本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種防彈復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代科技不斷進步，對于防護裝備，人們除了考慮其防護性能外，輕型、舒適也是使用者和生產(chǎn)商所共同追求的目標(biāo)。現(xiàn)代防護材料正朝著輕質(zhì)、高強方向發(fā)展。從20世紀(jì)70年代開始，由增強纖維和樹脂基體復(fù)合的樹脂基防彈復(fù)合材料就已經(jīng)應(yīng)用在防護領(lǐng)域，其既具有優(yōu)良的物理機械性能，又具有相較于金屬防彈材料而言更高的比強度和比模量，密度小，能夠大大減輕防彈裝甲的重量，更具有靈活性。在受子彈沖擊時，樹脂基防彈復(fù)合材料的能量吸收率好，同時其抗震疲勞性和減震性也得到很大提高，且不存在對子彈的二次反彈問題，不造成“二次殺傷”。由于其良好的物理機械性能和化學(xué)性能，樹脂基防彈復(fù)合材料逐漸取代了傳統(tǒng)的鋼鐵和陶瓷而成為防彈主流材料，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纖維，由平均分子量在萬以上聚乙烯紡制而成，是繼芳綸纖維后出現(xiàn)的另一種高強度、高模量纖維，其密度低、韌性強、耐腐蝕性好、分子結(jié)構(gòu)取向度高，具有比芳綸纖維更優(yōu)異的防彈特性，因此是制作防彈復(fù)合材料的絕佳材料。然而，由于UHMWPE纖維表面平滑，大分子主鏈上沒有極性基團，導(dǎo)致其表面粘接性差，難以與傳統(tǒng)樹脂基體產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)合。為了充分利用UHMWPE纖維的優(yōu)勢，一般對纖維進行表面處理或?qū)渲w進行改性。但對纖維進行表面處理易對纖維力學(xué)性能產(chǎn)生不良影響，因此對樹脂基體進行改性成為首選方法。目前用于與UHMWPE纖維復(fù)合的改性樹脂基體很多，如改性環(huán)氧樹脂、聚乙烯樹脂、乙烯基酯樹脂等，但現(xiàn)有方法制備的UHMWPE纖維-樹脂復(fù)合材料仍然存在各種問題，如纖維與樹脂界面性差、樹脂固化后斷裂延伸率小、不耐沖擊等，不能滿足防彈材料的使用要求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供一種抗沖擊力強、質(zhì)輕、防彈效果好的防彈復(fù)合材料及其制備方法，并且其制備方法簡便易行，成本低廉，易于大尺寸或異形件的成型。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：
提供一種防彈復(fù)合材料，所述防彈復(fù)合材料由多層UHMWPE纖維布浸潤改性聚苯乙烯樹脂預(yù)聚體后真空固化得到；
所述改性聚苯乙烯樹脂預(yù)聚體由苯乙烯和EVA顆粒加熱攪拌均勻后加入引發(fā)劑和交聯(lián)劑后預(yù)聚得到。
按上述方案，所述改性聚苯乙烯樹脂預(yù)聚體的制備方法為：將EVA顆粒和苯乙烯按質(zhì)量比1:2-4混合后加熱至50-80℃，攪拌均勻至無色透明狀態(tài)，然后向其中加入引發(fā)劑和交聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌至變?yōu)槿榘咨?，停止攪拌得到改性聚苯乙烯樹脂預(yù)聚體。
優(yōu)選的是，所述EVA顆粒和苯乙烯質(zhì)量比為1:3。
按上述方案，所述引發(fā)劑為AIBN，加入量為苯乙烯質(zhì)量的0.5％；所述交聯(lián)劑為三烯丙基異氰脲酸酯(TAIC)，加入量為苯乙烯質(zhì)量的1％。
按上述方案，所述防彈復(fù)合材料厚度為15-20mm。
本發(fā)明還提供上述防彈復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟：
1)制備改性聚苯乙烯樹脂預(yù)聚體：將苯乙烯和EVA顆?；旌虾蠹訜嶂?0-80℃，攪拌均勻至無色透明狀態(tài)，然后向其中加入引發(fā)劑和交聯(lián)劑，繼續(xù)攪拌至變?yōu)槿榘咨Ｖ箶嚢璧玫礁男跃郾揭蚁渲A(yù)聚體；
2)制備防彈復(fù)合材料：將UHMWPE纖維布用步驟1)所得改性聚苯乙烯樹脂預(yù)聚體浸潤，然后將多層UHMWPE纖維布堆疊，在真空條件下加熱固化得到防彈復(fù)合材料。
