一種多層裝甲防護系統技術方案

一種多層裝甲防護系統，涉及裝甲板。傳統的裝甲防護系統的外層為高強抗撞擊板，中間層為陶瓷板，內層為金屬支承板。此防護系統在受到槍彈或爆炸物沖擊時，中間層陶瓷板不能有效吸收從外層抗撞擊板傳播而來的巨大能量，無法達到保護車輛的目的。本發明專利技術的新型防護系統是在外層高強抗撞擊板和內層高延展性背板之間填充一種泡沫金屬夾芯材料，并通過聚乙烯樹脂將泡沫金屬與外層抗撞擊板和內層背板牢固粘結，形成一種“三明治”結構，且系統中至少有一組這種結構。所述的夾芯材料為高孔隙率的閉孔泡沫鋁，可以有效吸收沖擊產生的能量，承受高速撞擊帶來的變形。因此，本發明專利技術可以有效保護車輛免于槍彈或爆炸物的破壞。

【技術實現步驟摘要】
一種多層裝甲防護系統
本專利技術涉及裝甲系統，特別涉及一種以泡沫金屬作為裝甲系統的能量吸收 體，使被保護車輛在遭受槍彈或爆炸物沖擊時免于破壞。技術背景近年來，防爆安全已成為世界各國所關注的一個研究領域。為了降低和防 止槍彈或爆炸物對目標車輛的破壞，提高其防爆抗沖擊能力，可以采用增加裝 甲防護系統單層介質厚度和改進系統結構的方案。然而，增加單層介質的厚度 不僅使防護系統的質量增大，降低了車輛的機動性，而且大幅度提高了使用成 本。對裝甲防護系統的結構進行適當改進，在保持甚至減少系統自重的前提下， 提高其防爆抗沖擊能力完全可行。傳統裝甲防護系統的外層為高強抗撞擊板(一層金屬板或陶瓷板)，中間層 為陶瓷板，內層為金屬背板。在此構造中，中間層陶瓷板是脆性材料，在彈片 的撞擊下變形、碎裂，背板阻擋穿過陶瓷板的殘余彈片和碎裂的陶瓷片，外層 則起保護中間層陶瓷板的作用。彈片與陶瓷板碰撞的瞬間，在與撞擊面相對應的反面軸線上形成初始裂紋， 并在此處產生最大的壓應力，從而導致背板在撞擊中心產生最大變形及背板向 后方瞬間劇烈的運動，使背板對陶瓷面板的支撐力減弱，陶瓷板反面產生的初 始軸向裂紋開始沿著彈方向返回。裂紋的聚合導致彈片作用處的陶瓷開始全面 斷裂，彈片侵徹面板時的阻力及能量耗散迅速衰減，彈片仍以較完整的外形和 較高的動能沖擊背板。因此，傳統裝甲系統的陶瓷板不能有效抵抗彈片的沖擊， 無法對車輛進行有效地保護。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對傳統裝甲防護板結構方面的缺點，提供一種多層裝甲 防護系統。通過向多層裝甲板之間加入泡沫金屬作為能量吸收體，增強對目標 車輛內設備和人員的保護。本專利技術是通過以下技術方案來實現的一種多層裝甲防護系統，包括夕卜、中、內三層防護結構，所述的外、中、 內三層防護結構，是在外層高強抗撞擊板和內層高延展性背板之間填充一種泡 沫金屬作為中層，并通過聚乙烯樹脂將泡沫金屬與外層高強抗撞擊板和內層高 延展性背板粘結，形成具有高強抗撞擊的外板、能量吸收體的泡沫金屬夾芯層 和高延展性背板的三明治結構，且這種三明治至少有一組。所述的泡沫金屬是孔隙率為60 90%的閉孔泡沫金屬，較佳的泡沫金屬是 孔隙率為75%的閉孔泡沫鋁。所述的高強抗撞擊板為陶瓷板或金屬板。