一種抗高速沖擊復合材料制造技術

本發明專利技術公開了一種抗高速沖擊復合材料。由迎沖擊面層、中間芯層和背沖擊面層構成夾芯復合材料結構，芯層由多微孔材料構成；夾芯結構復合材料的迎沖擊面層和背沖擊面層，均由樹脂質量含量為10-40%的、至少有四層的無機纖維層和有機纖維層疊合而成，無機纖維層必需靠近迎沖擊面層，迎沖擊面層、背沖擊面層和芯層之間通過粘合劑粘合。本發明專利技術利用各種高性能纖維的力學各向異性的不同，采用層間混雜方式制備面層復合材料，使得本發明專利技術復合材料具有質輕、彈體動能吸收能力優異；采用迎沖擊面和背沖擊面非對稱方式設計夾芯結構復合材料，既保證復合材料的高動能吸收能力，又提高復合材料的抗剪切和抗彎能力。

【技術實現步驟摘要】
一種抗高速沖擊復合材料
本專利技術涉及復合材料，尤其是涉及一種抗高速沖擊復合材料。
技術介紹
高性能纖維（玻璃纖維、碳纖維、超高分子量聚乙烯、芳綸1414纖維或PBO纖維）由于具有高比強度、高比模量等特點，高性能纖維增強復合材料在單位重量或面密度下具有高的沖擊能力吸收能力，因此在個體防護、裝甲、防護工程等領域具有十分重要的應用。纖維材料的力學性質具有各向異性，即沿纖維軸向力學性能普遍比沿纖維橫向力學性能好，軸向拉伸性能普遍比軸向壓縮性能好。不同的高性能纖維其力學性能各向異性特征具有較大差異，玻璃纖維為準各向同性材料，纖維軸向和橫向力學性能比較接近；碳纖維軸向力學性能比橫向力學性能好；而有機高性能纖維（超高分子量聚乙烯、芳綸1414纖維或PBO）的橫向力學性能和軸向壓縮性能則普遍較差。研究表明，高性能混雜復合材料具有比單一高性能纖維更加優異的抗高速沖擊能量吸收能力，不同的混雜順序對復合材料的能量吸收能力有明顯的影響，混雜時的鋪層順序原則為抗壓、抗剪切的無機高性能纖維（玻璃纖維、碳纖維）在迎沖擊面，抗拉、高斷裂能的有機高性能纖維（超高分子量聚乙烯、芳綸1414纖維或PBO）在背沖擊面時，更能發揮不同種類高性能纖維的優勢。在其他條件相同情況下，纖維增強復合材料的樹脂含量對復合材料的沖擊能量吸收能力有較大影響。研究表明，樹脂質量含量在10%-40%范圍內，纖維增強復合材料的沖擊能量吸收能力可以達到最大值。但低樹脂含量纖維增強復合材料造成復合材料的抗剪切和抗彎曲性能下降，樹脂含量越低，復合材料的抗層間剪切和抗彎曲性能越差，影響該類復合材料的使用性能和使用范圍。專利技術內容為了改善現有抗高速沖擊復合材料的不足，本專利技術的目的在于提供一種抗高速沖擊復合材料，是一種具有特殊結構的抗高速沖擊復合材料，該抗高速沖擊復合材料即具有彈道防護能力，又具有較好的抗彎曲和承受載荷能力。本專利技術采用的技術方案是：本專利技術由迎沖擊面層、中間芯層和背沖擊面層構成夾芯復合材料結構，芯層由多微孔材料構成。所述夾芯結構復合材料的迎沖擊面層和背沖擊面層，均由樹脂質量含量為10-40%的、至少有四層的無機纖維層和有機纖維層疊合而成，無機纖維層必需靠近迎沖擊面層，迎沖擊面層、背沖擊面層和芯層之間通過粘合劑粘合。所述芯層多微孔材料為輕木或發泡聚合物。所述迎沖擊面層和背沖擊面層中，有機纖維占該面層中全部增強纖維質量的40-80%。所述無機纖維為玻璃纖維或碳纖維；所述有機纖維為超高分子量聚乙烯、芳綸1414纖維或PBO纖維；所述迎沖擊面層和背沖擊面層的復合材料增強相為纖維單向長絲或織物，基體相為熱固性樹脂或熱塑性樹脂。本專利技術具有的有益效果是：（1）利用各種高性能纖維的力學各向異性的不同，采用層間混雜方式制備面層復合材料，使得本專利技術復合材料具有質輕、彈體動能吸收能力優異（單位面密度動能吸收65-85J.m2/kg.）。（2）采用迎沖擊面和背沖擊面非對稱方式設計夾芯結構復合材料，既保證復合材料的高動能吸收能力（動能吸收140-2340J），又提高復合材料的抗剪切和抗彎能力（彎曲模量180-300GPa），同時它可以抵抗200-900m/s的高速沖擊。附圖說明圖1是實施例1復合材料結構示意圖。圖2是對比例1復合材料結構示意圖。