物层、位于中间的混杂纤维中间弹性织物层、位于后部的混杂纤维背弹面弹性织物层、沿所述防弹插板厚度方向的混杂纤维弹性织物整体缝编结构。由混杂组合编织制成“二维/单向/三维”立体编织结构，通过不同部位纤维用量调整使织物整体具备一定弹性延伸率，同时配合真空导入技术将热塑/热固复合树脂均匀浸渍形成弹性织物体预浸织物，利用该预浸织物较大的弹性变形特性，采用快速热冲压工艺配合快速冷却系统，将预浸织物一次成型为固定曲率的防弹插板，整个成型过程时间短，可实现高效率生产。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板及其制备方法。
背景技术
在世界和平发展的大背景下，各个国家内部的局部暴乱和恐怖袭击成为目前枪击威胁出现的主要环境，面对这种小范围、小规模的暴乱袭击事件，军用或警用的防弹插板制品应用要求也开始有了方向性转变，逐步由大规模战争环境下对爆炸物破片的防御功能转为轻型枪械少数袭击条件下对不同类型弹丸的防护功能。因此，防弹插板制品的防护重点是手枪、微型冲锋枪或半自动步枪等轻型武器，防护特性不仅要求有效抵制弹丸侵彻，而且要尽可能减小材料变形以减轻对人体的冲击伤害，同时更重要的是减轻防弹插板的重量以提高小规模枪击事件下单兵或单警的作战灵活机动性。
从20世纪70年代以来，高性能纤维增强的复合材料在防弹防爆领域得到不断应用，随着高级纤维研究的不断深入，纤维的力学综合特性不断升级，出现了以轻质、高强、高刚度的复合材料防弹防护制品为主导的新局面，以UHMWPE纤维复合材料、芳纶纤维复合材料、PBO纤维复合材料为典型材质，其中UHMWPE纤维复合材料在防弹防护领域的综合特性(低密度、高韧性、高强度)最佳。
超高分子量聚乙烯纤维(平均分子量在100万以上的聚乙烯纺制而成)是继芳纶纤维后出现的另一种高强度纤维，其密度低、韧性强、耐腐蚀性好、分子结构取向度高，比芳纶纤维具有更优异的防弹特性，但是UHMWPE纤维自身也有不可避免的缺点，其熔点低、高温环境力学性能差，用到防弹插板上会引起背弹面较大的鼓包问题，所以单纯UHMWPE纤维复合材料防弹插板的防弹性能仍需提高，此外目前UHMWPE复合材料防弹插板的制备仍采用传统的热模压成型技术，整个成型过程耗时一般在1.5-3小时左右，温度一般在50-140℃范围内，在长时间且接近UHMWPE纤维熔点的工艺条件下进行制品成型，不可避免会引起纤维力学强度的降低，因此直接影响防弹插板制品的防护水平。
发明内容
本发明的目的是制备一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板及其制备方法，其中涉及混杂纤维弹性预浸织物的制备以及基于该弹性预浸织物的防弹插板的热冲压新型快速成型制备方法，能够得到一种重量轻、防弹背凸低、高低温环境形状稳定的混杂纤维复合防弹插板，可为军用、警用等各种领域提供高质量防弹插板材料。
本发明采取的技术方案为：
一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板，包括立体编织结构和浸渍在所述立体编织结构上的树脂结构，其中，所述立体编织结构包括位于前部的混杂纤维迎弹面弹性织物层、位于中部的混杂纤维中间弹性织物层、位于后部的混杂纤维背弹面弹性织物层以及沿所述防弹插板厚度方向的混杂纤维弹性织物整体缝编结构。
优选的，所述混杂纤维迎弹面弹性织物层为混杂纤维编织的二维结构以叠层方式排布而成，所述叠层的厚度为2-7mm。
优选的，所述二维结构为平纹、斜纹、缎纹中的任意一种或多种的组合结构。
优选的，所述混杂纤维中间弹性织物层以单向纤维叠层排布而成，所述叠层厚度为5-10mm。
优选的，所述单向纤维采用0°、±30°、±45°、±60°或90°的任意组合的多轴向排布方式。
优选的，所述混杂纤维背弹面弹性织物层为三维结构，所述三维结构的厚度为4-8mm。
优选的，所述三维结构为三维四向、三维五向或三维六向中的任意一种。
一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板的制备方法，包括如下步骤：
(1)对混杂纤维迎弹面弹性织物层、混杂纤维中间弹性织物层以及混杂纤维背弹面弹性织物层分别编织成型，然后将所述三个织物层从前往后依次排好，进行整体缝合，形成立体编织结构；
(2)在真空度为-0.6至-1.0MPa的条件下对所述立体编织结构浸渍树脂，得到含胶量为10-40％的预浸织物；将预浸织物在20-80℃真空烘箱中干燥1-1.5小时；
(3)将烘干的预浸织物进行热冲压一体成型，得到制件，冲压温度为60-140℃，作用在预浸织物上的压强为5-25MPa，冲压时间为2-20分钟；冲压结束后，在10分钟以内将冲压模具和制件的温度降低至室温。