按上述方案，步驟2)真空度為-0.08MPa～-0.01MPa，所述固化工藝為固化溫度90-110℃，固化時間4-6h。
本發(fā)明還包括上述防彈復(fù)合材料在軟質(zhì)防彈衣及防彈裝甲方面的應(yīng)用。
本發(fā)明的有益效果在于：1、超高分子量聚乙烯纖維是一種高強度、高模量纖維，其密度低、韌性強、耐腐蝕性好、分子結(jié)構(gòu)取向度高，具有比芳綸纖維更優(yōu)異的防彈特性，但由于UHMWPE纖維表面平滑，大分子主鏈上沒有極性基團，導(dǎo)致其表面粘接性差，難以與傳統(tǒng)樹脂基體產(chǎn)生化學(xué)鍵結(jié)合。本發(fā)明使用一種改性聚苯乙烯樹脂—乙烯醋酸乙烯共聚物(EVA)改性聚苯乙烯樹脂，與UHMWPE纖維進行復(fù)合，該樹脂具有苯乙烯良好的浸潤性，可與UHMWPE纖維緊密粘結(jié)；同時，該改性樹脂克服了傳統(tǒng)聚苯乙烯樹脂脆性大的缺點，引入柔韌性高、填料相容性好的EVA，所制備的防彈復(fù)合材料V50值可達623m/s，具有良好的抗彈道侵徹性，且質(zhì)量輕；2、本發(fā)明制備方法簡便易行，成本低廉，且便于大尺寸和異形件的一次成型，有著良好的應(yīng)用前景，如用于制備軟質(zhì)防彈衣及防彈裝甲等。
具體實施方式
為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
實施例1
制備一種防彈復(fù)合材料，步驟如下：
(1)將UHMWPE纖維布(厚度為0.5mm)裁剪成20cm×20cm的方形布，放置在50℃烘箱中烘10min以減少纖維中的水分；
(2)采用減壓蒸餾法將苯乙烯(分析純)提純后至于5℃下保存待用，將25gEVA顆粒和75g提純后的苯乙烯置于燒杯中，然后將燒杯置于70℃油浴鍋中攪拌均勻至無色透明狀態(tài)，再向其中加入0.375g AIBN和0.75g TAIC，繼續(xù)攪拌至顏色變?yōu)槿榘咨?，停止攪拌，制備出改性聚苯乙烯樹脂預(yù)聚體；
(3)將平板玻璃模具至于丙酮溶液中超聲清洗10min，模具干燥后在平板玻璃模具四周貼上黑色密封膠，隨后在模具內(nèi)玻璃上均勻涂上一層脫模劑，待其自然風(fēng)干，將已去除水分的UHMWPE纖維布置于平板玻璃模具上，用刮板將制備的改性聚苯乙烯樹脂預(yù)聚體均勻刮在UHMWPE纖維布上，使其完全浸潤，然后將UHMWPE纖維布層層堆疊，共堆疊26層，隨后在堆疊好的UHMWPE纖維布上平鋪一層脫模布，根據(jù)試樣大小在合適位置放置一根真空管，最后用真空袋將整個試樣密封；
(4)將真空管連接真空泵抽真空，使整個體系的真空度達到-0.08MPa，保持30min后將真空管密封，將整個模具置于烘箱中按照固化溫度100℃，固化時間4h進行固化，待樣品固化完全后，冷卻并脫模，得到防彈復(fù)合材料，厚度為15.4mm。
將本實施例所制備的防彈復(fù)合材料使用發(fā)射器型號為56式彈道發(fā)射槍，口徑7.62mm，鋼芯彈質(zhì)量為5.59g進行彈道侵徹實驗，子彈射擊距離為5m。測試內(nèi)容為V50，即穿透概率為50％的子彈速度，常用來分析防彈性能的差異。實驗結(jié)果表明：該防彈復(fù)合材料V50值為623m/s，防彈復(fù)合材料面密度為23.7Kg/m2，單位面密度吸能為61J·m2/kg，平均剝離強度為18.4N/5mm。
注：防彈復(fù)合材料的剝離性能參考GB8808-88軟質(zhì)復(fù)合塑料材料剝離試驗方法進行，參考試驗標(biāo)準(zhǔn)GB/T2791-1995膠粘劑T型剝離強度試驗方法，采取T型剝離強度測試。試樣規(guī)格為：長度為200mm，寬度25mm，厚度2～3mm，測試?yán)焖俣葹?00mm/min。
實施例2
制備一種防彈復(fù)合材料，其余條件與實施例1相同，不同之處在于EVA和苯乙烯質(zhì)量比為1:4。將所制備的防彈復(fù)合材料進行剝離強度測試，測試方法同實施例1，測得其剝離強度為16.7N/5mm。
實施例3
制備一種防彈復(fù)合材料，其余條件與實施例1相同，不同之處在于EVA和苯乙烯質(zhì)量比為3:7。將所制備的防彈復(fù)合材料進行剝離強度測試，測試方法同實施例1，測得其剝離強度為13.8N/5mm。
可見，本發(fā)明提供了一種防彈性能優(yōu)良、成型工藝簡單的高性能纖維增強防彈復(fù)合材料，其防彈性能優(yōu)良、質(zhì)量輕、成型工藝簡單環(huán)保，便于大尺寸和異形件的一次成型，具有廣闊的軍事應(yīng)用前景。