[发明专利]复合材料和其应用

说明书

相关申请的交叉引用

本申请此在根据35U.S.C.§119(e)要求于2009年5月4日提交的美国临时专利申请序列号61/175,336和于2009年5月18日提交的美国临时专利申请序列号61/179,217的优先权，所述文献其在此通过引用并入本文。

发明领域

本发明涉及复合材料，并且特别涉及用于潜在应用于高能冲击应用例如抗弹或抗爆中的复合材料。

发明背景

可操作以承受来自各种来源例如射弹和爆炸压缩波的高能冲击的材料可用于广泛范围的应用，包括民用和军事建筑增强应用。例如，爆压转折板(blast deflection panel)已被用于防护所关心的建筑物和其他结构体免受由各种爆炸装置造成的潜在损坏。此外，由于加大的抗击作用于这些结构体上的攻击的努力，抗爆建筑材料已被引入政府和军事建筑物。例如，美国通用服务管理(GSA)的联邦安全委员会(ISC)开发了标准以确保包括抗爆性在内的安全因素在联邦办公室建筑物和现代化工程的计划、设计和构造中扮演主要的角色。

尽管这些材料在现有结构体的建造和改进中的重要性，仍然存在对于更牢固、更轻质并且更成本有效的材料的需要。当前抗爆材料的重大缺点是实现可接受的抗爆等级所需的相关的高结构重量和厚度。例如，用于增强的常规材料包括已经适度地至高度地用结构支撑例如管或通道增强的混凝土板。由于增加的重量和厚度以及对重质结构增强物的需求，许多抗爆材料可能难以有效地被引入新的或现有的结构体中。

概述

在一个方面中，本发明涉及复合材料。在一些实施方案中，所述复合材料是抗爆和/或防弹的。在一些实施方案中，本发明的复合材料包括包含第一外表面和与所述第一外表面相对的第二外表面的无机陶瓷基质；和布置在所述无机陶瓷基质中于所述第一外表面与所述第二外表面之间的至少一个网眼编织(open weave)玻璃纤维织物。在一些实施方案中，复合材料进一步包括连接至所述无机陶瓷基质的第二外层的保护层。在另一些实施方案中，复合材料进一步包括连接至所述无机陶瓷基质的第一外表面的编织玻璃纤维织物(woven fiber glass fabric)。在此外另一些实施方案中，复合材料包括布置在所述基质中于第一外层与第二外层之间的至少三个网眼编织玻璃纤维织物。在一些实施方案中，网眼编织玻璃纤维织物均匀地间隔遍及所述无机陶瓷基质。在一些实施方案中，第一玻璃纤维织物和/或第二玻璃纤维织物是网眼编织玻璃纤维织物，例如纱罗组织栅格(leno-grid)或成圈栅格(looper-grid)编织玻璃纤维织物。在一些实施方案中，玻璃纤维织物可以部分地用聚合物涂覆。

在一些实施方案中，本发明的复合材料包括包含多个石材例如花岗岩的第一无机陶瓷基质和与所述第一无机陶瓷基质相邻的第二无机陶瓷基质，该第二无机陶瓷基质包含布置在第二无机陶瓷基质中的至少一个编织或网眼编织玻璃纤维织物。在一些实施方案中，复合材料进一步包括连接至所述第二无机基质的保护层。在另一些实施方案中，复合材料可以包括可以为至少约0.5英寸厚的第一无机陶瓷基质，和至少约0.5英寸厚的第二无机陶瓷基质。在另一些实施方案中，复合材料可以包括各自至少约1英寸厚的第一无机陶瓷基质和第二无机陶瓷基质。在此外另一些实施方案中，第一无机陶瓷基质和第二无机陶瓷基质可以为至少约2英寸厚。在此外另一些实施方案中，第一无机陶瓷基质可以包含至多40体积％的石材。在替代实施方案中，第一陶瓷基质可以包含至多50体积％的石材。在一些实施方案中，第一无机陶瓷基质可以包含至多约40体积％的沙。在另一些实施方案中，第一无机陶瓷基质可以包含至多约50体积％的沙。

在一些实施方案中，复合材料可以是具有显著大于其厚度的长度和宽度的板。在另一些实施方案中，板可以具有至少7英尺的长度。在另一些实施方案中，板可以具有至少13英尺的长度。在此外另一些实施方案中，板可以包括代表板的厚度的四个表面，其中一个或多个表面被构造成锥形搭接头的一部分以促进多个板的组装。因此在一些实施方案中，所述板可以被构造成使得可以使用锥形搭接头连接两个或更多个板。在一些实施方案中，可以通过锥形搭接头使足够的板连接在一起而形成壁。