0769-22105334
本发明涉及装甲防护，具体涉及一种直升机用轻量化抗弹防爆复合装甲及制备方法。
1、在现代化武装冲突作战中，直升机具有空中悬停、近地面飞机且不需要专用起降跑道等特点，其极大地提高了陆军的机动作战能力，在现代军事行动有着不可取代的特殊作用。但是，直升机在中低空作战时，易受到来自地面的火力打击，在没有防弹防爆装置或者本身防护能力不足的情况下，直升机被击中、损毁的风险极高。目前，直升机用抗弹防爆复合装甲的防护能力往往与重量息息相关，即抗弹防爆复合装甲越重、其厚度越大，防护能力越强；但配置过重的抗弹防爆复合装甲会严重影响直升机的机动性，降低直升机战斗能力、提高直升机被火力击中的概率。
2、对于目前执行低空作战任务的直升机而言，其主要面对的威胁是直径12.7mm的高射机枪射击的穿甲燃烧弹；目前常见的直升机防护装甲多采用碳化硼与高性能纤维增强复合材料层压板制成，其用于防御弹丸理论终点攻击速度在488m/s左右的12.7mm穿甲燃烧弹、其面密度为44kg/m2，能够有效防止子弹穿透。但是，对于低空作战的直升机而言，存在遭遇便携式地对空导弹袭击的概率，导弹袭击附近会产生强烈冲击波与高温燃烧，对直升机造成较大冲击力，同时会形成局部高温、甚至烧损现象，从而加速防护装甲的老化、脱落，使得防护装甲失去防护作用。若要提高防护装甲的抗烧蚀、抗冲击能力，又需要增加防护装甲的厚度与重量，降低直升机的机动性。综上，直升机的防护能力与机动性存在矛盾，现有技术无法有效平衡直升机抗弹防护能力与机动性之间的关系。
1、针对以上现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种直升机用轻量化抗弹防爆复合装甲，该复合装甲为直升机机身关键部位提供轻武器弹道与爆炸冲击波、破片防护，同时还具备优异的隔声性能、阻燃性能，有效提升直升机在低空作战过程中的生存能力。
2、本发明的另一个目的在于提供一种直升机用轻量化抗弹防爆复合装甲的制备方法。
4、一种直升机用轻量化抗弹防爆复合装甲，包括依次设置的止裂层、米乐股份有限公司抗弹层、支撑层、缓冲层与吸能层；支撑层采用多树脂体系的芳纶纤维与碳纤维混编复合层压板，包括第一复合层压板与第二复合层压板；第一复合层压板靠近抗弹层，由芳纶纤维与碳纤维混编后、与酚醛树脂复合层压获得；第二复合层压板靠近缓冲层，由芳纶纤维与碳纤维混编后、与环氧树脂复合层压获得；缓冲层采用环氧树脂与泡沫铝的复合结构且环氧树脂位于泡沫铝的上、下表面。
5、基于上述方案的进一步优化，所述止裂层采用面密度为200±10g/m2、厚度0.2mm～0.4mm、经/纬向断裂强度不小于5000n/50mm的芳纶平纹布。
6、基于上述方案的进一步优化，所述抗弹层采用体积密度为2.52±0.03g/m3、厚度9.7mm～10.3mm的碳化硼陶瓷；抗弹层的碳化硼陶瓷力学性能为：维氏硬度≥35gpa，断裂韧性大≥3.5mpa·m1/2，弯曲强度≥300mpa，压缩强度≥2000mpa。
7、基于上述方案的进一步优化，所述支撑层整体厚度为4.9mm～5.5mm，其中第一复合层压板与第二复合层压板之间的厚度比2.5～3.5：2。
8、基于上述方案的进一步优化，所述第一复合层压板中，单层混杂纤维的芳纶纤维与碳纤维的丝束比为6～8：3，单层混杂纤维的面密度为300g/m2～400g/m2；第一复合层压板中，相邻两层混杂纤维之间的纤维丝束的角度为30°/60°（即相邻两层混杂纤维之间，一层纤维丝束经纬线°、另一层纤维丝束经纬线°，且单层径向、纬向的芳纶纤维与碳纤维均按6～8：3的比例排布），且酚醛树脂的含量为20%～30%。
9、基于上述方案的进一步优化，所述第二复合层压板中，单层混杂纤维的芳纶纤维与碳纤维的丝束比为4：5～7，单层混杂纤维的面密度为350 g/m2～450g/m2；第二复合层压板中，相邻两层混杂纤维之间的纤维丝束的角度为0°/90°（即相邻两层混杂纤维之间，一层纤维丝束经纬线°、另一层纤维丝束经纬线°，且单层径向、纬向的芳纶纤维与碳纤维均按4：5～7的比例排布），且环氧树脂的含量为35%～45%。
10、基于上述方案的进一步优化，所述缓冲层厚度为2.2mm～2.8mm，缓冲层的体积密度为1.03±0.05g/cm3；缓冲层中，环氧树脂的含量为30%～50%且环氧树脂均匀分布在泡沫铝的上、下表面。
11、基于上述方案的进一步优化，所述吸能层采用厚度为4.5mm～5.5mm、体积密度为0.97±0.02g/cm3的超高分子量聚乙烯层压板。
13、步骤一、止裂层制备：将芳纶纤维编织成芳纶平纹布，经、纬向密度为9根/cm～11根/cm，获得止裂层备用；
