一种无后坐力炮后喷弹药用复合挡板及其制备方法与流程

1.本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种无后坐力炮后喷弹药用复合挡板及其制备方法。


背景技术：

2.无后坐力炮是发射时炮身无后坐的火炮，主要用于直瞄打击装甲目标，压制，歼击有生力量和火器，在反坦克战史上曾立下了汗马功劳。无后坐力炮原理：无后座力炮炮弹药由弹头和弹壳及弹壳底部挡板组成，弹药发射时火药在药筒内点燃，火药气体瞬间产生压力，当膛压达到一定压力时，弹头向前飞出，药筒底部挡板在火药气体作用下向后飞出，前后推力相互抵消，整个发射过程中不会产生后坐力。为防止挡板后喷时对后方人员造成伤害，要求挡板飞行距离不能太远或破碎成小块减小飞行距离。
3.近年来，我国弹药不断发展，各种口径无后坐力炮不断涌现。目前有两种无后坐力炮装备，挡板采用多种方案实现。93毫米无后坐力炮的挡板使用合金铝通过加工中心精密加工而成，使用时添加降落伞，当挡板受压打开向后飞行时，降落伞瞬间打开，减缓金属挡板的飞行距离。该方案的优点是使用过程中受外界环境因素的影响较小，膛压稳定，弹头初速稳定；缺点是降落伞出现故障时不易打开，稳定性差，且合金铝密度大，飞行距离远，容易对周围人员造成伤害。82毫米无后坐力炮使用的热塑性塑料挡板，通过表面刻画应力开裂槽，挡板受压打开时，塑料挡板能够沿着应力槽破碎成小的颗粒，通过风速减缓飞行速度和距离。该方案的优点是破碎颗粒小，安全系数高；缺点是高温环境下射击时，塑料挡板韧性增加，碎裂块增大，存在一定安全隐患。因此需要一种安全系数高、韧性小但强度和刚性大的复合挡板。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种无后坐力炮后喷弹药用复合挡板及其制备方法。本发明制备的复合挡板在火药气体作用下，分散成若干片0.1-0.2mm的纤维薄片，薄片在飞行过程中遇风阻下落，不会对后方人员造成威胁。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.本发明的第一方面，提供一种无后坐力炮后喷弹药用复合挡板的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)预浸布铺层：将平纹方格碳纤维预浸布依次以(-45
°
，+45
°
)、(0
°
，90
°
)方向铺层，每层平纹方格碳纤维预浸布上均薄涂改性环氧树脂，得到第一纤维层；将单向碳纤维预浸带和玻璃纤维预浸布分别以(-45
°
，+45
°
)、(0
°
，90
°
)方向交替铺层，每层单向碳纤维预浸带和玻璃纤维预浸布上均薄涂改性环氧树脂，得到第二纤维层；将单向碳纤维预浸带和碳纤维预浸布分别以(-45
°
，+45
°
)、(0
°
，90
°
)方向交替铺层，每层单向碳纤维预浸带和碳纤维预浸布上均薄涂改性环氧树脂，得到第三纤维层；
8.(2)将第一纤维层、第二纤维层和第三纤维层由上至下依次铺叠在一起，得到复合
层；将复合层进行模压，降温后得到复合挡板。
9.优选的，步骤(1)中，所述第一纤维层包括5～8层平纹方格碳纤维预浸布；所述第二纤维层包括5～6层单向碳纤维预浸带和4-8层玻璃纤维预浸布；所述第三纤维层包括5～6层单向碳纤维预浸带和5～6层碳纤维预浸布。
10.优选的，步骤(1)中，所述平纹方格碳纤维预浸布的面密度均为200g/m2；所述单向碳纤维预浸带的面密度均为150g/m2；所述碳纤维预浸布的面密度均为140g/m2；所述玻璃纤维预浸布的面密度均为200g/m2。
11.优选的，步骤(1)中，所述平纹方格碳纤维预浸布上薄涂的改性环氧树脂占平纹方格碳纤维预浸布质量40％；所述第二纤维层中，单向碳纤维预浸带上薄涂的改性环氧树脂占单向碳纤维预浸带质量的10％、玻璃纤维预浸布上薄涂的改性环氧树脂占玻璃纤维预浸布质量的20％；所述第三纤维层中，单向碳纤维预浸带上薄涂的改性环氧树脂占单向碳纤维预浸带质量的20％、碳纤维预浸布上薄涂的改性环氧树脂占碳纤维预浸布质量的20％。
12.优选的，步骤(1)中，所述平纹方格碳纤维预浸布、单向碳纤维预浸带和碳纤维预浸布均为m40j高模量碳纤维材料；所述玻璃纤维预浸布为sw80b-90a高强玻璃纤维材料。
13.优选的，步骤(1)中，所述改性环氧树脂由以下方法制备：
14.s01.将活性炭粉末分散于十六烷基三甲基氯化铵中，加热搅拌，抽滤、干燥得改性活性炭粉末；
15.s01.将短切碳纤维、改性活性炭粉末分散于三氯甲烷中，加入环氧树脂继续搅拌，蒸馏除去三氯甲烷，得到改性环氧树脂。
16.优选的，所述加热的温度为60～70℃、时间为0.5～1h；所述短切碳纤维、改性活性炭粉末和环氧树脂的质量比为2.5：2：5.5；所述环氧树脂的型号为三键2210。
17.优选的，步骤(2)中，所述模压的温度为145℃，时间为140min，压力为10mpa。
18.本发明的第二方面，提供上述制备方法得到的复合挡板。
19.复合挡板的厚度为6～8mm。
20.本发明的第三方面，提供复合挡板在无后坐力炮发射中的应用。