优选的，所述混杂纤维迎弹面弹性织物层采用芳纶纤维和玄武岩纤维中的一种或两种与UHMWPE纤维混杂编织而成，其中，UHMWPE纤维的用量为50-60％，芳纶纤维和玄武岩纤维的总量为40-50％，以上百分比为质量分数。
优选的，所述混杂纤维中间弹性织物层采用芳纶纤维和PBO纤维中的一种或两种与UHMWPE纤维混杂编织而成，其中，UHMWPE纤维的用量为70-100％，芳纶纤维和PBO纤维的总量为0-30％，以上百分比为质量分数。
优选的，混杂纤维背弹面弹性织物层采用配合碳纤维和玄武岩纤维中的一种或两种与UHMWPE纤维混杂编织而成，其中，UHMWPE纤维的用量为40-50％，碳纤维和玄武岩纤维的总量为50-60％，以上百分比为质量分数。
优选的，所述缝合纤维为UHMWPE纤维，缝合用纤维的用量占立体编织结构整体纤维的10-20％。
优选的，所述树脂为热塑性/热固性复配树脂，其中，热塑性树脂为聚氨酯树脂、聚乙烯树脂、尼龙树脂以及聚苯硫醚树脂等一种或多种，热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂中的一种或两种。
整体织物的弹性延伸率在40-200％之间可调。
本发明的有益效果是：
(1)采用“二维/单向/三维”组合编织工艺，其中混杂纤维迎弹面弹性织物层可有效抵抗弹丸贯穿，促使弹丸头部变形；混杂纤维中间弹性织物层可高效吸收弹丸侵彻冲击能量；混杂纤维背弹面弹性织物层可有效兜住最终侵彻的弹丸，同时三维结构可有效减少分层，混杂纤维可减小背弹面的背凸问题。通过不同部位纤维用量调整使立体编织结构整体具备一定弹性延伸率，纤维用量根据防弹级别而灵活选定，可有效适应快速热冲压成型技术。
(2)利用混杂纤维预浸弹性织物的高延伸率，采用恒定温度快速热冲压技术，通过大型液压设备结合冲压模具在较短时间内快速将预浸织物高压冲制成固定曲率要求的防弹插板产品，整个成型过程时间短，配合快速冷却系统可实现高效率生产。
附图说明
图1为混杂纤维弹性预浸织物的结构示意图；
图2为基于混杂纤维弹性预浸织物的热冲压快速成型装备示意图，
其中，1、混杂纤维迎弹面弹性织物层，2、混杂纤维中间弹性织物层，3、混杂纤维背弹面弹性织物层，4、混杂纤维弹性织物整体缝编结构，5、液压设备，6、冲压模具；7、模具升温系统，8、模具快速冷却系统，9、制件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
由图1可知，一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板，包括立体编织结构和浸渍在所述立体编织结构上的树脂结构，其中，所述立体编织结构包括位于前部的混杂纤维迎弹面弹性织物层1、位于中部的混杂纤维中间弹性织物层2、位于后部的混杂纤维背弹面弹性织物层3以及沿所述防弹插板厚度方向的混杂纤维弹性织物整体缝编结构4。
所述混杂纤维迎弹面弹性织物层1为混杂纤维编织的二维结构以叠层方式排布而成，二维结构为平纹、斜纹、缎纹中的任意一种或多种的组合结构，所述叠层的厚度为2-7mm。
所述混杂纤维中间弹性织物层以单向纤维叠层排布而成，单向纤维采用0°、±30°、±45°、±60°和90°多轴向排布，所述叠层厚度为5-10mm。
所述混杂纤维背弹面弹性织物层为三维结构，三维结构为三维四向、三维五向或三维六向中的任意一种，所述三维结构的厚度为4-8mm。
实施例1
混杂纤维迎弹面弹性织物层1的制备：以UHMWPE纤维为主体纤维，UHMWPE纤维比例为50％；采用芳纶纤维与UHMWPE纤维混杂，芳纶纤维混杂比例为50％。将上述混杂纤维采用平纹结构二维编织，二维编织体以叠层方式排布，叠层厚度为7mm。
混杂纤维中间弹性织物层2的制备：采用UHMWPE纤维为基本材质，其比例为70％，混杂配合芳纶纤维，混杂比例在30％，采用单向纤维叠层排布制备中间弹性织物层，单向纤维采用0°、±45°和90°多轴向排布，叠层厚度在6mm。
混杂纤维背弹面弹性织物层3的制备：采用UHMWPE纤维为主体纤维，碳纤维为混杂纤维制备背弹面三维弹性织物层，其中UHMWPE纤维的用量为40％，碳纤维比例为60％，采用三维四向立体编织工艺将上述两种纤维混杂编织，背弹面织物层厚度为7mm。
采用立体缝编技术，将迎弹面、中间层、背弹面织物叠合，沿着Z轴向采用UHMWPE纤维进行以上三种部位不同结构织物的整体缝合，缝合用纤维的用量占立体编织结构整体纤维的15％，整体织物弹性延伸率为100％。
将缝合后的立体编织结构置于真空袋囊中，采用热塑性/热固性复配树脂为基体，热塑性树脂选用聚氨酯树脂，热固性树脂选择环氧树脂，二者用量比例为2:1。利用真空导入技术将树脂胶液浸渍该立体编织结构，整个浸渍过程保持真空度在-0.6MPa，浸渍树脂含胶量在35％。将浸渍完毕的预浸织物体于40℃真空烘箱中干燥1.5小时备用，整体预浸织物的长度在320mm，宽度在270mm，厚度为20mm。
