一種纖維增強防彈複合材料及其製備方法

2023-10-06 05:50:39 5

一種纖維增強防彈複合材料及其製備方法
【專利摘要】一種纖維增強防彈複合材料及其製備方法，本發明通過2.5D纖維織物Z向紗線編織角的優選，使複合材料具有優良的防彈性能，進一步，本發明採用真空輔助工藝製備纖維增強防彈複合材料，有效的提高了生產效率和成型質量，且可實現大尺寸、異型防彈結構的一次成型，纖維增強防彈複合材料可用於不同部位特別是結構複雜部位的抗侵徹防護，具有廣闊的軍事應用前景。
【專利說明】一種纖維增強防彈複合材料及其製備方法
[0001]【【技術領域】】
本發明涉及一種複合材料及其製備方法，尤其涉及一種纖維增強防彈複合材料及其製備方法，具體涉及一種2.5D纖維增強防彈複合材料及其製備方法。
[0002]【【背景技術】】
已知的，較二維織物增強防彈複合材料，三維編織、三維縫合、三維機織、2.5D織物等三維織物增強複合材料具有優異的面內和面外力學性能，優於二維織物的鋪放特性和成型工藝性，且有利於改善生產環境、提高生產效率。目前三維增強織物中，2.5D織物已實現規模化連續生產，成本遠低於其他三維織物。可實現大規模應用，在高性能織物增強防彈複合材料領域具有廣闊的應用前景。
[0003]無論是三維編織、機織織物、縫合織物還是2.5D織物，針對其開展除模壓工藝外的RTM或真空輔助成型工藝研究、發明專利等主要對象是小尺寸、小厚度或高樹脂含量的複合材料，用於進行材料性能(不含防彈性能)的研究分析；其織物增強複合材料的抗衝擊性能也受到廣泛關注，以研究其低速衝擊以及衝擊後的力學性能為主。
[0004]目前針對三維編織、機織織物與傳統二維織物開展了較多的複合材料性能、成型工藝、織物細觀結構等方面的研究，並針對一些三維織物構件申請相關專利。田偉等發表在《材料工程》2007年增刊I卷的《三維整體夾芯機織複合材料的抗衝擊與能量吸收性能》採用常規真空輔助工藝成型了三維整體夾芯機織複合材料板材，並採用落錘衝擊性能試驗將其與典型三維機織複合材料進行初步的抗衝擊性能比較分析。浙江理工大學王靜碩士學位論文《高性能纖維混雜方式與混雜複合材料性能關係的研究》採用真空輔助工藝製備了3D複合材料，鋪層順序由下而上依次是:玻璃模具-脫模紙-三維機織物-脫模紙-導流布-引流管-樹脂導入管和回流管-真空密封袋，研究發現厚度2.5-14.3mm的三維機織物增強複合材料真空輔助工藝成型時其M型模型導流管以及間歇式抽真空具有較好的滲透效果。焦亞男等發表在《材料工程》2008年增刊的《三維編織玻璃/環氧複合材料梁的低速衝擊和衝擊後壓縮性能研究》發現，三維編織複合材料在編織結構相同時，20°、30°、40°三個編織角度中，30°編織角試樣的抗衝擊性能較好，同時其衝擊後壓縮試樣表現出脆性斷裂特徵。
[0005]針對2.5D織物多個院校及研究機構已開展複合材料性能、成型工藝等方面的研究。南京航空航天大學李明碩士學位論文《2.機織複合材料衝擊後剩餘強度研究》指出:2.5D機織結構是建立在平面機織結構疊加的基礎上，通過在厚度方向上引入接結紗而一次成型的2.纖維集合體(2.5D是指在厚度方向紗線並未貫穿整個厚度，在空間中僅視作半維)；同時仿真計算與低速衝擊試驗研究發現，2.5D機織複合材料較傳統層合材料更耐低速衝擊。
[0006]【
【發明內容】
】
為克服【背景技術】中存在的不足，本發明提供了一種纖維增強防彈複合材料及其製備方法，本發明由多層2.纖維織物鋪覆通過真空輔助灌注熱固性樹脂固化成型獲得，本發明的防彈複合材料通過優選使其具有較好的防護性能，採用合適的真空輔助工藝成型在保證成型質量的如提下可提聞成型效率等。
[0007]為實現如上所述的發明目的，本發明採用如下所述的技術方案:
一種纖維增強防彈複合材料，所述纖維增強防彈複合材料通過低粘度樹脂體系與2.5D纖維織物複合形成，厚度為0.8?60mm，所述樹脂體系為具有阻燃功能的樹脂基體，其中複合材料層的基體樹脂質量含量為整體的20?45%，所述2.5D纖維織物結構形式為淺交直聯或深交直聯或淺交彎聯，單層2.5D纖維織物的厚度為0.8?2mm，在相同2.5D纖維織物厚度情況下，優選的2.纖維織物Z向紗線的編織角Θ為30°?80°，其中Z向紗線的編織角越大其防護性能越好。