圖3是對比例3復合材料結構示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。實施例1：如圖1所示結構進行抗高速沖擊復合材料的設計。迎沖擊面層層間混雜復合材料采用玻璃纖維織物（G）/芳綸1414纖維織物（K）乙烯基酯樹脂層間混雜復合材料，樹脂含量40%，層間混雜順序G/G/G/K/K/K，鋪層角度0/90/0/90/0/90。該面層中有機高性能纖維芳綸1414的質量占全部增強織物質量的48.8%。織物規格為210g/m2S-2平紋玻璃纖維織物，200g/m2kevlar129平紋織物。背沖擊面面層層間混雜復合材料采用碳纖維織物（C）/超高分子量聚乙烯織物（E）乙烯基酯樹脂層間混雜復合材料，樹脂含量40%，層間混雜順序C/C/E/E/E/E，鋪層角度0/90/0/90/0/90。該面層中有機高性能纖維芳綸1414的質量占全部增強織物質量的42.8%。織物規格為400g/m2T-300-6K碳纖維織物，150g/m2超高分子量聚乙烯平紋織物乙烯基酯樹脂。采用上述面層混雜復合材料，將面層復合材料和密度為150kg/m310mm厚輕木芯層采用雙組份丙烯酸酯結構膠粘合，組裝粘合時迎沖擊面混雜復合材料的芳綸1414纖維織物靠近芯層，背沖擊面混雜復合材料的碳纖維織物靠近芯層。對比例1：采用和實施例1中同樣的迎沖擊面和背沖擊面混雜復合材料，不采用夾芯結構，即無輕木芯層，復合材料結構如圖2所示。對比例2采用和實施例1同樣的迎沖擊面和背沖擊面混雜復合材料增強材料、鋪層順序與角度、同樣的夾芯材料和夾層結構，和實施例1唯一的不同是，迎沖擊面和背沖擊面混雜復合材料的樹脂含量為60%。對比例3采用和實施例1同樣的增強織物、樹脂類型和含量、鋪層角度，同樣的夾芯材料，迎沖擊面為玻璃纖維織物靠近芯層，背沖擊面為超高分子量聚乙烯織物靠近芯層，其結構如圖3所示。對比結果：抗彎剛度測試根據GB/T1456夾層結構彎曲性能試驗方法。沖擊能量測試采用錐形鋼芯彈體，錐角30o，錐高12mm，圓柱部分高度12mm，總彈體高度24mm，彈體直徑7.5mm，彈體質量5.8g，試樣尺寸100mm*100mm板材，測試板材四周固定。對比結果見表1。表1四種不同結構復合材料的彎曲和沖擊能量吸收能力對比實施例1對比例1對比例2對比例3V50（m/s）310320275286動能吸收（J）279297219237彎曲模量（GPa）18925215200實施例2-5實施例2到實施例5抗高速沖擊復合材料的材料和結構如表2所示。表2實施例2-5抗高速沖擊復合材料注：C代表碳纖維，G代表玻璃纖維，K代表芳綸1414纖維，E代表超高分子量聚乙烯纖維，P代表聚亞苯基苯并二惡唑（PBO）纖維上述實施例僅用于說明本專利技術而不用于限制本專利技術的范圍，在閱讀了本專利技術之后，本領域技術人員對本專利技術的各種等價形式的修改均落入本申請所附權利要求所限定。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種抗高速沖擊復合材料，由迎沖擊面層、中間芯層和背沖擊面層構成夾芯復合材料結構，芯層由多微孔材料構成；其特征在于：所述夾芯結構復合材料的迎沖擊面層和背沖擊面層，均由樹脂質量含量為10?40%的、至少有四層的無機纖維層和有機纖維層疊合而成，無機纖維層必需靠近迎沖擊面層，迎沖擊面層、背沖擊面層和芯層之間通過粘合劑粘合。

【技術特征摘要】
1.一種抗高速沖擊復合材料，由迎沖擊面層、中間芯層和背沖擊面層構成夾芯復合材料結構，芯層由多微孔材料構成；其特征在于：所述夾芯結構復合材料的迎沖擊面層和背沖擊面層，均由樹脂質量含量為10-40%的、至少有四層的無機纖維層和有機纖維層疊合而成，在所述迎沖擊面層和背沖擊面層中，所述無機纖維層比任意的有機纖維層更靠近迎沖擊側，迎沖擊面層、背沖...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張華鵬，柴曉明，朱海霖，陳建勇，
申請(專利權)人：浙江理工大學，
類型：發明
國別省市：