如图2所示，采用以上制备预浸织物，将其铺敷于液压设备5的冲压模具6内，通过冲压模具6的张力系统将预浸织物张紧固定，启动模具升温系统7，将冲压模具6温度升至80℃；启动压机在张紧的织物表面施加冲压力，作用在预浸织物上的压强在10MPa，整个冲压过程保证恒定模具温度，整个冲压时间为10分钟，得到制件9。冲压结束后启动模具快速冷却系统8，在5分钟内将冲压模具6及制件温度降低至20℃后，取出制件9，制备的防弹插板面密度为20kg/m2。
实施例2
混杂纤维迎弹面弹性织物层1的制备：以UHMWPE纤维为主体纤维，UHMWPE纤维比例为60％；采用玄武岩纤维与UHMWPE纤维混杂，玄武岩纤维混杂比例为40％。将上述混杂纤维采用斜纹结构二维编织，二维编织体以叠层方式排布，叠层厚度为6mm。
混杂纤维中间弹性织物层2的制备：采用UHMWPE纤维为材质，采用单向纤维叠层排布制备中间弹性织物层，单向纤维采用0°和90°正交排布方式，叠层厚度在8mm。
混杂纤维背弹面弹性织物层3的制备：采用UHMWPE纤维为主体纤维，碳纤维为混杂纤维制备背弹面三维弹性织物层，其中UHMWPE纤维的用量为45％，碳纤维比例为55％，采用三维四向立体编织工艺将上述两种纤维混杂编织，背弹面织物层厚度为4mm。
采用立体缝编技术，将迎弹面、中间层、背弹面织物叠合，沿着Z轴向采用UHMWPE纤维进行以上三种部位不同结构织物的整体缝合，缝合用纤维的用量占立体编织结构的整体纤维的16％，立体编织结构的弹性延伸率为150％。
将缝合后的立体编织结构置于真空袋囊中，采用热塑性/热固性复配树脂为基体，热塑性树脂选用聚乙烯树脂，热固性树脂选择酚醛树脂，二者用量比例为3:1。利用真空导入技术将树脂胶液浸渍该弹性织物，整个浸渍过程保持真空度在-0.8MPa，浸渍树脂含胶量在30％。将浸渍完毕的弹性预浸织物体于60℃真空烘箱中干燥1小时备用，整体弹性预浸织物的长度在330mm，宽度在280mm，厚度为18mm。
如图2所示，采用以上制备预浸织物，将其铺敷于液压设备5的冲压模具6内，通过冲压模具6的张力系统将预浸织物张紧固定，启动模具升温系统7，将冲压模具6温度升至110℃；启动压机在张紧的织物表面施加冲压力，作用在预浸织物上的压强在8MPa，整个冲压过程保证恒定模具温度，整个冲压时间为5分钟，得到制件9。冲压结束后启动模具快速冷却系统8，在3分钟内将冲压模具6及制件温度降低至30℃后，取出制件9，制备的防弹插板面密度为18kg/m2。
实施例3
混杂纤维迎弹面弹性织物层1的制备：以UHMWPE纤维为主体纤维，UHMWPE纤维比例为55％；采用芳纶纤维和玄武岩纤维与UHMWPE纤维混杂，芳纶纤维与玄武岩纤维之间比例为1:1，二者总用量为45％。将上述混杂纤维采用平纹结构和斜纹结构进行二维编织，两种织物结构比例为1:1，二维编织体以叠层方式排布，叠层厚度为4mm。
混杂纤维中间弹性织物层2的制备：采用UHMWPE纤维为基本材质，其比例为75％，配合混杂芳纶纤维和PBO纤维，二者比例为1：1，混杂纤维总体比例在25％，采用单向纤维叠层排布制备中间弹性织物层，单向纤维采用0°、±30°、±45°和90°多轴向排布，叠层厚度在10mm。
混杂纤维背弹面弹性织物层3的制备：采用UHMWPE纤维为主体纤维，碳纤维为混杂纤维制备背弹面三维弹性织物层，其中UHMWPE纤维的用量为50％，碳纤维比例为50％，采用三维五向立体编织工艺将上述两种纤维混杂编织，背弹面织物层厚度为2mm。
采用立体缝编技术，将迎弹面、中间层、背弹面织物叠合，沿着Z轴向采用UHMWPE纤维进行以上三种部位不同结构织物的整体缝合，缝合用纤维的用量占立体编织结构整体纤维的20％，整体织物弹性延伸率为120％。
将缝合后的立体编织结构置于真空袋囊中，采用热塑性/热固性复配树脂为基体，热塑性树脂选用尼龙树脂，热固性树脂选择环氧树脂，二者用量比例为1:1。利用真空导入技术将树脂胶液浸渍该弹性织物，整个浸渍过程保持真空度在-0.7MPa，浸渍树脂含胶量在30％。将浸渍完毕的预浸织物体于50℃真空烘箱中干燥1小时备用，预浸织物的长度在325mm，宽度在275mm，厚度为16mm。
如图2所示，采用以上制备预浸织物，将其铺敷于液压设备5的冲压模具6内，通过冲压模具6的张力系统将预浸织物张紧固定，启动模具升温系统7，将冲压模具6温度升至115℃；启动压机在张紧的织物表面施加冲压力，作用在预浸织物上的压强在7.5MPa，整个冲压过程保证恒定模具温度，整个冲压时间为6分钟，得到制件9。冲压结束后启动模具快速冷却系统8，在5分钟内将冲压模具6及制件温度降低至30℃后，取出制件9，制备的防弹插板面密度为16kg/m2。
