阅读说明：本技术 一种基于非牛顿流体的防弹片及其制备方法 (Bulletproof sheet based on non-Newtonian fluid and preparation method thereof ) 是由 秦浩博 于 2020-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种基于非牛顿流体的防弹片及其制备方法。该基于非牛顿流体的防弹片包括非牛顿流体胶囊、蜂窝状结构、层间板、固定栓；所述非牛顿流体胶囊内填充有非牛顿流体；所述非牛顿流体胶囊置于所述蜂窝状结构的蜂窝内；所述蜂窝状结构有至少一层,每一层所述蜂窝状结构置于两层所述层间板之间；所述蜂窝状结构和所述层间板通过所述固定栓固定连接。本发明能够提高防弹衣的性能、降低防弹衣的重量,能够满足对各种大口径子弹的防弹需求,减小子弹对人体的冲击力,经尺寸放大后也可用于军用坦克、飞机、车辆等需要防弹的部位使用。(The invention relates to a bulletproof sheet based on non-Newtonian fluid and a preparation method thereof. The non-Newtonian fluid based ballistic resistant sheet comprises non-Newtonian fluid capsules, a honeycomb structure, interlayer plates and fixing bolts; the non-Newtonian fluid capsule is filled with non-Newtonian fluid; the non-Newtonian fluid capsule is arranged in the honeycomb of the honeycomb structure; the honeycomb structure has at least one layer, and each layer of the honeycomb structure is arranged between two layers of the interlayer plates; the honeycomb structure and the interlayer plate are fixedly connected through the fixing bolt. The invention can improve the performance of the bulletproof clothes, reduce the weight of the bulletproof clothes, meet the bulletproof requirements of various large-caliber bullets, reduce the impact force of the bullets on human bodies, and can be used for parts needing bulletproof, such as military tanks, airplanes, vehicles and the like after size amplification.)

一种基于非牛顿流体的防弹片及其制备方法

技术领域

本发明属于军用、警用个人及军用坦克、飞机、车辆等防护装备应用领域，具体涉及一种基于非牛顿流体的防弹片及其制备方法。

背景技术

防弹衣是一种能够吸收和耗散弹头、爆炸碎片的动能，阻止其穿透，有效防护人体的一种服装。前期的防弹衣主要由金属制成，之后又发展到铝合金与高强度尼龙材料组合而成。近年来，随着技术的进步、新材料的涌现，现代防弹衣具有了更好的性能。主要分为硬体、软体和复合体三种，如以高性能纤维制备而成的软体防弹衣；以超强铝合金、氧化铝、碳化硅等硬质金属、非金属制备的硬体防弹衣；以及上述两类材料复合而成的复合防弹衣。

非牛顿流体，是近年来研究较为火热的一种材料，是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。它具有一种特殊的性质，当你用力捶打非牛顿流体溶液表面，他会变硬，即其具有遇强则强的特点。这一特点很适合用来制作防弹衣。当子弹以很快的速度击打防弹衣表面，由于非牛顿流体的特性，它会变得很强，直接抵挡住子弹的速度并吸收其能量。

发明内容

为了提高防弹衣的性能、降低防弹衣的重量，以及满足对各种大口径子弹的防弹需求，减小子弹对人体的冲击力，本发明提供一种基于非牛顿流体的防弹片及其制备方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于非牛顿流体的防弹片，包括非牛顿流体胶囊、蜂窝状结构、层间板、固定栓；所述非牛顿流体胶囊内填充有非牛顿流体；所述非牛顿流体胶囊置于所述蜂窝状结构的蜂窝内；所述蜂窝状结构有至少一层，每一层所述蜂窝状结构置于两层所述层间板之间；所述蜂窝状结构和所述层间板通过所述固定栓固定连接。

进一步地，所述蜂窝状结构由轻质金属或塑料等材质构成；所述固定栓为轻质金属或树脂材质起到固定层间板的作用。

进一步地，所述防弹片由多层包含非牛顿流体胶囊的蜂窝状结构以及层间板构成，通过交叉连接的固定栓完成层与层之间的固定连接。

进一步地，所述防弹片每一层的厚度小于5mm；所述防弹片可通过切割等方式制作成所需形状。

进一步地，所述非牛顿流体可以是淀粉液、蛋清、苹果浆、高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等。

进一步地，所述非牛顿流体胶囊，其厚度(胶囊整体的厚度)小于5mm，直径可在5～50mm范围内选择。

进一步地，所述非牛顿流体胶囊，其包膜可以为塑料等柔性封装材料。

进一步地，所述蜂窝状结构，其厚度小于5mm，壁厚通常小于2mm，具有一定的强度。

进一步地，所述层间板的材质为轻质金属、硬质陶瓷片等。

进一步地，所述层间板，其平均厚度小于3mm，其上下表面分布着梯形或者圆锥形凸起结构。这些凸起结构的作用是：将一个非牛顿流体胶囊受到的冲击力分散给下一层的多个非牛顿流体胶囊，进而实现振动能量的分散。

