環保、輕便的阻燃防彈板的製作方法

2023-05-31 19:03:01 2

本實用新型涉及防護裝備領域，具體涉及一種環保、輕便、阻燃性能突出的防彈板。
背景技術：
：傳統的裝甲或防彈材料為合金鋼和無機玻璃，但因其較為笨重，特別是應用於航空裝甲時尤其受限，所以逐漸淡出了主流防彈領域。隨後出現了陶瓷裝甲和芳綸複合材料，其防彈性能優異，應用較廣。但隨著新型材料——超高分子量聚乙烯纖維的出現，防彈製品又呈現了進一步的衍變和分化。目前，業界公認的性能較佳的防彈製品為採用「碳化硼陶瓷面板/超高分子量聚乙烯纖維複合材料背板」結構的防彈板。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維在防彈領域的應用，之所以異軍突起，並且後來居上，是因為UHMWPE纖維不僅是目前高性能纖維中比模量、比強度最高的纖維，而且具有優良的耐磨性、耐衝擊性、耐化學藥品腐蝕性、耐低溫性、較好的耐候性和耐紫外線性能，與碳纖維和芳綸纖維並列為三大高性能纖維。對於防彈製品，主要強調的是強度、模量和抗衝擊性能，所以超高分子量聚乙烯纖維正當其用。但是與此同時，超高分子量聚乙烯纖維也存在其固有缺陷——耐高溫性能較差，更不具備防火阻燃的能力。而在各種應用環境下，武裝裝備不可避免地要面臨高溫炙烤甚至火災等惡劣工況，為了保證防彈裝甲在此種情況下仍然葆有足夠的防護性能，就必須對防彈裝甲中耐高溫和阻燃性能較差的超高分子量聚乙烯纖維防彈板進行耐高溫阻燃處理。對於超高分子量聚乙烯纖維防彈板的耐高溫阻燃處理，目前業界在這方面的專項研究還較少。已有的提高防彈板阻燃性能的方法為在製備防彈板的聚乙烯纖維中添加阻燃劑，或在浸漬防彈板的樹脂溶液中添加阻燃劑，儘管這樣可以獲得較好的阻燃效果，但不可避免地會造成防彈板的力學性能下降，所以並不可取。公開號為CN101336360A的現有技術將炭化阻燃劑與粘合劑共混複合後，塗敷於超高分子量聚乙烯纖維及單向織物表面，使其固結定型，最後多層疊合併整體熱壓成型為具有阻燃功能的防彈板，這種粘合劑和阻燃劑之間簡單的物理共混，必然會因無機阻燃劑顆粒的引入而增大粘合劑的粘度，進而會提高浸漬織物的含膠量，同時阻燃劑的加入會因空間位阻作用降低粘合劑分子鏈之間的交聯密度，對防彈板的力學性能不利。公開號為CN102501491A的現有技術公開了一種聚乙烯複合防彈板，其首先將多層浸漬了阻燃環氧樹脂的織物通過熱模壓形成具有阻燃功能的薄板，同時把預定厚度的聚氨酯泡沫板作為隔熱層，然後把聚氨酯泡沫板和阻燃薄板，通過粘合的方式依次覆蓋於UHMWPE纖維複合材料防彈板的表面，最終構成了整體具有阻燃功能的複合防彈板；這種結構的阻燃防彈板的不足之處在於，阻燃薄板的接縫處為薄弱點，日久老化容易開裂。公開號為CN104567553A和CN204404908U的現有技術使用玻纖布和無機阻燃材料，互相間隔多層疊敷於UHMWPE防彈板表面，通過熱模壓整體成型為具有阻燃隔熱功能的防彈板；公開號為CN204388709U的現有技術進一步使用玻纖布和無機阻燃材料，互相間隔多層疊敷於防彈板最外層表面以及隔熱層/緩衝層/防彈層之間，通過熱模壓整體成型為具有阻燃隔熱功能的防彈板；雖然這種結構的防彈板阻燃隔熱效果較好，但是因玻纖布和無機阻燃材料的使用，帶來的重量增加較多，這與防彈板使用的初衷——輕便不符。此外，防彈板除了需要具有高強度、輕便以及上述的阻燃功能，還必須保證在常溫和高溫條件下，不會產生和釋放有毒揮發物，避免對環境和人員健康造成危害。