15、制备第一复合层压板：首先将芳纶纤维与碳纤维按照6～8：3的丝束比例进行排布、并按照经纬线°分别进行混合编织，获得多层第一混杂纤维平纹布，然后将第一混杂纤维平纹布依次浸渍在酚醛树脂中制成预浸料，最后将多层预浸料按照30°/60°的角度依次铺叠（即30°-60°-30°-60°-…的方式进行铺叠，直至满足厚度要求）、并模压成型，获得第一复合层压板；
16、制备第二复合层压板：首先将芳纶纤维与碳纤维按照4：5～7的丝束比例进行排布、并按照经纬线°分别进行混合编织，获得多层第二混杂纤维平纹布，然后将第二混杂纤维平纹布依次浸渍在环氧树脂中制成预浸料，最后将多层预浸料按照0°/90°的角度依次铺叠（即0°-90°-0°-90°-…的方式进行铺叠，直至满足厚度要求）、并模压成型，获得第二复合层压板；
17、第一复合层压板与第二复合层压板结合：将第一复合层压板、环氧类中温固化型热熔胶膜、第二复合层压板铺叠依次放置在真空袋中，并预抽线min；之后，将带有复合层的真空袋转移至热压罐中，进行热压复合成型，获得支撑层备用；
18、步骤三、缓冲层制备：首先，在硅橡胶形成的凹槽内放置聚四氟乙烯隔离膜，并将环氧树脂铺在凹槽内的聚四氟乙烯隔离膜表面；然后，将预先准备的泡沫铝放置在凹槽内的环氧树脂表面、再在泡沫铝的表面倾倒环氧树脂，并在倾倒后的环氧树脂表面铺叠一层聚四氟乙烯隔离膜；之后，在凹槽上放置一块硅橡胶平板、对硅橡胶凹槽形成封闭，并将整个容器放置在真空袋中，进行抽真空封装、热压复合，获得缓冲层备用；
19、步骤四、吸能层制备：将超高分子量聚乙烯无纬布按照0°/90°的角度依次铺叠、并模压成型，获得吸能层备用；
20、步骤五、复合装甲制备：首先，将制备得到的止裂层、抗弹层、支撑层、缓冲层与吸能层按尺寸进行裁剪、加工，并通过酒精擦拭；然后，按顺序进行铺层，铺层过程中，各层连接表面采用聚乙烯类快速固化型热熔胶膜进行粘接；然后，将铺叠完成的复合层放置在真空袋中，并预抽线min；之后，将带有复合层的真空袋转移至热压罐中，进行热压复合成型，获得复合装甲。
21、基于上述方案的进一步优化，所述步骤二中第一复合层压板的模压温度为170℃～190℃、压力为15mpa～25 mpa、保温保压时间为90min～120min，第二复合层压板的模压温度为160℃～170℃、压力为15mpa～25 mpa、保温保压时间为60min～90min；第一复合层压板与第二复合层压板复合温度为120℃～140℃、压力为2.5mpa～4 mpa、米乐股份有限公司保温保压时间为60min～100min。
22、基于上述方案的进一步优化，所述步骤三中环氧树脂采用黏度为6000mpa·s～10000mpa·s的高强韧环氧树脂；步骤三中线、基于上述方案的进一步优化，所述步骤四中模压温度为120℃～130℃、压力为15mpa～25mpa、保温保压时间为90min～120min。
24、基于上述方案的进一步优化，所述步骤五中热压罐固化温度为1.8mpa～2.2mpa、温度为110℃～120℃，保温保压时间70min～80min。
26、本技术复合装甲通过第一复合层压板、第二复合层压板的支撑层与环氧树脂、泡沫铝的缓冲层的结构组合，利用酚醛树脂、环氧树脂的多树脂体系，一是提高各层之间的结合强度、避免出现明显的分层问题，确保复合装甲整体的防护性能；二是通过酚醛树脂、环氧树脂与碳纤维、芳纶纤维的体系组合，在保证支撑层阻燃性与抗烧蚀性能的同时、由能确保支撑层具备高抗弯强度，提升了支撑层与其相邻两层的协同匹配效果（既配合抗弹层进行抵抗弹丸、阻隔燃烧破坏，又配合缓冲层进行能量的分散消耗、提升整体坍缩吸能效果）、大幅提高了抗弹层吸能比，从而实现对高速弹丸冲击的有效防护与冲击波能量高效耗散，避免复合装甲在高温高冲击波下加速损坏等问题；此外，利用环氧树脂与泡沫铝的配合，通过环氧树脂提升铝泡沫的表面平整度，形成表面平整无孔洞、内部多孔的结构层，一是有效提高缓冲层与相邻结构层之间的结合强度，避免冲击过程中结构层主动脱落、影响防护效果，二是提升缓冲层整体的结构强度、确保冲击下支撑吸能，三是利用多孔结构进行吸能缓冲、配合支撑层的纤维-树脂体系，有效抵消打击过程中的冲击波等能量。
27、本技术直升机用轻量化抗弹防爆复合装甲能够在确保面低密度、整体面密度不大于41.5kg/m2，厚度薄、厚度不超过25mm的条件下，有效防御速度488m/s的12.7mm穿甲燃烧弹与速度2000m/s的1.1g模拟破片弹，防护效果佳；同时，本技术复合装甲还具备优异的隔声性能、隔声量超过35db以及阻燃性能，能够有效避免打击过程中的声波与高温燃烧造成的结构层加速老化、剥落等问题，整体性能优异，能够有效提升直升机在低空作战过程中的生存能力与机动性，降低驾乘人员及关键设备被攻击后损毁的概率。
技术研发人员：聂嘉兴,程时雨,李忠盛,黄安畏,丛大龙,吴永鹏,郭峰,林禹,李鹏,罗茜,汪君杰,杨昕睿
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