本发明涉及单兵防护技术领域，特别涉及一种具有纤维缓释层的防弹插板。
背景技术：
防弹衣是战争中减低战士死亡率的重要防御装备。随着现代战争中武器性能的提升，武器的火力和杀伤力逐步增强，对人体伤害的威力不断的提高；而武器及士兵防御装备同时向着高防御性和轻量化发展，因此，高性能轻质量的防弹衣对于减少战争伤亡越来越重要，而防弹插板正是防弹衣中防御枪械射击的关键部件。
目前，现有的单兵防弹衣是由具有一定防弹能力的软材料，通过剪裁缝制成带有能放入防弹插板口袋的衣服。根据不同防弹等级要求插装放入不同等级的防弹插板。
现有的防弹插板多由碳化硅或碳化硼陶瓷板和pe(超高分子聚乙烯纤维)组成，根据测试，现有的这种防弹插板仅能够在15m距离有效防御95式5.8mm普通弹、56式7.62mm口径的穿甲弹、以及m14步枪发射的m80弹；而对于15m距离的53式7.62mm口径枪支击打的穿甲燃烧弹射击，根本无法实现有效的防御保护。因此，急需在防弹插板规范重量要求的范围内，通过改进，以提高其对重型机枪穿甲燃烧弹射击的防御性能。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明旨在提出一种具有纤维缓释层的防弹插板，以提高防弹插板的弹击防御性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种具有纤维缓释层的防弹插板，包括沿弹击方向依次设置的止裂层、陶瓷迎弹层和能量吸收层，于所述陶瓷迎弹层和所述纤维缓释层之间设有纤维缓释层，所述纤维缓释层采用碳纤维板。
进一步的，于所述陶瓷迎弹层和所述纤维缓释层之间夹设有过渡层，所述止裂层、所述陶瓷迎弹层、所述过渡层、所述纤维缓释层和所述能量吸收层之间经胶体粘接。
进一步的，所述止裂层和所述过渡层采用芳纶布。
进一步的，所述胶体包括环氧树脂胶、聚氨酯树脂胶、704有机硅胶中的一种或多种的混合。
进一步的，所述陶瓷迎弹层为厚度介于5-12mm之间的碳化硼复合陶瓷板或碳化硅复合陶瓷板。
进一步的，所述能量吸收层为厚度介于5-20mm之间的高分子聚乙烯板。
进一步的，所述纤维缓释层的厚度t2为1-10mm。
进一步的，所述防弹插板的外部包覆有防护层。
进一步的，所述防护层为牛津防水布或0.3-1mm厚的聚脲涂层。
进一步的，所述防弹插板的各层呈彼此随形的多曲面状，并形成对所述防弹插板的全覆盖。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
(1)本发明所述的具有纤维缓释层的防弹插板，通过在陶瓷迎弹层和纤维缓释层之间覆设纤维缓释层，充分发挥了碳纤维的纤维取向度高、韧性强的特质，从而对击破陶瓷迎弹层后的子弹所产生的击穿力形成高效的发散和缓解，进而可降低能量吸收层被击穿的可能，有利于提高防弹插板的弹击防御性能。
(2)在陶瓷迎弹层和纤维缓释层之间夹设一层过渡层，利于各层之间的粘接，通过胶体粘接工艺，将各层粘接形成防弹插板，工艺成熟可靠，利于提高防弹插板的生产效率。
(3)采用芳纶布作为止裂层和过渡层使用，不仅具备良好的粘接性能，且具备较高的韧性，可有效防止陶瓷迎弹层被击碎后的飞溅。
(4)采用环氧树脂胶、聚氨酯树脂胶、704有机硅胶等树脂胶进行粘接，具备高强度的粘接性能，且与防弹插板各层的粘附牢固性高，有利于防弹插板的整体牢固度的提升。
(5)碳化硼复合陶瓷板或碳化硅复合陶瓷板均具备极高的强度和硬度，根据防弹等级的要求，选择适合的厚度，可形成对弹击冲击力的有效消减。