所以防彈板需要在具備高強度、輕便、阻燃等基本功能的同時，兼具環保特性，這一點在實戰中尤其具有應用價值和使用意義。技術實現要素：針對現有技術中的缺陷，本實用新型提出一種兼具高強度、輕便和阻燃性能，尤其是環保性能突出的防彈板。為實現上述目的，本實用新型是通過以下技術方案實現的：本實用新型提供的阻燃防彈板由內向外包括防彈芯層和膨脹型阻燃塗層；所述防彈芯層的厚度優選為5～50mm，密度優選為0.90～1.10g/cm3；所述膨脹型阻燃塗層的厚度優選為10～250μm，密度優選為0.01～0.35g/cm3。將膨脹型阻燃塗層設於防彈芯層表面組成的防彈板，結構簡單，阻燃塗層不影響防彈芯層的力學性能，塗層與防彈芯層間的結合力使用百格法測試為0～1級，結合緊密，不易出現現有技術中因日久老化開裂而失效的情況；採用膨脹型阻燃塗層，是因為在高溫作業場所或外界發生火災時，產生的熱量促使阻燃塗層轉變為多孔泡沫狀焦炭層，該焦炭層具有隔熱、隔氧、抑煙、避免熔滴的作用，可保護防彈芯層，還可避免防彈芯層和阻燃塗層在受熱時，有毒揮發物的產生，減少對環境和使用者健康的危害；對該防彈板的耐溫性能測試和毒性測試結果表明其的確具有突出的阻燃性能和綠色環保的特性；通過優化阻燃塗層的厚度為10～250μm，密度為0.01～0.35g/cm3，防彈芯層的厚度為5～50mm，密度為0.90～1.10g/cm3，使防彈板的高強度、環保、輕便、高效阻燃等特性更為突出。為進一步優化防彈板的阻燃、環保、強度或輕便等性能，本實用新型還可以採用如下附加技術方案：在本實用新型的進一步實施方式中，所述阻燃防彈板還包括設於所述防彈芯層和所述膨脹型阻燃塗層之間的隔熱層，所述隔熱層與所述防彈芯層通過結構膠粘合。在本實用新型的進一步實施方式中，所述隔熱層的厚度為10～40mm，密度為0.02～0.25g/cm3。在本實用新型的進一步實施方式中，所述隔熱層的材質為發泡EVA、發泡酚醛、發泡聚苯乙烯、巖棉、玻璃棉中的一種。在本實用新型的進一步實施方式中，所述結構膠為聚氨酯膠或環氧膠。在本實用新型的進一步實施方式中，所述防彈芯層由至少兩層呈0°/90°狀交替層疊排列的超高分子量聚乙烯纖維複合單向布在120～135℃、15～25MPa的條件下經1～4h的熱模壓而成；所述超高分子量聚乙烯纖維複合單向布由超高分子量聚乙烯纖維單向布浸漬了粘合劑乳液後經乾燥處理而成；所述粘合劑乳液為水性聚氨酯乳液、水性矽橡膠乳液或線性低密度聚乙烯乳液中的一種。在本實用新型的進一步實施方式中，所述超高分子量聚乙烯纖維複合單向布的面密度為135～170g/m2。在本實用新型的進一步實施方式中，所述膨脹型阻燃塗層由水性防火塗料通過多次輥塗、噴塗或刷塗於隔熱層或防彈芯層表面，形成的積層構成。在本實用新型的進一步實施方式中，所述膨脹型阻燃塗層的質量佔所述阻燃防彈板總質量的0.1％～3％。本實用新型與現有技術相比，具有如下優點：1、兼具高強度、環保、輕便、高效阻燃的特性，適用場所廣泛，實用性更強；2、膨脹型阻燃塗層在防彈板基體(防彈板基體可以僅為防彈芯層，也可以是防彈芯層和隔熱層的複合體)表面全覆蓋，無死角、無遺漏，且阻燃塗層與防彈板基體結合緊密(阻燃塗層與防彈板基體間的結合力使用百格法測試為0～1級)，不易出現脫膠開裂使其失效的情況，使用壽命更長；3、結構簡單，膨脹型阻燃塗層直接塗覆於防彈板基體表面，製備方便，工藝路線短，適合批量化生產，易於產業化。