实施例4
混杂纤维迎弹面弹性织物层1的制备：以UHMWPE纤维为主体纤维，UHMWPE纤维比例为60％；采用芳纶纤维和玄武岩纤维与UHMWPE纤维混杂，芳纶纤维与玄武岩纤维之间比例为2:1，二者总用量为40％。将上述混杂纤维采用平纹结构和斜纹结构进行二维编织，两种织物结构比例为3:1，二维编织体以叠层方式排布，叠层厚度为5mm。
混杂纤维中间弹性织物层2的制备：：采用UHMWPE纤维为基本材质，其比例为70％，配合混杂芳纶纤维和PBO纤维，二者比例为1:1，混杂纤维总体比例在30％，采用单向纤维叠层排布制备中间弹性织物层，单向纤维采用0°、±30°、±60°和90°多轴向排布，叠层厚度在8mm。
混杂纤维背弹面弹性织物层3的制备：采用UHMWPE纤维为主体纤维，碳纤维为混杂纤维制备背弹面三维弹性织物层，其中UHMWPE纤维的用量为55％，碳纤维比例为45％，采用三维六向立体编织工艺将上述两种纤维混杂编织，背弹面织物层厚度为4mm。
采用立体缝编技术，将迎弹面、中间层、背弹面织物叠合，沿着Z轴向采用UHMWPE纤维进行以上三种部位不同结构织物的整体缝合，得到立体编织结构，缝合用纤维的用量占立体编织结构的整体纤维的18％，整体织物弹性延伸率为110％。
将缝合后的立体编织结构置于真空袋囊中，采用热塑性/热固性复配树脂为基体，热塑性树脂选用聚乙烯树脂，热固性树脂选择环氧树脂，二者用量比例为2:1。利用真空导入技术将树脂胶液浸渍该弹性织物，整个浸渍过程保持真空度在-0.6MPa，浸渍树脂含胶量在35％。将浸渍完毕的预浸织物体于70℃真空烘箱中干燥1小时备用，整体预浸织物的长度在330mm，宽度在280mm，厚度为17mm。
如图2所示，采用以上制备预浸织物，将其铺敷于液压设备5的冲压模具6内，通过冲压模具6的张力系统将预浸织物张紧固定，启动模具升温系统7，将冲压模具6温度升至125℃；启动压机在张紧的织物表面施加冲压力，作用在预浸织物上的压强在10MPa，整个冲压过程保证恒定模具温度，整个冲压时间为6分钟，得到制件9。冲压结束后启动模具快速冷却系统8，在3分钟内将冲压模具6及制件温度降低至40℃后，取出制件9，制备的防弹插板面密度为17kg/m2。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板的制备方法，包括如下步骤：
(1)对混杂纤维迎弹面弹性织物层、混杂纤维中间弹性织物层以及混杂纤维背弹面弹性织物层分别编织成型，然后将所述三个织物层从前往后依次排好，进行整体缝合，形成立体编织结构；
(2)在真空度为-0.6至-1.0MPa的条件下对所述立体编织结构浸渍树脂，得到含胶量为10-40％的预浸织物；将预浸织物在20-40℃真空烘箱中干燥1-1.5小时；
(3)将烘干的预浸织物进行热冲压一体成型，得到制件，冲压温度为60-140℃，作用在预浸织物上的压强为5-25MPa，冲压时间为2-20分钟；冲压结束后，在10分钟以内将冲压模具和制件的温度降低至室温。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述混杂纤维迎弹面弹性织物层采用芳纶纤维和玄武岩纤维中的一种或两种与UHMWPE纤维混杂编织而成，其中，UHMWPE纤维的质量百分比为50-60％，芳纶纤维和玄武岩纤维总量的质量百分比为40-50％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述混杂纤维中间弹性织物层采用芳纶纤维和PBO纤维中的一种或两种与UHMWPE纤维混杂编织而成，其中，UHMWPE纤维的质量百分比为70-100％，芳纶纤维和PBO纤维总量的质量百分比为0-30％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：混杂纤维背弹面弹性织物层采用配合碳纤维和玄武岩纤维中的一种或两种与UHMWPE纤维混杂编织而成，其中，UHMWPE纤维的质量百分比为40-50％，碳纤维和玄武岩纤维总量的质量百分比为50-60％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：缝合用纤维为UHMWPE纤维，缝合用纤维的用量占立体编织结构整体纤维的10-20％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的树脂为热塑性/热固性复配树脂，其中，热塑性树脂为聚氨酯树脂、聚乙烯树脂、尼龙树脂以及聚苯硫醚树脂中的一种或多种，热固性树脂为环氧树脂、酚醛树脂中的一种或两种。