所述的高延展性背板為金屬板、橡膠基或增韌酚醛基復合材料板，較佳的高延展性背 板為增韌酚醛基復合材料板。所述的聚乙烯樹脂為碳纖維增強的聚乙烯樹脂。本專利技術與現有技術相比，由于采用三明治結構，即泡沫金屬填充在致 密的兩層板之間，形成具有兩外板、粘合層和夾芯材料的結構。泡沫金屬是一 種具有高孔隙率的新型材料，己廣泛應用于多種工程領域，如隔熱、隔音和緩沖吸能等。尤其后者，充分利用了泡沫金屬材料的特殊性能相對較高的吸能 效率。因此，泡沫金屬可以承受彈片高速撞擊帶來的變形，降低沖擊荷載破壞 防護系統的程度，可以衰減由抗撞擊板傳遞而來的沖擊波強度，明顯吸收沖擊 波能量，減少對車輛內人員的殺傷幾率。 附圖說明圖1是一種多層裝甲防護系統的結構簡圖；圖2是高孔隙率的閉孔泡沫鋁典型微觀結構示意圖；圖3是閉孔泡沫鋁的單軸準靜態壓縮力學行為曲線。下面結合附圖通過較佳實施例對本專利技術作進一步的說明。具體實施方式如圖1所示， 一種多層裝甲防護系統，包括夕卜、中、內三層結構，所述 的外、中、內三層結構至少有一組，每組的具體結構在外層高強抗撞擊板1 和內層高延展性背板4之間填充一種泡沫金屬3作為中層，并通過聚乙烯樹脂2 使泡沫金屬3與外層高強抗撞擊板1和內層高延展性背板4粘結，形成具有高強抗撞擊的外板、能量吸收體的泡沫金屬夾芯層和高延展性復合材料背板的三 明治結構。所述的泡沫金屬3是孔隙率為60 90%的閉孔泡沫金屬，較佳的泡沫金屬 3是孔隙率為75%的閉孔泡沫鋁。所述的高強抗撞擊板1為陶瓷板或金屬板， 較佳的高強抗撞擊板1為金屬板。所述的高延展性背板4為金屬板、橡膠基或 增韌酚醛基復合材料板，較佳的高延展性背板4為增韌酚醛基復合材料板。所 述的聚乙烯樹脂2為碳纖維增強的聚乙烯樹脂。適用于本專利技術的泡沫金屬有泡沫鋁、泡沫鎳、泡沫鉛、泡沫鈦、泡沫鋅、 泡沫鐵、泡沫合金或復合泡沫金屬材料。泡沫金屬的制備方法可以采用壓縮空 氣法。壓縮空氣法制備泡沫金屬的工藝路線如下首先向發泡室中處于發泡溫 度的金屬熔體底部通入壓縮空氣，利用機械攪拌使熔體對空氣進行剪切粉碎， 形成適當尺寸的泡沫；泡沫上浮至熔體表面后進行收集并通過成型模具垂直連 續牽引出發泡室，冷卻后成為閉孔泡沫金屬型材。通過調整金屬熔體成分、發 泡溫度、壓縮空氣的壓力與流量等因素可以控制泡沫金屬的密度。例如泡沫鋁 的密度可以在0. 1 0. 3g/cm3之間變化。所述的孔隙率為75%的閉孔泡沫鋁，為了與外層高強抗撞擊板和內層高延 展性背板粘結，將碳纖維增強的聚乙烯樹脂熔化后加壓熱敷在泡沫鋁兩側，使夾 芯層表面更加光潔，易與高強抗撞擊板和背板粘接，同時提高了夾芯層強度。抗撞擊板是一層高強度金屬板或陶瓷板，其外層表面可以承受彈片或 爆炸物地直接撞擊，內層表面則與泡沬金屬和聚乙烯樹脂構成的夾芯層接觸。 顯然，抗撞擊板是一層強度很高的材料，在彈片接觸夾芯層之前對其起保護作 用。另外，本專利技術的多層裝甲系統還包括一層背板，該板通過高分子量聚乙烯 樹脂與夾芯層粘結。背板是一層高延展性板材，如金屬板、橡膠基或增韌酚醛 基復合材料板。多層裝甲防護系統可由所述的一組裝甲防護系統通過附加構件組合而成。 