[0008]所述的纖維增強防彈複合材料，所述阻燃功能的樹脂基體為阻燃環氧樹脂或阻燃不飽和聚酯樹脂或阻燃乙烯基脂樹脂。
[0009]所述的纖維增強防彈複合材料，所述2.5D纖維織物為無機纖維或有機纖維。
[0010]所述的纖維增強防彈複合材料，所述無機纖維為玻璃纖維或碳纖維或石英纖維。
[0011]所述的纖維增強防彈複合材料，所述有機纖維為芳綸纖維或高密度聚乙烯纖維。
[0012]所述的纖維增強防彈複合材料的製備方法，所述2.纖維織物由於具有較二維織物複雜的織物交互編織方式，纖維束內與纖維束間的樹脂滲透率有明顯差別，通過控制真空輔助成型工藝參數，可以獲得成型質量良好的纖維增強防彈複合材料。
[0013]一種纖維增強防彈複合材料的製備方法，所述製備方法採用真空輔助成型工藝製備，所述真空輔助成型工藝簡便、無汙染，可一次成型大尺寸、複雜型面的防彈複合材料結構。
[0014]所述的纖維增強防彈複合材料的製備方法，所述真空輔助成型工藝製備纖維增強防彈複合材料，鋪覆的導流布為非單向導流型，導流布厚度為0.3?1.0mm，採用該類型導流布可降低樹脂在纖維水平方向的滲透速率，從而使樹脂在纖維水平方向與垂直方向「即厚度方向」、纖維束內與纖維束間的滲透速率接近，利於纖維束內的樹脂滲透，可提高纖維增強防彈複合材料的成型質量。
[0015]採用如上所述的技術方案，本發明具有如下所述的優越性:
本發明所述的一種纖維增強防彈複合材料及其製備方法，本發明通過2.5D纖維織物Z向紗線編織角的優選，使複合材料具有優良的防彈性能，進一步，本發明採用真空輔助工藝製備纖維增強防彈複合材料，有效的提高了生產效率和成型質量，且可實現大尺寸、異型防彈結構的一次成型，纖維增強防彈複合材料可用於不同部位特別是結構複雜部位的抗侵徹防護，具有廣闊的軍事應用前景。
[0016]【【具體實施方式】】
通過下面的實施例可以更詳細的解釋本發明，本發明並不局限於下面的實施例；本發明所述的一種纖維增強防彈複合材料，所述纖維增強防彈複合材料通過低粘度樹脂體系與2.5D纖維織物複合形成，厚度為0.8?60mm，所述樹脂體系為具有阻燃功能的樹脂基體，所述阻燃功能的樹脂基體為阻燃環氧樹脂或阻燃不飽和聚酯樹脂或阻燃乙烯基脂樹脂，其中複合材料層的基體樹脂質量含量為整體的20?45%，2.5D纖維織物為無機纖維或有機纖維，所述無機纖維為玻璃纖維或碳纖維或石英纖維，所述有機纖維為芳綸纖維或高密度聚乙烯纖維；所述2.5D纖維織物結構形式為淺交直聯或深交直聯或淺交彎聯，單層2.5D纖維織物的厚度為0.8?2mm，在相同2.5D纖維織物厚度情況下，優選的2.5D纖維織物Z向紗線的編織角Θ為30°?80°，其中Z向紗線的編織角越大其防護性能越好，所述Z向紗線的編織角Θ為Z向紗線與2.5D布層厚度方向的夾角，其中2.5D纖維織物由於具有較二維織物複雜的織物交互編織方式，纖維束內與纖維束間的樹脂滲透率有明顯差別，通過控制真空輔助成型工藝參數，可以獲得成型質量良好的2.5D纖維增強防彈複合材料。
[0017]一種纖維增強防彈複合材料的製備方法，所述製備方法採用真空輔助成型工藝製備，所述真空輔助成型工藝簡便、無汙染，可一次成型大尺寸、複雜型面的防彈複合材料結構，所述真空輔助成型工藝製備2.5D纖維增強防彈複合材料，鋪覆的導流布為非單向導流型，導流布厚度為0.3?1.0mm，採用該類型導流布可降低樹脂在纖維水平方向的滲透速率，從而使樹脂在纖維水平方向與垂直方向「即厚度方向」、纖維束內與纖維束間的滲透速率接近，利於纖維束內的樹脂滲透，可提高2.5D纖維增強防彈複合材料的成型質量。
[0018]本發明提出優選2.纖維增強防彈複合材料的Z向紗線的編織角度，並通過導流布參數設定提供簡便高效的真空輔助製備方法，使該防彈複合材料的防護性能不低於模壓成型的二維織物增強防彈複合材料層合板。
[0019]本發明所述的真空輔助成型2.5D纖維增強防彈複合材料，採用的導流布為1.0mm厚度非單向導流型，成型的防彈複合材料包括16mm厚度淺交彎聯防彈複合材料(Z向紗線編織角Θ為60° )、20mm厚度淺交彎聯防彈複合材料(Z向紗線編織角Θ為60° )、20mm厚度淺交直聯防彈複合材料(Z向紗線編織角Θ為75° )，樹脂均採用低粘度阻燃乙烯基脂樹月旨，纖維紗線類型均為高強玻璃纖維，單層2.纖維織物的厚度為1.3mm，16mm和20mm厚淺交彎聯防彈複合材料的基體樹脂質量含量為37%，20mm厚度淺交直聯防彈複合材料的基體樹脂質量含量為38%。
[0020]製備的16mm厚度淺交彎聯防彈複合材料與16mm厚度模壓成型的二維高強玻璃纖維增強層合板進行12.7mm穿甲燃燒彈打靶測試，淺交彎聯防彈複合材料的面密度為29.5kg/m2,單位面密度吸能為65J.m2/kg ;模壓成型層合板的面密度為32kg/m2,單位面密度吸能為62J.m2/kg。
[0021]製備的20mm厚度淺交彎聯防彈複合材料和20mm厚度淺交直聯防彈複合材料進行4.4gFSP破片打靶測試，淺交彎聯防彈複合材料的面密度為36kg/m2，單位面密度吸能為39J.m2/kg ;淺交直聯防彈複合材料的面密度為36kg/m2,單位面密度吸能為48J.m2/kg。
[0022]本發明的目的是提供一種防彈性能優良、成型工藝簡單高效的高性能2.5D纖維增強防彈複合材料。本發明的2.5D纖維增強防彈複合材料其防彈性能不低於模壓成型的二維織物增強防彈複合材料層合板，具有優良的層間抗衝擊能力，損傷面積小，較傳統模壓工藝成型效率高、一次成型尺寸大、質量穩定。本發明的2.5D纖維增強防彈複合材料可用於不同部位特別是結構複雜部位的抗侵徹防護，其不同規格類型的防彈複合材料適合直接使用或與其他防護材料配合使用。
[0023]本發明的市場預測或應用開發前景，潛在的效益或作用為，本發明所述的纖維增強防彈複合材料防彈性能優良、成型工藝簡單環保，可用於不同部位特別是結構複雜部位的抗侵徹防護，針對不同防護性能要求其不同規格類型的防彈複合材料適合直接使用或與其他防護材料配合使用，具有廣闊的軍事應用前景。
[0024]本發明未詳述部分為現有技術。
[0025]為了公開本發明的目的而在本文中選用的實施例，當前認為是適宜的，但是，應了解的是，本發明旨在包括一切屬於本構思和發明範圍內的實施例的所有變化和改進。
【權利要求】
1.一種纖維增強防彈複合材料，其特徵是:所述纖維增強防彈複合材料通過低粘度樹脂體系與2.5D纖維織物複合形成，厚度為0.8?60mm，所述樹脂體系為具有阻燃功能的樹脂基體，其中複合材料層的基體樹脂質量含量為整體的20?45%，所述2.5D纖維織物結構形式為淺交直聯或深交直聯或淺交彎聯，單層2.5D纖維織物的厚度為0.8?2mm，在相同
2.纖維織物厚度情況下，優選的2.纖維織物Z向紗線的編織角Θ為30°?80°，其中Z向紗線的編織角越大其防護性能越好。 2.根據權利要求1所述的纖維增強防彈複合材料，其特徵是:所述阻燃功能的樹脂基體為阻燃環氧樹脂或阻燃不飽和聚酯樹脂或阻燃乙烯基脂樹脂。
3.根據權利要求1所述的纖維增強防彈複合材料，其特徵是:所述2.5D纖維織物為無機纖維或有機纖維。
4.根據權利要求3所述的纖維增強防彈複合材料，其特徵是:所述無機纖維為玻璃纖維或碳纖維或石英纖維。
5.根據權利要求3所述的纖維增強防彈複合材料，其特徵是:所述有機纖維為芳綸纖維或高密度聚乙烯纖維。
6.根據權利要求1所述的纖維增強防彈複合材料的製備方法，其特徵是:所述2.5D纖維織物由於具有較二維織物複雜的織物交互編織方式，纖維束內與纖維束間的樹脂滲透率有明顯差別，通過控制真空輔助成型工藝參數，可以獲得成型質量良好的纖維增強防彈複合材料。
7.實施權利要求1?6任一權利要求所述的一種纖維增強防彈複合材料的一種纖維增強防彈複合材料的製備方法，其特徵是:所述製備方法採用真空輔助成型工藝製備，所述真空輔助成型工藝簡便、無汙染，可一次成型大尺寸、複雜型面的防彈複合材料結構。
8.根據權利要求7所述的纖維增強防彈複合材料的製備方法，其特徵是:所述真空輔助成型工藝製備纖維增強防彈複合材料，鋪覆的導流布為非單向導流型，導流布厚度為.0.3?1.0_，採用該類型導流布可降低樹脂在纖維水平方向的滲透速率，從而使樹脂在纖維水平方向與垂直方向「即厚度方向」、纖維束內與纖維束間的滲透速率接近，利於纖維束內的樹脂滲透，可提高纖維增強防彈複合材料的成型質量。
【文檔編號】B29C70/24GK104385612SQ201410522180
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月8日 優先權日:2014年10月8日
【發明者】張笑梅, 李想, 馬武偉 申請人:中國船舶重工集團公司第七二五研究所