附圖說明為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式中的技術方案，下面將對具體實施方式描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分並不一定按照實際的比例繪製。圖1是本實用新型實施例1的阻燃防彈板的結構示意圖；圖2是本實用新型實施例2的阻燃防彈板的結構示意圖；附圖標記說明：101-防彈芯層；102-隔熱層；103-膨脹型阻燃塗層。具體實施方式下面將結合附圖對本實用新型技術方案的實施例進行詳細的描述，以下實施例僅用於更加清楚地說明本實用新型的技術方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本實用新型的保護範圍。實施例1圖1示出了本實施例提供的阻燃防彈板的結構示意圖，如圖1所示，本實施例提供的阻燃防彈板由內向外包括防彈芯層101和膨脹型阻燃塗層103；防彈芯層101的厚度為40mm，密度為0.96g/cm3，其由270層呈0°/90°狀交替層疊排列的超高分子量聚乙烯纖維複合單向布經熱模壓而成，熱壓溫度為130℃，壓強為20MPa，時間為3h，超高分子量聚乙烯纖維複合單向布的面密度為150g/m2，其由超高分子量聚乙烯單向布浸漬了水性聚氨酯乳液後經乾燥處理而成；膨脹型阻燃塗層103的厚度為180μm，密度為0.28g/cm3，質量佔防彈板總質量的0.7％，其採用建築領域內常用的水性防火塗料噴塗於防彈芯層101表面而成，所用水性防火塗料包括組分A和組分B，組分A具體為：去離子水550g、季戊四醇120g、聚磷酸銨250g、三聚氰胺100g、立德粉36g、焦磷酸鈉6g、磷酸三丁酯3g、水性胺固化劑25g；組分B具體為：水性環氧樹脂乳液250g、聚乙烯醇25g、磷酸三丁酯3g、焦磷酸鈉4g；膨脹型阻燃塗層103的製備方法具體為：將組分A和組分B混合，快速攪拌均勻後，噴塗於UHMWPE纖維複合材料背板(即防彈芯層)的表面，單次噴塗並表幹後繼續噴塗，共噴塗5次，噴塗完畢室溫下靜置24h，隨後進一步於烘箱中70℃下保溫5h，即得到本實施例提供的阻燃防彈板。本實施例的阻燃防彈板是在超高分子量聚乙烯防彈芯層表面塗覆一層膨脹型阻燃塗層，與現有的阻燃型防彈板相比，其既不損失超高分子量聚乙烯纖維防彈芯層本身的力學性能，同時由於阻燃塗層的厚度僅180μm，密度為0.28g/cm3，沒有明顯增加防彈板的體積和重量，使防彈板保持輕便，阻燃塗層與防彈芯層間的結合力使用百格法測試為0～1級，結合緊密，不易出現現有技術中因日久老化開裂而失效的情況；此外，發明人對該阻燃防彈板進行了耐溫性能檢測，檢測如表1所示，從表中可看出，該實施例提供的阻燃防彈板的阻燃性能突出。表1實施例1的阻燃防彈板耐溫性能檢測結果發明人還對該實施例提供的阻燃防彈板進行了常溫毒性、高溫生物毒性和高溫化學毒性檢測，檢測結果分別如表2、3、4所示，從表中可看出，其常溫毒性符合《GJB7497-2012水面艦艇艙室空氣組分容許濃度》和《GBZ2.1-2007工作場所有害因素職業接觸限值化學有害因素》的限值規定；高溫下的生物毒性為通過《GB/T20285-2006材料產煙毒性危險分級》中規定的ZA3級；高溫下的化學毒性符合Adoptionoftheinternationalcodeforapplicationoffiretestprocedures,2010(2010年國際耐火試驗程序應用規則)的限值規定，達到了武器裝備的適裝要求。表2實施例1的阻燃防彈板的常溫釋放物濃度檢測結果(備註：表中「/」為低於儀器檢測靈敏度；「——」為未測定。)