单兵防弹装备用梯度式泡沫缓冲材料制备方法及缓冲材料与流程

1.本发明涉及泡沫缓冲材料技术领域，具体涉及一种单兵防弹装备用梯度式泡沫缓冲材料制备方法及缓冲材料。


背景技术：

2.单兵防弹装备是保障士兵生命安全的重要屏障，抵御子弹侵彻并防止人体出现贯穿伤和钝性伤是对其性能评价的基本要求。单兵防弹装备主要由防弹层和缓冲层组成，其中防弹层主要起防弹作用，用于抵抗子弹侵彻，而缓冲层主要起防护作用，用于削弱防弹衣冲击人体造成的钝性损伤。
3.现有单兵防弹装备的缓冲层通常采用低密度的eva(乙烯-醋酸乙烯共聚物)泡沫材料，但eva在弹道冲击下的变形较大，其防护性能还有待进一步优化提升。如何有效地解决上述技术难点，是目前本领域技术人员需解决的问题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种单兵防弹装备用梯度式泡沫缓冲材料制备方法及缓冲材料。
5.单兵防弹装备用梯度式泡沫缓冲材料的制备方法包括下述步骤：
6.制备柔性智能抗冲击凝胶材料步骤；
7.制备fiam-eva材料步骤，将所述柔性智能抗冲击凝胶材料与第一组合物进行处理后得到不同密度和不同硬度的fiam-eva材料；
8.制备梯度式泡沫缓冲材料步骤，将多个所述fiam-eva材料按密度和硬度由高到低进行叠加处理，得到梯度式泡沫缓冲材料。
9.进一步地，在所述制备柔性智能抗冲击凝胶材料步骤中，制备材料组分包括：
10.羟基硅油83.33-94.34份，硼酸5.66-16.67份。
11.进一步地，在所述制备柔性智能抗冲击凝胶材料步骤中，包括：
12.溶解步骤，向反应容器中加入所述硼酸和所述硼酸5倍体积的甘油，开启搅拌并将电炉温度设定为80-84℃，当温度达到设定温度时，继续搅拌27-33min，搅拌速度为300转/min，至反应物为无色透明，所述硼酸完全溶解于所述甘油；
13.第一次加热步骤，向反应容器中加入所述羟基硅油，同时开启搅拌并将电炉温度设定为140-148℃，待温度达到设定温度时继续搅拌并保持4h后，关闭搅拌，静置10min，倒出反应容器内的上层液体，所述上层液体为所述第一混合物；
14.第二次加热步骤，将所述第一混合物放入真空干燥箱中，抽取真空，设定温度为160-163℃，待温度达到设定温度时，保持2h，自然冷却后得到所述柔性智能抗冲击凝胶材料，其中，所述抽真空过程中的压强为-1mpa至-4mpa。
15.进一步地，在所述制备fiam-eva材料步骤中，所述第一组合物组分包括：
16.乙烯-醋酸乙烯共聚物68-71份、钙粉17-21份、偶氮二甲酰胺3-5份、氧化锌1.5-3
份、硬脂酸0.8-1.1份、过氧化二异丙苯0.6-1.1份。
17.进一步地，在所述制备fiam-eva材料步骤中，所述柔性智能抗冲击凝胶材料与所述第一组合物进行处理的过程为：
18.将双辊炼胶机升温至116-122℃，并加入所述乙烯-醋酸乙烯共聚物和5-15份的柔性智能抗冲击凝胶材料，搅拌1.5-2h使其均匀混合后得到第二混合物；
19.在所述第二混合物中加入所述钙粉、所述偶氮二甲酰胺、所述氧化锌、所述硬脂酸、所述过氧化二异丙苯进行二次密炼后得到第三混合物；
20.将所述第三混合物放入发泡机，在148-156℃温度下发泡13-26min，得到fiam-eva材料。
21.进一步地，在所述制备fiam-eva材料步骤中：
22.所述柔性智能抗冲击凝胶材料分别使用5份、10份15份三种含量，每种含量分别与所述第一组合物进行处理，从而得到不同密度和不同硬度的第一fiam-eva材料、第二fiam-eva材料和第三fiam-eva材料。
23.进一步地，当所述柔性智能抗冲击凝胶材料使用5份时，发泡倍率为6；
24.当所述柔性智能抗冲击凝胶材料使用10份时，发泡倍率为10；
25.当所述柔性智能抗冲击凝胶材料使用15份时，发泡倍率为15。
26.进一步地，在所述制备梯度式泡沫缓冲材料步骤中：
27.将所述第一fiam-eva材料、所述第二fiam-eva材料和所述第三fiam-eva材料按密度和硬度由高到低进行叠加，得到正梯度材料；
28.所述第一fiam-eva材料和所述第二fiam-eva材料之间，以及所述第二fiam-eva材料和所述第三fiam-eva材料之间均通过界面连接层相连接，得到梯度式泡沫缓冲材料。
29.进一步地，在所述制备梯度式泡沫缓冲材料步骤中：
30.将所述第一fiam-eva材料、所述第二fiam-eva材料和所述第三fiam-eva材料按密度和硬度由低到高进行叠加，得到负梯度材料；
31.所述第一fiam-eva材料和所述第二fiam-eva材料之间，以及所述第二fiam-eva材料和所述第三fiam-eva材料之间均通过界面连接层相连接，得到梯度式泡沫缓冲材料。
32.一种单兵防弹装备用梯度式泡沫缓冲材料，采用上述任一项所述的单兵防弹装备用梯度式泡沫缓冲材料的制备方法制备而成。
33.本发明中的梯度式泡沫缓冲材料显著提升了冲击防护性能。
附图说明
34.图1是本发明提供的fiam-eva正梯度材料的示意图；
35.图2是本发明提供的fiam-eva负梯度材料的示意图；
36.图3为本发明中的eva本料与fiam-eva梯度材料的损耗因子图；
37.附图标记：
38.1、第一fiam-eva材料；
39.2、第二fiam-eva材料；
40.3、第三fiam-eva材料；
41.4、界面连接层。
具体实施方式
42.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
43.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“连接”、“相连”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
44.实施例1
45.向反应容器中加入硼酸和硼酸5倍体积的甘油，开启搅拌并将电炉温度设定为80℃，当温度达到设定温度时，继续搅拌33min，搅拌速度为300转/min，至反应物为无色透明，硼酸完全溶解于甘油。
46.待硼酸完全溶解于甘油后，向反应容器中加入羟基硅油，同时开启搅拌并将电炉温度设定为140℃，待温度达到设定温度时继续搅拌并保持4h后，关闭搅拌，静置10min，倒出反应容器内的上层液体，上层液体为第一混合物。
47.其中，羟基硅油94.34份，硼酸5.66份。在本发明中，硼酸和羟基硅油总重量也可以为全部原料总重量的5％-15％。
48.将第一混合物放入真空干燥箱中，抽取真空，抽真空过程中的压强为4mpa，设定温度为160℃，待温度达到设定温度时，保持2h，自然冷却后得到柔性智能抗冲击凝胶材料(fiam)。
49.将双辊炼胶机升温至122℃，并加入乙烯-醋酸乙烯共聚物和5份的柔性智能抗冲击凝胶材料，搅拌1.5h使其均匀混合后得到第二混合物。
50.在第二混合物中加入钙粉、偶氮二甲酰胺、氧化锌、硬脂酸、过氧化二异丙苯进行二次密炼后得到第三混合物。
51.将第三混合物放入发泡机，在156℃温度下发泡13min，发泡倍率为6，得到第一fiam-eva材料。
52.将双辊炼胶机升温至122℃，并加入乙烯-醋酸乙烯共聚物和10份的柔性智能抗冲击凝胶材料，搅拌1.5h使其均匀混合后得到第二混合物。
53.在第二混合物中加入钙粉、偶氮二甲酰胺、氧化锌、硬脂酸、过氧化二异丙苯进行二次密炼后得到第三混合物。
54.将第三混合物放入发泡机，在156℃温度下发泡13min，发泡倍率为10，得到第二fiam-eva材料。
55.将双辊炼胶机升温至122℃，并加入乙烯-醋酸乙烯共聚物和15份的柔性智能抗冲击凝胶材料，搅拌1.5h使其均匀混合后得到第二混合物。
56.在第二混合物中加入钙粉、偶氮二甲酰胺、氧化锌、硬脂酸、过氧化二异丙苯进行二次密炼后得到第三混合物。
57.其中，乙烯-醋酸乙烯共聚物71份、钙粉17份、偶氮二甲酰胺5份、氧化锌1.5份、硬脂酸1.1份、过氧化二异丙苯0.6份。
58.将第三混合物放入发泡机，在156℃温度下发泡13min，发泡倍率为15，得到第三fiam-eva材料。
59.根据不同需求，将第一fiam-eva材料、第二fiam-eva材料和第三fiam-eva材料按密度和硬度由高到低进行叠加，得到正梯度材料。
60.将第一fiam-eva材料、第二fiam-eva材料和第三fiam-eva材料按密度和硬度由低到高进行叠加，得到负梯度材料。
61.在正梯度材料或负梯度材料中，第一fiam-eva材料和第二fiam-eva材料之间，以及第二fiam-eva材料和第三fiam-eva材料之间均通过界面连接层相连接，得到梯度式泡沫缓冲材料。其中，界面连接层为eva泡沫专用胶。
62.一种单兵防弹装备用梯度式泡沫缓冲材料，采用上述制备方法制备而成。
63.实施例2
64.向反应容器中加入硼酸和硼酸5倍体积的甘油，开启搅拌并将电炉温度设定为82℃，当温度达到设定温度时，继续搅拌30min，搅拌速度为300转/min，至反应物为无色透明，硼酸完全溶解于甘油。
65.待硼酸完全溶解于甘油后，向反应容器中加入羟基硅油，同时开启搅拌并将电炉温度设定为144℃，待温度达到设定温度时继续搅拌并保持4h后，关闭搅拌，静置10min，倒出反应容器内的上层液体，上层液体为第一混合物。
66.其中，羟基硅油88.33份，硼酸11.67份。
67.将第一混合物放入真空干燥箱中，抽取真空，抽真空过程中的压强为-2mpa，设定温度为162℃，待温度达到设定温度时，保持2h，自然冷却后得到柔性智能抗冲击凝胶材料。
68.将双辊炼胶机升温至119℃，并加入乙烯-醋酸乙烯共聚物和5份的柔性智能抗冲击凝胶材料，搅拌1.7h使其均匀混合后得到第二混合物。
69.在第二混合物中加入钙粉、偶氮二甲酰胺、氧化锌、硬脂酸、过氧化二异丙苯进行二次密炼后得到第三混合物。
70.将第三混合物放入发泡机，在152℃温度下发泡20min，发泡倍率为6，得到第一fiam-eva材料。
71.将双辊炼胶机升温至119℃，并加入乙烯-醋酸乙烯共聚物和10份的柔性智能抗冲击凝胶材料，搅拌1.7h使其均匀混合后得到第二混合物。
72.在第二混合物中加入钙粉、偶氮二甲酰胺、氧化锌、硬脂酸、过氧化二异丙苯进行二次密炼后得到第三混合物。
73.将第三混合物放入发泡机，在152℃温度下发泡19min，发泡倍率为10，得到第二fiam-eva材料。
74.将双辊炼胶机升温至119℃，并加入乙烯-醋酸乙烯共聚物和15份的柔性智能抗冲
击凝胶材料，搅拌1.8h使其均匀混合后得到第二混合物。
75.在第二混合物中加入钙粉、偶氮二甲酰胺、氧化锌、硬脂酸、过氧化二异丙苯进行二次密炼后得到第三混合物。
76.其中，乙烯-醋酸乙烯共聚物69份、钙粉19份、偶氮二甲酰胺4份、氧化锌5份、硬脂酸1份、过氧化二异丙苯0.8份。
77.将第三混合物放入发泡机，在152℃温度下发泡19min，发泡倍率为15，得到第三fiam-eva材料。
78.根据不同需求，将第一fiam-eva材料、第二fiam-eva材料和第三fiam-eva材料按密度和硬度由高到低进行叠加，得到正梯度材料。
79.将第一fiam-eva材料、第二fiam-eva材料和第三fiam-eva材料按密度和硬度由低到高进行叠加，得到负梯度材料。
80.在正梯度材料或负梯度材料中，第一fiam-eva材料和第二fiam-eva材料之间，以及第二fiam-eva材料和第三fiam-eva材料之间均通过界面连接层相连接，得到梯度式泡沫缓冲材料。
81.一种单兵防弹装备用梯度式泡沫缓冲材料，采用上述制备方法制备而成。
82.实施例3
83.向反应容器中加入硼酸和硼酸5倍体积的甘油，开启搅拌并将电炉温度设定为84℃，当温度达到设定温度时，继续搅拌27min，搅拌速度为300转/min，至反应物为无色透明，硼酸完全溶解于甘油。
84.待硼酸完全溶解于甘油后，向反应容器中加入羟基硅油，同时开启搅拌并将电炉温度设定为148℃，待温度达到设定温度时继续搅拌并保持4h后，关闭搅拌，静置10min，倒出反应容器内的上层液体，上层液体为第一混合物。
85.其中，羟基硅油83.33份，硼酸16.67份。
86.将第一混合物放入真空干燥箱中，抽取真空，抽真空过程中的压强为-1mpa，设定温度为163℃，待温度达到设定温度时，保持2h，自然冷却后得到柔性智能抗冲击凝胶材料。
87.将双辊炼胶机升温至116℃，并加入乙烯-醋酸乙烯共聚物和5份的柔性智能抗冲击凝胶材料，搅拌2h使其均匀混合后得到第二混合物。
88.在第二混合物中加入钙粉、偶氮二甲酰胺、氧化锌、硬脂酸、过氧化二异丙苯进行二次密炼后得到第三混合物。
89.将第三混合物放入发泡机，在148℃温度下发泡26min，发泡倍率为6，得到第一fiam-eva材料。
90.将双辊炼胶机升温至116℃，并加入乙烯-醋酸乙烯共聚物和10份的柔性智能抗冲击凝胶材料，搅拌2h使其均匀混合后得到第二混合物。
91.在第二混合物中加入钙粉、偶氮二甲酰胺、氧化锌、硬脂酸、过氧化二异丙苯进行二次密炼后得到第三混合物。
92.将第三混合物放入发泡机，在148℃温度下发泡26min，发泡倍率为10，得到第二fiam-eva材料。
93.将双辊炼胶机升温至116℃，并加入乙烯-醋酸乙烯共聚物和15份的柔性智能抗冲击凝胶材料，搅拌2h使其均匀混合后得到第二混合物。
94.在第二混合物中加入钙粉、偶氮二甲酰胺、氧化锌、硬脂酸、过氧化二异丙苯进行二次密炼后得到第三混合物。
95.其中，乙烯-醋酸乙烯共聚物68份、钙粉21份、偶氮二甲酰胺3份、氧化锌3份、硬脂酸0.8份、过氧化二异丙苯1.1份。
96.将第三混合物放入发泡机，在148℃温度下发泡26min，发泡倍率为15，得到第三fiam-eva材料。
97.根据不同需求，将第一fiam-eva材料、第二fiam-eva材料和第三fiam-eva材料按密度和硬度由高到低进行叠加，得到正梯度材料。
98.将第一fiam-eva材料、第二fiam-eva材料和第三fiam-eva材料按密度和硬度由低到高进行叠加，得到负梯度材料。
99.在正梯度材料或负梯度材料中，第一fiam-eva材料和第二fiam-eva材料之间，以及第二fiam-eva材料和第三fiam-eva材料之间均通过界面连接层相连接，得到梯度式泡沫缓冲材料。
100.一种单兵防弹装备用梯度式泡沫缓冲材料，采用上述制备方法制备而成。
101.在本发明中，第一fiam-eva材料、第二fiam-eva材料和第三fiam-eva材料中不同柔性智能抗冲击凝胶材料含量的参数为：
102.fiam-eva材料fiam含量发泡倍率密度(g/cm3)邵氏硬度第一fiam-eva材料5％60.0550第二fiam-eva材料10％100.0440第三fiam-eva材料15％150.0330
103.梯度式泡沫缓冲材料的动态力学性能
104.如图3所示，利用q800 dma动态力学性能分析仪测量不同频率下fiam-eva梯度式泡沫缓冲材料的损耗因子，并于eva本料进行比较。与eva本料相比，fiam-eva梯度式泡沫缓冲材料具有更高的损耗因子，其动态力学性能更为优异。
105.梯度式泡沫缓冲材料对的冲击防护性能测试如下：
106.将5kg的落锤置于50cm的相同高度，使其自由落下后分别作用于梯度式泡沫缓冲材料和eva本料，通过测量落锤的冲击压力分布而评估冲击防护性能。
107.在相同的下落高度下，梯度式泡沫缓冲材料防护下的被试验物表面压力仅为3.60mpa，而eva本料防护下的被试验物表面压力为6.53mpa。因此，相对于eva本料，梯度式泡沫缓冲材料防护下的被试验物表面压力降低了45％，表明梯度式泡沫缓冲材料具有更好的冲击防护性能。
108.在本发明中，
109.梯度式泡沫缓冲材料是一种密度和硬度沿厚度方向衰减的轻质泡沫材料，其厚度方向阻抗的变化能够对冲击产生的应力波产生明显的衰减效应。
110.梯度式泡沫缓冲材料不仅具有较好的柔韧性，并且比eva本料展现出更为优异的动态力学性能。
111.梯度式泡沫缓冲材料能够显著降低冲击压力，并且能够吸收更多的冲击能量，从而可以大幅提高单兵防弹装备的防护性能。
112.梯度式泡沫缓冲材料在缓冲吸能和个体防护等缓冲减振领域拥有非常广阔的应
用前景。
113.以上所述并非是对本发明的限制，最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，在不偏离本发明精神的基础上所做的修改或替换，均属于本发明要求保护的范围。