(6)使用pe等高分子聚乙烯板作为能量吸收层使用，具有良好的韧性和拉伸性能，可大量吸收缓解子弹的冲击力，构成对人体的有效防护。
(7)将纤维缓释层设置为1-10mm厚，针对不同防弹等级进行调整，可形成对弹击力的良好发散和缓释，扩大纤维缓释层和能量吸收层上的收冲击范围，从而降低能量吸收层被击穿的可能。
(8)在防弹插板的外部包覆防护层，可起到良好的防尘防水的效果，有助于防弹插板使用性能的保持。
(9)采用牛津防水布或聚脲涂料的涂装层作为防护层，防水性能优异，且可增加防弹插板的表面强度，降低防弹插板表面损伤情况的发生。
(10)防弹插板采用多曲面结构形状，可实现与人体前胸随形贴附，各层全面覆盖整个防弹插板，形成完备的防御面，利于形成对人体的可靠保护。
附图说明
构成本发明的一部分的附图，是用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明是用于解释本发明，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的具有纤维缓释层的防弹插板的立体结构示意图；
图2为本发明实施例所述的防弹插板的爆炸图；
图3为图1中a-a所示的剖面结构示意图；
图4为图3中b所示部位的局部放大图；
图5为本发明实施例所述的防弹插板与普通防弹插板受弹击时的状态对比示意图；
附图标记说明：
1、止裂层；2、陶瓷迎弹层；3、过渡层；4、纤维缓释层；5、能量吸收层；6、防弹插板；7、爆裂点。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“背”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本实施例涉及一种具有纤维缓释层的防弹插板，有利于提高防弹插板的弹击防御性能。
如图1和图2所示，该具有纤维缓释层的防弹插板包括沿弹击方向依次设置的止裂层1、陶瓷迎弹层2和能量吸收层5。其中，在陶瓷迎弹层2和纤维缓释层4之间设有纤维缓释层4。该纤维缓释层4采用碳纤维板。
基于上述的设计思想，本实施例的具有纤维缓释层的防弹插板的一种示例性结构如图1及图2所示，该防弹插板6由止裂层1、陶瓷迎弹层2、过渡层3、纤维缓释层4和能量吸收层5沿着弹击的方向依次层叠设置，逐层覆盖粘接而成。
结合图3所示，为形成完备的防御面，防弹插板6的各层呈彼此随形的多曲面状，且各层的大小形状一致，均形成对防弹插板6的全面覆盖。防弹插板6采用多曲面结构形状，可实现与人体前胸的随形贴附，各层全面覆盖整个防弹插板6，则利于形成对人体的可靠保护。
如图3并结合图4所示，过渡层3设于陶瓷迎弹层2和纤维缓释层4之间，止裂层1、陶瓷迎弹层2、过渡层3、纤维缓释层4和能量吸收层5之间经胶体粘接。在陶瓷迎弹层2和纤维缓释层4之间夹设一层过渡层3，利于各层之间的粘接，通过胶体粘接工艺，将各层粘接形成防弹插板6，工艺成熟可靠，利于提高防弹插板6的生产效率。用于粘接的胶体可采用环氧树脂胶、聚氨酯树脂胶、704有机硅胶等，可选用其中的一种，也可选取其中的几种混合使用。采用环氧树脂胶、聚氨酯树脂胶、704有机硅胶等树脂胶进行粘接，具备高强度的粘接性能，且与防弹插板6各层的粘附牢固性高，有利于防弹插板6的整体牢固度的提升。
上述的止裂层1和过渡层3优选均采用芳纶布，以充分发挥芳纶布良好的粘接性能，并且，由于芳纶布具备较高的韧性，止裂层1和过渡层3对陶瓷迎弹层2形成良好的包裹，从而可有效防止陶瓷迎弹层2被击碎后的飞溅。
同时，防弹插板6的外部包覆有防护层(图中未示出)，该防护层主要用于防尘防水及防止划损，可采用较高韧性的牢固布料。在本实施例中，防护层采用牛津防水布，或者，通过喷涂一定厚度的聚脲涂层实现。当喷涂聚脲涂料时，厚度以0.3-1mm为宜，优选喷涂0.5mm厚的聚脲涂层。在防弹插板6的外部包覆防护层，可起到良好的防尘防水的效果，有助于防弹插板6使用性能的保持，而采用牛津防水布或聚脲涂料的涂装层作为防护层，防水性能优异，且可增加防弹插板6的表面强度，降低防弹插板6表面损伤情况的发生。
对于发挥主要防弹作用的陶瓷迎弹层2、纤维缓释层4和能量吸收层5，如图4所示，陶瓷迎弹层2优选采用碳化硼复合陶瓷板或碳化硅复合陶瓷板，陶瓷迎弹层2的厚度t1为5-12mm。碳化硼复合陶瓷板或碳化硅复合陶瓷板均具备极高的强度和硬度，根据防弹等级的要求，选择适合的厚度，可形成对弹击冲击力的有效消减。
能量吸收层5优选采用高分子聚乙烯板或者芳纶纤维，使用pe等高分子聚乙烯板或者芳纶纤维，以其具有良好的韧性和拉伸性能，可大量吸收缓解子弹的冲击力，构成对人体的有效防护。能量吸收层5的厚度t3可设置为5-20mm，用于应对不同防弹等级的需要。
纤维缓释层4的厚度t2优选设置在1-10mm之间，并应针对不同防弹等级进行调整，可形成对弹击力的良好发散和缓释，扩大纤维缓释层4和能量吸收层5上的收冲击范围，从而降低能量吸收层5被击穿的可能。
对于陶瓷迎弹层2、纤维缓释层4和能量吸收层5的厚度设置，应根据防弹等级的不同需求配合设置。例如，用于警察防弹衣使用的防弹插板6，主要面对手枪等小口径子弹的防弹要求，使用6mm厚的陶瓷迎弹层2，配合10mm厚的能量吸收层5，即可到达防止防弹插板6被击穿的要求。随着防弹等级的上升，陶瓷迎弹层2、纤维缓释层4和能量吸收层5的厚度应相应增加，当能量吸收层5的厚度增至15mm、纤维缓释层4采用1-10mm厚、陶瓷迎弹层2采用7-10mm厚时，可满足15m距离53式穿甲燃烧弹的弹击防御需要。
结合图5所示，能量吸收层5取厚度10mm、纤维缓释层4为厚度4mm的碳纤维板、陶瓷迎弹层2取厚度9mm的防弹插板6，在15m距离下接受53式穿甲燃烧弹的弹击实验，实验的数据情况如下：
采用同等上述规格的两片防弹插板6，重量分别为2.969kg和2.906kg，尺寸均为325mm陶瓷迎弹层265mm，高温55℃下三小时后均接受三次弹击。获得的六组数据为：
①弹头速度877m/s——凹陷深度29.2mm；
②弹头速度873m/s——凹陷深度20.8mm；
③弹头速度878m/s——凹陷深度30.4mm；
④弹头速度878m/s——凹陷深度22.2mm；
⑤弹头速度877m/s——凹陷深度19.8mm；
⑥弹头速度874m/s——凹陷深度33.5mm。
可见，未发生击穿的情况，且防弹插板6凹陷的深度均在34mm以下，对防弹插板6内侧的人体可形成的冲击伤害在可接受的范围内，明显优于现有防弹插板6的防御性能。
由于纤维缓释层4的设置，且纤维缓释层4采用了具有极高韧性的碳纤维材料，在陶瓷迎弹层2先行消减了弹头的冲击后，纤维缓释层4对弹头的力量进行了有效的发散和缓解。在备选的碳纤维材料中，根据碳纤维丝束中单丝数量划分的规格中，有1k、3k、6k、12k小丝束碳纤维，本实施例的纤维缓释层4优选使用3k系列产品，例如牌号tz700s的碳纤维。碳纤维的各层可采用平纹、斜纹或者平纹斜纹交叉层叠的编织方式。
