[发明专利]一种混杂纤维多维复合防弹胸插板及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及防护装备领域，具体涉及一种混杂纤维多维复合防弹胸插板及其制备方法。

背景技术

在世界各国和平化发展的大环境下，大规模战争情况已经不复存在，而各国内部的恐怖袭击以及局部暴乱现象却逐渐增多。在这种局势下，军用或警用防护用品的使用要求开始有了导向性变化，其防护制品逐渐倾向于单兵或单警的防弹胸插板，防护重点为轻型武器，防护特性不仅要有效防止弹丸侵彻，而且要尽可能降低材料变形，同时最重要的一点就是要减轻材料重量，提高单兵或单警作战的机动性和灵活性。

随着高性能纤维在防弹领域的研究不断深入，其复合材料制品在防护领域的应用范围也逐渐拓展，这对防弹纤维材料的质量和特性也提出了更高要求。从20世纪70年代以来，高性能纤维复合材料在装甲防护领域得到了广泛应用。其中UHMWPE纤维、芳纶纤维、PBO纤维等高强、高韧纤维配以特种热塑性树脂基体，发挥整体协同效应形成防护复合材料，在瞬间吸收弹丸冲击能量的同时又具备金属材质所不及的重量轻特点，同时不存在对弹丸二次反弹问题。因此以高性能纤维复合材料制备防弹胸插板，对于单兵单警作战能力的提升具有重要作用。

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)是制备复合材料胸插板的较佳材料，它是继芳纶纤维后出现的另一种高强度、高模量纤维，其密度低、韧性强、耐腐蚀性好、分子结构取向度高，具有比芳纶纤维更优异的防弹特性，但是聚乙烯纤维自身也有不可避免的缺点，其熔点较低、高温环境下的力学性能差，应用到防弹胸插板上会引起背弹面较大的鼓包问题，所以单纯超高分子量聚乙烯纤维复合材料的防弹性能仍需提高。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种混杂纤维多维复合防弹胸插板及其制备方法，在超高分子量聚乙烯纤维防弹特性的基础上，集合其他高强纤维的防弹特性，优选混杂纤维多向织物形式，采用二维/三维复合结构兼整体刚性加固的工艺，制备的混杂纤维多维复合防弹胸插板，在保持防弹特性的同时，降低制品重量，减小制品背弹面鼓包，提高制品在高低温环境下的结构完整性，有效延长防弹胸插板的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种混杂纤维多维复合防弹胸插板，包括二维防弹芯层，所述二维防弹芯层的外表面包覆有三维多向防背凸层，所述三维多向防背凸层的外表面包覆有刚性结构层；所述刚性结构层的背弹面连接有缓冲层；

所述二维防弹芯层由超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维或PBO纤维的单向或二维织物浸渍改性热塑性树脂后形成预浸布叠层组成；

所述三维多向防背凸层由超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维或PBO纤维的单向织物浸渍改性热塑性树脂(高强高韧改性聚氨酯或改性聚乙烯)后，沿二维防弹芯层表面的X、Y方向交替三维卷绕而成；

所述刚性结构层由至少一层高强、高模量碳纤维(拉伸强度在3500MPa以上)的单向或二维织物与改性热固性树脂浸渍复合而成；

所述缓冲层由软质的缓冲材料制成，缓冲材料选自有机硅或聚氨酯泡沫；

所述缓冲层与刚性结构层的背弹面通过粘结剂粘结而成，粘结剂为改性环氧树脂胶黏剂。

优选的，所述二维防弹芯层由25-150层单向或二维织物预浸布叠层组成。

优选的，所述三维多向防背凸层中，三维卷绕形成的卷绕层单侧为5-15层。

优选的，所述刚性结构层由1-3层单向或二维织物与改性热固性树脂浸渍复合而成。

优选的，所述缓冲层的厚度为1-2mm。

上述的刚性结构层所用的高强、高模量碳纤维，为拉伸强度在3500MPa以上的碳纤维；

上述的二维防弹芯层和三维多向防背凸层所用的超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维或PBO纤维的拉伸强度均在30cN/dtex以上；

所述的改性热固性树脂是热塑性树脂改性的环氧树脂或酚醛树脂的环氧树脂、酚醛树脂、或热固性聚氨酯；所述的改性热塑性树脂为热固性树脂改性的聚氨酯、聚乙烯、不饱和聚酯树脂或橡胶弹性体。

该混杂纤维多维复合防弹胸插板的制造方法，包括以下步骤：

(1)防弹芯层的制备：将超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维或PBO纤维中的一种或几种编织成单向或二维纤维织物(优选两种纤维以任意比进行混合编织)用改性热塑性树脂浸渍上述纤维织物干燥后制备预浸布，其中树脂含量控制在10-30wt.％，根据胸插板的规格将上述预浸布剪裁成固定的尺寸后，根据防弹级别计算相应的铺叠层数；