表3實施例1的阻燃防彈板的產煙毒性傷害等級性能類別毒性等級檢測標準(高溫生物毒性)材料產煙毒性通過ZA3級GB/T20285-2006表4實施例1的阻燃防彈板的特定模式下產煙時的氣體最大濃度值(備註：DmST——最大煙密度取樣時間，單位秒；ND——未檢出。)實施例2圖2示出了本實施例提供的阻燃防彈板的結構示意圖，如圖2所示，本實施例提供的阻燃防彈板由內向外包括防彈芯層101、隔熱層102和膨脹型阻燃塗層103；防彈芯層101的厚度為30mm，密度為0.96g/cm3，其由200層呈0°/90°狀交替層疊排列的超高分子量聚乙烯纖維複合單向布經熱模壓而成，熱壓溫度為125℃，壓強為20MPa，時間為2.5h，超高分子量聚乙烯纖維複合單向布的面密度為150g/m2，其由超高分子量聚乙烯單向布浸漬了水性矽橡膠乳液後經乾燥處理而成；隔熱層102的厚度為25mm，密度為0.22g/cm3，材質為發泡酚醛，隔熱層102與防彈芯層101之間通過聚氨酯膠粘劑粘合；膨脹型阻燃塗層103的厚度為120μm，密度為0.24g/cm3，其採用建築領域內常用的水性防火塗料噴塗於隔熱層102表面而成，所用水性防火塗料以及塗覆方法與實施例1相同。本實施例提供的阻燃防彈板的耐溫性能測試和毒性測試結果與實施例1相似，阻燃性能突出，且毒性達到相關標準，符合武器裝備的適裝要求，具有較高的實用價值。當然了，本實用新型不僅限於上述兩個實施例，採用其它結構參數的阻燃防彈板仍然能達到相似的環保、輕便、阻燃性能突出的效果，如膨脹型阻燃塗層的厚度可以是10～250μm，其密度可以是0.01～0.35g/cm3，其質量可以佔阻燃防彈板總質量的0.1％～3％；防彈芯層的厚度可以是5～50mm，密度可以是0.90～1.1g/cm3；隔熱層的厚度可以是10～40mm，密度可以是0.02～0.25g/cm3，其材質可以是發泡EVA、發泡酚醛、發泡聚苯乙烯、巖棉、玻璃棉中的至少一種，隔熱層與防彈芯層之間可以通過聚氨酯膠或環氧膠等結構膠粘合；防彈芯層可以是採用至少兩層疊合的超高分子量聚乙烯纖維複合單向布經熱模壓而成，超高分子量聚乙烯纖維複合單向布的面密度可以是135～170g/m2，熱模壓的條件可以是120～135℃、15～25MPa、1～4h；膨脹型阻燃塗層的材質還可以選擇其它常用的水性塗料，如採用如下組分的塗料：去離子水280g、雙季戊四醇180g、聚磷酸銨350g、雙氰胺150g、金紅石型鈦白粉25g、六偏磷酸鈉10g、磷酸三丁酯5g、水性胺固化劑35g、水性環氧樹脂乳液350g、鈉基膨潤土36g、磷酸三丁酯4g、六偏磷酸鈉6g，也可以是如下組分的塗料：去離子水400g、季戊四醇150g、聚磷酸銨300g、雙氰胺120g、煅燒高嶺土45g、三聚磷酸鈉8g、磷酸三丁酯4g、水性胺固化劑30g，繼續研磨分散0.5h、水性環氧樹脂乳液300g、羥乙基纖維素30g、磷酸三丁酯4g、三聚磷酸鈉4g，塗覆方法還可以採用輥塗、刷塗等常規方法。在本說明書的描述中，參考術語「一個實施例」、「一些實施例」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。儘管上面已經示出和描述了本實用新型的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本實用新型的限制，本領域的普通技術人員在本實用新型的範圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp