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CN1052733A - 防弹耐撞的轻质复合材料板壳 - Google Patents

防弹耐撞的轻质复合材料板壳 Download PDF

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CN1052733A
CN1052733A CN 89106881 CN89106881A CN1052733A CN 1052733 A CN1052733 A CN 1052733A CN 89106881 CN89106881 CN 89106881 CN 89106881 A CN89106881 A CN 89106881A CN 1052733 A CN1052733 A CN 1052733A
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China
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panel
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Application number
CN 89106881
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English (en)
Inventor
施军
Original Assignee
施宁
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Publication date
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Abstract

本发明可以说设计了一种轻装甲材料，目的是用 于防御轻武器攻击且抵抗外物撞击。这种板壳利用 常见普通材料，通过复合结构来实现所需要各种功 能，使结构防弹、抗撞、耐磨、难燃而且生产工艺简单， 据简单试验，这种材料仅比较防弹能力一项指标，效 果相同时，仅为普通钢材的一半重量。这种板壳可广 泛用于制造押钞车、警车、缉私快艇、军车油箱、高级 游艇等。

Description

在当代工业产品中，要求部分产品具有一定的防弹、耐冲撞性，如防弹汽车，缉私艇，飞机驾驶舱等等，而这些产品另一共同特点就是对自身重量要求也很苛刻。
理论与实验均证实了纤维增强塑料（FRP）具有比强度、比刚度大，耐腐蚀、可设计性好等优点，还有试验证明了GFRP，KFRP比侵彻阻抗也大于金属（钢）。但相对而言，金属材料则是强度高、模量大，绝对侵彻阻抗大。把这两种主要材料结合起来，综合利用它们特点组成轻型防护材料，自本世纪四十年代就有人偿试，也有成功例子，像美国M-1坦克的装甲，苏联T-72坦克装甲。本发明仅针对防御轻武器攻击和抵抗大的外物撞击且本身重量要求较严的场合设计了一种还兼具耐腐蚀、难燃烧特点的复合材料，当这种结构材料应用于汽车车身上时，汽车将会有防弹功效，并且能保证撞车、翻车时乘客与货物的安全。耐腐蚀的特性使车身寿命可达15-20年，超过金属车身5-10年的寿命。
图1表示了这种材料结构，它基本是由四种典型材料层合而形成的结构，也可加上两层辅助层使材料特性更好。（1）层是金属簿板、中簿板，这层板主要用其与弹头相同硬度，使撞击弹头变形，改变弹头头部形状，削减弹头穿透能力，同时由于其绝对侵彻阻抗大可以减弱弹头动能;另外，这层材料还有阻止FRP分层，阻止FRP受潮气侵蚀的功用。
（2）层是FRP层，这些层材料由于非均质，各向异性特点可以使穿甲弹射流分散、弯曲，网状纤维可以磨蚀弹头，纤维破断后可以缠结弹头，使弹头变形，吸收掉大量动能。这种材料比侵彻阻抗大，因而减轻了部分结构重量。从外物撞击角度看，FRP能承受大变形，从而吸收撞击能量，且残余变形很小，破损后易修复。这种材料破坏主要是以层间开层为主，前后金属板约束能减少开层，降低层间剪应力破坏。
（3）层是金属网/硬质填料/树脂层，金属网强度大，变形性好。网丝裸露表面积大与其它材料粘接性能好。质轻价廉。金属网眼中填充硬质填料后，粒子磨蚀弹头，随机的网丝分布可使弹头受偏心阻力，改变弹头前进方向，使弹头有横移与偏转。
（4）层是夹芯层，这层材料重量极轻，但能极大提高结构抗弯刚度，吸收应变波能;在前板受到撞击时，夹芯有缓冲弹簧的功效，再者其衰减振动能量、噪声效果也令人满意。软夹芯的大变形吸能，使结构材料比单纯板材损伤区域减少。
A层是辅助功能层，为薄FRP且富树脂层，难燃、耐腐蚀，可做出表面质量很高的多种装饰效果，也保护了金属面板层不与环境接触，防止金属腐蚀。
B层是韧性粘接剂层，也可是薄FRP，能使金属背板提高韧性，抗弹效果更好，并且作为粘接剂顺便粘接了内饰层。
这种复合结构的生产工艺可以是手工铺设，也可以是半机械化成形，其中所用金属板或金属网要有除锈工序，以保证强度发挥。在手工铺设时，同GFRP手铺工艺相似，先在模具上涂刷脱模剂，然后接顺序逐层铺，直至背板。在固化阶段如能加压，结构材料刚强度会更好。对壳结构，金属板，金属网，夹芯要有预成型，精确度可放宽一些。在半机械化生产时，各独层可先模压成型，也可几个独立层一起模压成型，而后对各粘接表面进行去污，除油等处理，再将结构所需全部材料层迭加并粘接起来。为了防止热应力过大破坏胶接层，也为了保证抗外物撞击时吸能模式利用及减小损伤面积，材料结构中的金属板层一般由多块金属板组成，每块最大尺寸受限（根据使用环境，使用材料强度决定）。
这类复合材料板壳成型方便，对模具要求不高，而且线型好，表面质量好，平均密度小，成本低。可主要用于制造防弹车，押钞车，战地救护车，考古车，野营车，特种警车的车身，快艇艇身，高级游艇艇身及安全门，保险运输箱，军车油箱，活动岗亭，体育用品等。
板壳材料组成结构
1.金属薄板层  4.泡沫夹芯层
2.FRP层  A.外保护装饰层
3.金属网/硬质填料  B.韧性胶层

Claims (7)

1、一种主要用于御防轻武器攻击及受外物撞击时不损或微损的轻质复合材料板壳，其特征在于：面板与背板是金属的，中间结构是纤维增强塑料层，金属网/硬质填料/树脂和夹芯层，面板与背板外面可再各有一层保护层或功能、装饰层。
2、权利要求（1）中的面板和背板，主要是簿钢板或中簿钢板，也可是合金铝板。钢板厚度大于0.5mm。
3、权利要求（1）中的FRP层，纤维可是玻璃纤维，Keular纤维，也可以再加入部分碳纤维组成混杂纤维;树脂可是环氧、不饱和聚脂、聚氨脂、酚醛树脂及其它热塑性树脂（如PP，PC），树脂中填加有填料、阻燃剂、稀释剂、色浆等。
4、权利要求（1）中的金属网/硬质填料/树脂层，金属网主要是钢丝网，也可是其它金属;硬质填料可是SiC、Al2O3、SiO2，玻璃微珠和其它陶瓷粒子，它们表面要用偶联剂处理过;树脂可是各种热固性、热塑性树脂，由生产工艺要求决定。这里的金属网，网格边长大于3mm。
5、权利要求（1）中的夹芯可以是多种泡沫塑料，也可以是各种材质的蜂窝，还可以是软木等，夹芯厚度一般大于10mm。
6、权利要求（1）中的面板装饰层，背板增韧层可以是各种适用树脂，其中也可掺入少量纤维，但色浆、阻燃剂不可少，厚度均大于0.5mm。
7、权利要求（1）中的金属网/硬质填料/树脂层视要求也可有多层分散于FRP层中，单层金属网厚度不宜大于2.5mm。
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