[发明专利]一种防侵彻材料及其制备方法和应用

说明书

一种防侵彻材料的及其制备方法和应用，所述防侵彻材料由外至内包括：上涂层(1)、约束层(2)、陶瓷层(3)、支撑层(4)、散能层(5)、吸能层(7)、下涂层(8)，所述散能层(5)包括复合材料A和复合材料B，所述复合材料A为高性能纤维‑剪切增稠液复合材料，复合材料B包括高性能纤维‑石墨烯和高性能纤维‑石墨烯衍生物复合材料中的至少一种。本发明的防侵彻材料通过综合考虑防护性和机动性等因素而设计的一种复合材料装甲，能有效降低防护结构的面密度与厚度，并将侵彻破坏限制在小范围内。

技术领域

本发明属于防护装甲领域，尤其涉及一种防侵彻材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代武器侵彻能力不断提高，对直升机装甲、坦克装甲的防护性提出了更高的要求，防弹装甲的重量也越来越重。然而为保证作战设备的机动性，装甲重量与其防护性之间的矛盾成为需要解决的首要问题。

金属材质防弹装甲要达到有效防护弹侵彻的效果，需要不断提高防弹钢的厚度，会大大牺牲作战设备的机动性。因此，研究者们对非金属材质的防弹装甲进行了开发。非金属陶瓷材料因其密度低、模量高、刚度强，在高温下不丧失硬度的特点，近些年被广泛用于防弹装甲替代金属材料。然而，陶瓷材料应用于防弹装甲仍有其局限性，子弹的侵彻作用容易使其发生整体碎裂，无法抵御连续的弹丸侵彻破坏。现有的装甲抵御弹丸侵彻时无法完全吸收其动能，仍有部分冲击传递至作战设备，造成冲击，影响作战设备运行的稳定性。因此，选用多种材质进行复合是制备现代化防弹装甲的发展趋势。

目前，防弹装甲的制备仍有诸多方面亟需改进，主要表现为以下几个方面：(1)防护性要求制约了装甲重量的轻量化；(2)装甲的抵御连续侵彻破坏能力不足；(3)无法满足现代化战争对装甲的防护性提出的更高的要求；(4)为保证作战设备的稳定运行对装甲的阻尼吸能性仍待提高。

为解决上述问题，需对防弹装甲的材料和整体结构进行系统性研究开发。

发明内容

本发明克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种防侵彻材料及其制备方法和应用。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种防侵彻材料，所述防侵彻材料由外至内包括：上涂层、约束层、陶瓷层、支撑层、散能层、吸能层、下涂层，所述散能层包括复合材料A和复合材料B，所述复合材料A为高性能纤维-剪切增稠液复合材料，复合材料B包括高性能纤维-石墨烯和高性能纤维-石墨烯衍生物复合材料中的至少一种；更优选的，包括高性能纤维-氧化石墨烯复合材料。

散能层包括高性能纤维-剪切增稠液复合机织布复合材料A和高性能纤维-石墨烯/石墨烯衍生物复合机织布复合材料B，其中高性能纤维-剪切增稠液复合机织布复合材料在子弹的冲击下，由柔软变硬，能够吸收更多的冲击能量，同时使冲击力分散面积增大；

石墨烯及其衍生物作为一种二维材料，在面内有很好的力学性能，有利于弹丸侵彻产生的应力波沿平面方向传递，使冲击能量在装甲平面内分散均匀，提高防护性能。并且，高性能纤维-石墨烯复合机织布复合材料和高性能纤维-石墨烯衍生物复合材料中石墨烯的存在与纤维在能量的面内传递上具有协同作用，有利于子弹冲击波能量的传递，一方面能提高纤维与纤维间的能量传递，另一方面，厚度方向上石墨烯二维平面在弹丸侵彻作用下发生偏转，能提高厚度方向上各层机织布之间的能量传递。

优选的，所述高性能纤维包括选取芳纶Ⅱ、芳纶Ⅲ或超高分子量聚乙烯中的至少一种；所述剪切增稠液为SiO₂-聚乙二醇体系。

优选的，所述复合材料A和复合材料B交叉层叠。

优选的，所述散能层与吸能层之间还设有橡胶层。

橡胶层能有效耗散子弹的冲击能量，起缓冲减震与阻尼吸能的作用。

橡胶层设计在散能层与吸能层之间，一是阻尼吸能与缓冲减震；二是橡胶层的刚度与模量较小，弹丸侵彻到达橡胶层时，易发生弹丸的弹道偏转，增强防护性能。