7.权利要求1-6任一所述制备方法制备的混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板，其特征在于：包括立体编织结构和浸渍在所述立体编织结构上的树脂结构，其中，所述立体编织结构包括位于前部的混杂纤维迎弹面弹性织物层、位于中间的混杂纤维中间弹性织物层、位于后部的混杂纤维背弹面弹性织物层以及沿所述防弹插板厚度方向的混杂纤维弹性织物整体缝编结构。
8.根据权利要求7所述的防弹插板，其特征在于：所述混杂纤维迎弹面弹性织物层为混杂纤维编织的二维结构以叠层方式排布而成，所述叠层的厚度为2-7mm，所述二维结构为平纹、斜纹、缎纹中的任意一种或多种的组合结构。
9.根据权利要求7所述的防弹插板，其特征在于：所述混杂纤维中间弹性织物层以单向纤维叠层排布而成，所述叠层厚度为5-10mm，所述单向纤维采用0°、±30°、±45°、±60°或90°的任意组合的多轴向排布方式。
10.根据权利要求7所述的防弹插板，其特征在于：所述混杂纤维背弹面弹性织物层为三维结构，三维结构的厚度为4-8mm，所述三维结构为三维四向、三维五向或三维六向中的任意一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510199761.9A CN104848746B (zh) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | 一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510199761.9A CN104848746B (zh) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | 一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104848746A CN104848746A (zh) | 2015-08-19 |
| CN104848746B true CN104848746B (zh) | 2016-08-24 |
Family
ID=53848576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510199761.9A Active CN104848746B (zh) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | 一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104848746B (zh) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105082572A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-11-25 | 浙江理工大学 | 一种高性能纤维增强硬质防弹复合材料的制备方法 |
| CN105949764A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-09-21 | 苏州高甲防护科技有限公司 | 一种防弹插板及制备方法 |
| WO2018002229A1 (en) * | 2016-07-01 | 2018-01-04 | Dsm Ip Assets B.V. | Multilayer hybrid composite |
| CN108151588A (zh) * | 2018-02-01 | 2018-06-12 | 山东中恒景新碳纤维科技发展有限公司 | 一种蜂窝阻隔结构防弹插板及其制备方法 |
| CN108973161B (zh) * | 2018-06-22 | 2021-04-30 | 朱波 | 一种碳纤维复合材料假肢用热塑性预浸布及假肢部件的制备方法 |
| CN108859304B (zh) * | 2018-07-20 | 2024-10-11 | 山东大学 | 一种拉挤成型复合板材 |
| CN111349312B (zh) * | 2018-12-24 | 2024-03-15 | 湖南莱科新材料科技有限公司 | 一种三维网络结构的纤维增强结构泡沫材料 |
| CN111703088B (zh) * | 2020-06-24 | 2022-05-10 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种破片收敛型防弹复合材料的制备方法 |
| CN114963875B (zh) * | 2022-05-20 | 2023-06-13 | 江南大学 | 一种基于展宽uhmwpe纤维非均质结构防弹板及制备方法 |