进一步地，所述固定栓，其长度小于8mm，直径可在3～8mm范围内选择。或者替代某些蜂窝内的非牛顿流体胶囊(在有固定栓的地方不设置非牛顿流体胶囊)，起到固定和支撑作用。

一种上述基于非牛顿流体的防弹片的制备方法，包括以下步骤：

在胶囊中灌注非牛顿流体并进行密封，形成非牛顿流体胶囊；

制备蜂窝状结构；

将层间板放置在最底层，将蜂窝状结构与层间板相互对齐，再将非牛顿流体胶囊放置在蜂窝状结构的蜂窝内，在蜂窝状结构上面再盖上一层层间板，依此反复，制备多层结构的复合材料；

在制备所述多层结构的复合材料的过程中采用固定栓进行两到三层之间的固定，通过彼此交叉实现所有层之间的紧密连接。

进一步地，采用有机玻璃板通过激光切割的方式制备成蜂窝状结构，或者采用硬铝通过线切割方式制备成蜂窝状结构；采用硬铝或碳纤维板通过机加工的方式制备出层间板。

本发明采用轻质金属或者塑料或者碳纤维板制作蜂窝状结构，每一个蜂窝内部装载由非牛顿流体构成的胶囊基元，以此构成防弹片的一层，每一层之间通过带有梯形或者圆锥形的硬质金属或者陶瓷板连接，梯形或者圆锥形部分深入蜂窝内部，以实现将冲击力传递给非牛顿流体胶囊的目的。通过梯形或者圆锥形结构在硬质板上的分布排列，可以实现将一个非牛顿流体胶囊受到的冲击力分散给下一层的多个非牛顿流体胶囊，进而实现振动能量的分散。在这个冲击能量的传递过程中，冲击波速度会迅速降低到非牛顿流体变硬的阈值之下。此后，冲击能量会在牛顿流体胶囊内部进行振荡，层与层之间的这种振荡会相互抵消，进而实现防弹效果。

本发明的防弹片，经尺寸放大后也可用于军用坦克、飞机、车辆等需要防弹的部位使用。

附图说明

图1是基于非牛顿流体的防弹片结构示意图。

图2是基于非牛顿流体的防弹片一个基元的结构示意图。

图3是包含非牛顿流体胶囊的蜂窝状结构示意图。

图4是层间板结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面以淀粉液为例，通过具体实施例和附图，对本发明做进一步说明。

本实施例为基于淀粉液非牛顿流体的防弹片结构。本实施例的基于淀粉液非牛顿流体的防弹片如图1所示，包括非牛顿流体胶囊、蜂窝状结构、层间板、固定栓。非牛顿流体胶囊内填充有非牛顿流体，非牛顿流体胶囊置于蜂窝状结构的蜂窝内。蜂窝状结构有多层，每一层蜂窝状结构置于两层层间板之间，蜂窝状结构和层间板通过固定栓固定连接。图2是基于非牛顿流体的防弹片一个基元的结构示意图。图3是包含非牛顿流体胶囊的蜂窝状结构示意图。

该非牛顿流体是用淀粉与水按照44：72的比例混合均匀后制备而成。然后将其灌注在直径10mm，厚度3mm的胶囊中并进行密封。用一块4mm厚的有机玻璃板通过激光切割的方式制备成蜂窝状结构，也可以选用硬铝通过线切割方式制备。用机加工的方式用硬铝制备出如图4所示的层间板，硬铝整体厚度2mm，凸起部分高约为0.5mm，每一个凸起结构对应图3中一个六边形。将层间板放置在最底层，将蜂窝结构与层间板相互对齐，再将这些灌注好的胶囊分别放置在蜂窝之中，在上面再盖上一层层间板，依次反复，制备五层结构的复合材料。在此过程中可用固定栓随机分布于防弹片的上面，起到两到三层之间的固定，通过彼此交叉实现所有层之间的紧密连接。固定栓可以采用铆钉的方式，也可以采用螺纹、焊接或者粘接等形式起到固定作用。制备好的防弹片厚度约为30mm。

当子弹打中第一层的某个非牛顿流体胶囊时，其速度远远高于非牛顿流体变硬的阈值，因此非牛顿流体胶囊会将子弹回弹，并将能量传递给下方的层间板。由于层间板上下凸起错位设置，冲击能量会分散到下层3个以上非牛顿流体胶囊上，实现能量的分散，依次类推，到第五层时，每个非牛顿流体胶囊上最多不超过1/20的能量。再考虑到层间板作为硬质材料对振动的吸收效果，以及冲击波在硬质材料以及流体材料之间的传递损失，其能量完全可以实现大于99％的消耗。

需说明的是，本实施例中的具体参数，如淀粉与水的比例、各部分的尺寸数值等，仅是举例说明，是优选的参数。其他实施例中也可以采用其他参数数值。

其他实施例中，非牛顿流体可以是蛋清、苹果浆、高分子聚合物的浓溶液和悬浮液等。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。