[发明专利]一种高韧性纤维增强泡沫铝梯度抗爆复合结构

说明书

本发明为一种高韧性纤维增强泡沫铝梯度抗爆复合结构，属于防护结构技术领域。该复合结构，它包含中间层的泡沫铝梯度层，并在泡沫铝层的两侧分别对称粘贴对位芳纶纤维复合板层，夹芯层和面层之间采用胶接制备而成。基于面层大变形特性将爆炸冲击荷载引起的面内均布拉载荷，结合芯层梯度结构主要承担由面层均布荷载引起的剪应力，形成“三明治”式的梯度抗爆耗能复合结构。本发明研制出轻质梯度高强抗爆防护面板结构，解决了军方临时性营地人员与设备抗爆应急防护问题，避免对人员与设施造成损伤与破坏。

技术领域

本发明属于防护结构技术领域。具体为一种高韧性纤维增强泡沫铝梯度抗爆耗能复合结构。

背景技术

爆炸冲击荷载作用是由恐怖爆炸袭击或者易燃材料爆炸产生，爆炸过程中产生一种强压缩波，在有限的空间和极短的时间内对军事作战人员及设备造成极其严重的危害。现代枪械、导弹等热武器快速发展和易燃易爆环境的安全隐患，对执勤中的我军人员与设备造成严重的安全威胁，快速构筑具备足够抗打击能力的临时性防御工事具有迫切的需求。

目前的抗爆复合结构种类较多，常见的有普通高强混凝土、钢结构等。这些抗爆复合结构虽也有一定的防爆效果，但都存在着抗爆能力不高、单体重量大、成本高、耐久性相对较差等问题，而用普通的工程材料板对建筑内外墙进行防爆加固不仅要求的板材厚度或体积很大、施工用料多等问题，而且防爆效能很低。因此，在军队、公共防护中难以形成真正的实用化推广应用。

目前，常见的轻质面板大都是以泡沫铝作为内芯，以刚度较大的金属板(如钢板、铝板)或者碳纤维增强复合材料(CFRP)组合，金属板的高自重和CFRP的脆性破坏形态极大降低复合结构的抗爆性能，均匀的泡沫材料无法有效逐步缓冲吸收爆炸能。

现今存在的文献中，大都采用陶瓷面板作为复合结构的面层，而陶瓷面板自重、脆性大，并且强度较低，至今没有做出好的结果，同时只能对子弹正面接触的区域有一定的防弹效果，但是在防弹复合材料的设计中并没有考虑冲击波在自由表面反射的拉伸波也同样会对结构造成严重的破坏，缺乏爆炸和冲击侵彻共同作用下材料失效机理的系统研究，所以并不适应于抗爆结构设计。

发明内容

针对目前技术上的不足，本发明提供一种高韧性纤维增强泡沫铝梯度抗爆耗能复合结构，该复合结构将不同密度的泡沫铝作为夹芯层，并在梯度泡沫铝两侧粘贴对位芳纶纤维复合板，通过界面粘结剂将其与对位芳纶纤维粘结组成复合结构构成轻质防护面板，适用于对高速变形有要求的抗爆抗冲击领域。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高韧性纤维增强泡沫铝梯度抗爆耗能复合结构，其特征在于，该复合结构包括两张对位芳纶纤维面板、泡沫铝夹芯层，泡沫铝夹芯层由不同密度泡沫铝按密度增大的方向粘结在一起构成；所述泡沫铝夹芯层与对位芳纶纤维面板横截面形状大小完全相同，两张对位芳纶纤维面板包括上、下面板，分别采用界面粘结剂粘贴在泡沫铝夹芯层的顶面及底面。

所述泡沫铝夹芯层的厚度不超过90mm，优选厚度为20-40mm，不同密度的泡沫铝的厚度均相同，每层泡沫铝的厚度不超过30mm，泡沫铝的密度≤0.55g/cm³。

所述泡沫铝的厚度为8mm～30mm，优选厚度为10-20mm，密度在0.25～0.55g/cm³范围内变化。

泡沫铝夹芯层中不同密度泡沫铝的数量为三，三层泡沫铝的密度取值区间分别是：0.25-0.3g/cm³，0.3-0.4g/cm³、0.4-0.5g/cm³。