| CN115979066B (zh) * | 2022-12-16 | 2025-06-03 | 中航装甲科技有限公司 | 一种轻质高效防弹防刺复合装甲及其制备方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6737368B2 (en) * | 2001-12-19 | 2004-05-18 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Multiple threat penetration resistant articles |
| US7972679B1 (en) * | 2007-07-30 | 2011-07-05 | Bae Systems Tensylon H.P.M., Inc. | Ballistic-resistant article including one or more layers of cross-plied uhmwpe tape in combination with cross-plied fibers |
| US20110239851A1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-10-06 | Jeff Mason | Ballistic structural insulated panel |
| FR2977933B1 (fr) * | 2011-07-11 | 2015-01-16 | Von Roll Isola France | Materiau composite stratifie pour protection balistique |
| CN103660456B (zh) * | 2013-12-30 | 2017-01-25 | 浙江理工大学 | 一种抗高速冲击复合材料 |
| CN104215130B (zh) * | 2014-09-16 | 2016-01-20 | 山东大学 | 一种多功能复合材料防弹板及其制备方法 |
-
2015
- 2015-04-23 CN CN201510199761.9A patent/CN104848746B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104848746A (zh) | 2015-08-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104848746B (zh) | 一种混杂纤维弹性织物复合材料防弹插板及其制备方法 | |
| CN104677194B (zh) | 一种模块化多维复合防弹板及其制备方法 | |
| CN104215130B (zh) | 一种多功能复合材料防弹板及其制备方法 | |
| US10448695B2 (en) | Ballistic helmets and method of manufacture thereof | |
| US8887312B2 (en) | Helmets comprising ceramic for protection against high energy fragments and rifle bullets | |
| CN104949581B (zh) | 一种陶瓷复合材料防弹胸插板及其制备方法 | |
| FI85120B (fi) | Skottsaekert laminat. | |
| KR100831311B1 (ko) | 스티칭 후 수지주입 액상성형법을 이용한 복합재 이탈피의보강 제조방법 | |
| CN102501491B (zh) | 聚乙烯复合防弹板及其制备方法 | |
| US20100098929A1 (en) | Impact resistant composite material | |
| Walsh et al. | The development of a hybrid thermoplastic ballistic material with application to helmets | |
| CN105333772A (zh) | 一种复合结构防弹防暴板及其制备方法 | |
| CN103600536B (zh) | 一种用于防弹头盔的复合材料及其制备方法 | |
| US20140115745A1 (en) | Metal Reinforced Ballistic Helmet | |
| CN102620606A (zh) | 一种软质防弹板 | |
| CN104669725A (zh) | 一种混杂纤维多维复合防弹胸插板及其制备方法 | |
| CN104930917A (zh) | 一种多曲面陶瓷复合防弹插板及其制备工艺 | |