如图5所示，(a)为现有普通防弹插板受弹击时的形变状态，(b)为本实施例所述的防弹插板6的受弹击时的形变状态。(b)中，在防弹插板6的面域内，以爆裂点7为中心，纤维缓释层4将弹头的冲击力向着四周发散，并进行缓解，之后再由能量吸收层5进一步吸收缓释，所形成的受力破损区域的径向尺寸d2大，防弹插板6内侧凸起的高度h2(即防弹插板6的凹陷深度)小。而在(a)中，由于只能依靠能量吸收层5的消减吸收，爆裂点7造成的受力破损区域的径向尺寸d1小，防弹插板6内侧凸起的高度h1大。正是基于以上原因，本实施例的防弹插板6的弹击防御性能得到大大的改善。
高性能纤维在子弹侵入过程中变形、破坏，消耗子弹的破碎动能，其防弹性能可以用公式表示：
r2＝w×c
式中：r为防弹性能；w为断裂能量吸收率；c为纤维中的声速。c由纤维的模量和韧性决定，模量越高，韧性越好，c就越大，防弹性能越好。下表中列出了几种主要防弹材料的相关性能参数：
上表中，声速c为声波沿纤维轴向传播的速率，纤维取向度愈高，传递声速愈高。从中可以获知，碳纤维和芳纶在各种防弹材料具有突出的声速指标；尤其碳纤维的伸长率指标极为突出，将之引入防弹插板6的纤维缓释层4中，发挥了意想不到的良好效果。
高韧性的碳纤维材料，尤其是石墨烯碳纤维材料，正是借助碳原子形成的层层重叠的单层二维蜂窝状晶格结构，使碳纤维犹如韧性极强的网，形成对子弹的阻拦和力道的消解，从而起到了增加受力面、减小防弹插板6凹陷深度的作用。
本实施例所述的具有纤维缓释层的防弹插板，通过在陶瓷迎弹层2和纤维缓释层4之间覆设纤维缓释层4，充分发挥了碳纤维的纤维取向度高、韧性强的特质，从而对击破陶瓷迎弹层2后的子弹所产生的击穿力形成高效的发散和缓解，进而可降低能量吸收层5被击穿的可能，有利于提高防弹插板6的弹击防御性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种具有纤维缓释层的防弹插板，包括沿弹击方向依次设置的止裂层(1)、陶瓷迎弹层(2)和能量吸收层(5)，其特征在于：于所述陶瓷迎弹层(2)和所述纤维缓释层(4)之间设有纤维缓释层(4)，所述纤维缓释层(4)采用碳纤维板。
2.根据权利要求1所述的具有纤维缓释层的防弹插板，其特征在于：于所述陶瓷迎弹层(2)和所述纤维缓释层(4)之间夹设有过渡层(3)，所述止裂层(1)、所述陶瓷迎弹层(2)、所述过渡层(3)、所述纤维缓释层(4)和所述能量吸收层(5)之间经胶体粘接。
3.根据权利要求2所述的具有纤维缓释层的防弹插板，其特征在于：所述止裂层(1)和所述过渡层(3)采用芳纶布。
4.根据权利要求2所述的具有纤维缓释层的防弹插板，其特征在于：所述胶体包括环氧树脂胶、聚氨酯树脂胶、704有机硅胶中的一种或多种的混合。
5.根据权利要求1所述的具有纤维缓释层的防弹插板，其特征在于：所述陶瓷迎弹层(2)为厚度介于5-12mm之间的碳化硼复合陶瓷板或碳化硅复合陶瓷板。
6.根据权利要求1所述的具有纤维缓释层的防弹插板，其特征在于：所述能量吸收层(5)为厚度介于5-20mm之间的高分子聚乙烯板。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的具有纤维缓释层的防弹插板，其特征在于：所述纤维缓释层(4)的厚度t2为1-10mm。
8.根据权利要求7所述的具有纤维缓释层的防弹插板，其特征在于：所述防弹插板(6)的外部包覆有防护层。
9.根据权利要求8所述的具有纤维缓释层的防弹插板，其特征在于：所述防护层为牛津防水布或0.3-1mm厚的聚脲涂层。
10.根据权利要求7所述的具有纤维缓释层的防弹插板，其特征在于：所述防弹插板(6)的各层呈彼此随形的多曲面状，并形成对所述防弹插板(6)的全覆盖。
技术总结