如圖2所示， 一種高孔隙率的閉孔泡沬鋁的典型微觀結構，可以看出與 基體純鋁相比，泡沫鋁具有非常小的相對密度。在形變過程中，泡沫鋁微觀結 構的變化是孔胞壁變形、孔隙塌陷及孔胞壁擠壓，從而可以吸收大量的能量。 因此，這種材料具有非常特殊的應力應變行為和性能，盡管比強度要小于基體 純鋁，但是較高的吸能效率還是使泡沫鋁在防爆隔振和緩沖吸能領域有廣泛的應用。圖3是圖2所示泡沫鋁的單軸準靜態壓縮力學行為曲線，橫軸表示應變， 縱軸表示應力。圖中所示的曲線可以分為三個區域線彈性區l，屈服平臺區2 (壓力變化恒定)，致密區3。在線彈性區域l中，泡沫金屬產生彈性變形，試件兩端的泡沫先發生坍塌，而中間的泡沫結構基本保持原狀，壓縮變形不是很明顯，此時的應力應變曲線是可逆的。隨著變形繼續，曲線進入屈服平臺區2， 塌陷由兩端向中間擴展，應變曲線出現一段較長的低應力平臺，表明此時泡沫 材料能夠保持在相對較低的應力下吸收大量的能量，直至致密區3。在致密區3， 中間的泡沫受到擠壓向兩端膨脹，材料進入密實階段，應力隨著應變增大而迅 速上升。在沖擊載荷作用下，泡沫結構對泡沫金屬的動態力學性能的影響是主 要的，其應力應變曲線同樣具有三階段特性。應力應變曲線下區域的面積 表示被泡沫金屬吸收的能量。通過改變泡沫金屬的基本物理性能，如泡沫結構、相對密度、孔徑、壁厚 和均勻性，可以將吸能能力調至最大。通過向泡沫金屬中加入增韌陶瓷顆粒， 同樣可以改進其彈性模量和屈服平臺高度，增強吸收能量的能力。泡沫金屬通過吸收由高強抗撞擊板傳遞而來的沖擊波能量，可以延緩或減 小對背板造成的損壞，從而保護車輛內的人員或設備。沖擊波能量首先壓縮泡 沫金屬表面，孔胞壁彈性彎曲引起泡沫金屬產生彈性變形，接著孔胞的漬塌導 致泡沫金屬材料的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多層裝甲防護系統，包括：外、中、內三層結構，其特征在于：所述的外、中、內三層結構，是在外層高強抗撞擊板１和內層高延展性背板４之間填充一種泡沫金屬３作為中間層，并通過聚乙烯樹脂２與泡沫金屬層粘結，形成具有高強抗撞擊的外板、能量吸收體的泡沫金屬夾芯層和高延展性背板的“三明治”結構，且系統中至少有一組這種“三明治”結構。

【技術特征摘要】
及其同等技術的范 圍之內，則本發明也包含這些改動和變形在內。權利要求1、一種多層裝甲防護系統，包括外、中、內三層結構，其特征在于所述的外、中、內三層結構，是在外層高強抗撞擊板1和內層高延展性背板4之間填充一種泡沫金屬3作為中間層，并通過聚乙烯樹脂2與泡沫金屬層粘結，形成具有高強抗撞擊的外板、能量吸收體的泡沫金屬夾芯層和高延展性背板的“三明治”結構，且系統中至少有一組這種“三明治”結構。2、 按照權利要求1所述的裝甲防護系統，其特征在于所述的泡沫金屬3為孔隙率為60 90%的閉孔泡沫金屬。3、 按照權利要求2所述的裝甲防護系...

【專利技術屬性】
技術研發人員：白培康，劉煒，王志云，王建宏，劉斌，
申請(專利權)人：中北大學，
類型：發明
國別省市：14[中國|山西]