| Folgar | Thermoplastic matrix combat helmet with carbon-epoxy skin for ballistic performance | |
| CN114963874B (zh) | 一种复合防弹插板及其制备方法 | |
| CN109795132A (zh) | 一种防弹头盔的制备方法 | |
| CN107825957A (zh) | 一种军用防弹防护油箱壳体及其制备方法 | |
| CN104154819B (zh) | 聚乙烯复合防弹头盔 | |
| CN107475887A (zh) | 一种三维编织复合材料防弹头盔及其制备方法 | |
| CN204854481U (zh) | 一种陶瓷复合材料防弹胸插板 | |
| Fonseca et al. | Development of Kevlar composites for ballistic application |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220323 Address after: 251100 Room 305, 3 / F, block a, Zhongguancun Science and Technology City, Qilu high tech Development Zone, Qihe County, Dezhou City, Shandong Province Patentee after: Shandong Guangyuan new material technology Co.,Ltd. Address before: 102200 No. 2222, building 2, No. 7, Chuangxin Road, science and Technology Park, Changping District, Beijing Patentee before: BEIJING QINDA YUANZHI NEW MATERIAL TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220712 Address after: 250200 Zaoyuan street, Zhangqiu District, Jinan City, Shandong Province, light truck North Road South, light truck East Road East, China Railway 14th Bureau North Patentee after: Jinan Yongxin New Material Technology Co.,Ltd. Address before: 251100 Room 305, 3 / F, block a, Zhongguancun Science and Technology City, Qilu high tech Development Zone, Qihe County, Dezhou City, Shandong Province Patentee before: Shandong Guangyuan new material technology Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230627 Address after: 251100 Room 305, 3 / F, block a, Zhongguancun Science and Technology City, Qilu high tech Development Zone, Qihe County, Dezhou City, Shandong Province Patentee after: Shandong Guangyuan new material technology Co.,Ltd. Address before: 250200 Zaoyuan street, Zhangqiu District, Jinan City, Shandong Province, light truck North Road South, light truck East Road East, China Railway 14th Bureau North Patentee before: Jinan Yongxin New Material Technology Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right |