21.本发明的有益效果：
22.(1)本发明制备的复合材料具有良好的成型工艺，强度、刚性高，使用的改性环氧树脂具有高强度低韧性的特点，在火药气体作用下容易破裂。
23.(2)本发明制备的复合挡板在火药气体作用下，分散成若干片0.1-0.2mm的纤维薄片，薄片在飞行过程中遇风阻下落，不会对后方人员造成威胁。为无后坐力炮后喷弹药用挡板提供了一个新的思路。
24.(3)本发明制备方法简单，挡板重量轻、成本低。
附图说明
25.图1：82毫米模拟炮射击试验照片；
26.图2：射击前复合挡板的照片；
27.图3：实施例2制备的复合挡板射击后的照片；
28.图4：对比例4制备的复合挡板射击后的照片；
29.图5：对比例5制备的复合挡板射击后的照片；
30.图6：对比例6制备的复合挡板射击后的照片。
具体实施方式
31.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
32.正如背景技术部分介绍的，塑料挡板虽然能够沿着应力槽破碎成小的颗粒，但在高温环境下射击时，塑料挡板韧性增加，碎裂块增大，存在安全隐患。
33.基于此，本发明的目的是提供一种无后坐力炮后喷弹药用复合挡板及其制备方法。本发明根据挡板的受力情况，最终筛选出m40j高模量碳纤维材料、sw80b-90a高强玻璃纤维材料作为原材料，环氧树脂需要具有高强度低韧性，通过添加短切碳纤维和改性活性炭，降低了环氧树脂的韧性、增加了强度。使最终制备的复合挡板的层间力在15-23kg/cm2，能够满足挡板在使用时既要能够承受6-10mpa的膛压，又能够在打开时玻纤布、碳纤布瞬间分层，确保后喷危险界满足指标要求。
34.本发明采用150g/m2单向碳纤维预浸布、200g/m2平纹方格碳纤维预浸布、140g/m2玻璃纤维预浸布结合的方式，单向碳纤维预浸带铺层以(-45
°
，+45
°
)方向为主，产品表层使用平纹方格碳纤维预浸布铺层，以(-45
°
，+45
°
)、(0
°
，90
°
)方向铺层为主，提高产品的整体受力均匀性，内部单向碳纤维预浸带与玻璃纤维预浸布交替铺层，既能满足挡板所需的刚性，又能提高挡板的韧性。
35.通过碳纤维布和玻纤布提高挡板的韧性，确保使用时在火药气体作用下，挡板整体不会破碎。而改性环氧树脂降低韧性，确保使用时在火药气体作用下破裂，释放碳纤维布和玻纤布，是它们能够瞬间分层，轻薄的碳纤维布和玻纤布片在风阻作用下无法飞行太远，对后方人员不会造成伤害。
36.为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本技术的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本技术的技术方案。
37.说明：本发明所用环氧树脂为日本三键tb2210单组分环氧树脂胶；
38.平纹方格碳纤维预浸布、单向碳纤维预浸带和碳纤维预浸布是m40j高模量碳纤维材料以不同铺层方式得到的，均购自威海光威复合材料股份有限公司；
39.玻璃纤维预浸布由sw80b-90a高强玻纤材料制备得到，玻璃纤维预浸布购自凤翔县玻璃纤维有限责任公司；
40.短切碳纤维的长度为0.5～2cm。
41.本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
42.实施例1：
43.s01.将20g活性炭粉末(40～50目)慢慢分散于十六烷基三甲基氯化铵中，65℃下搅拌1h，静置分层后取上层溶液进行抽滤，80℃下真空干燥3h，得到改性活性炭粉末；
44.s02.将25g短切碳纤维(t700)、20g改性活性炭粉末分散于200ml三氯甲烷中，加入55g的tb2210环氧树脂继续搅拌，蒸馏除去三氯甲烷，得到改性环氧树脂。
45.对比例1
46.将25g短切碳纤维(t700)分散于200ml三氯甲烷中，加入55g的tb2210环氧树脂继续搅拌，蒸馏除去三氯甲烷，得到改性环氧树脂。
47.对比例2
48.将25g短切碳纤维(t700)、20g活性炭粉末(40～50目)分散于200ml三氯甲烷中，加入55g的tb2210环氧树脂继续搅拌，蒸馏除去三氯甲烷，得到改性环氧树脂。
49.对比例3
50.s01.将20g炭黑粉末(40～50目)慢慢分散于十六烷基三甲基氯化铵中，65℃下搅拌1h，静置分层后取上层溶液进行抽滤，80℃下真空干燥3h，得到改性炭黑粉末；
51.s01.将25g短切碳纤维(t700)、20g改性炭黑粉末分散于200ml三氯甲烷中，加入55g的tb2210环氧树脂继续搅拌，蒸馏除去三氯甲烷，得到改性环氧树脂。
52.试验例1
53.根据《gb/t 2567 7-2021树脂浇铸体性能试验方法》标准对实施例1和对比例1～2制备的改性环氧树脂进行浇注和固化，取样进行韧性和强度检测，所得结果见表1。
54.表1
[0055] 拉伸强度mpa冲击韧性j/cm2实施例172.121.3对比例173.525.7对比例272.424.1对比例378.728.5
[0056]
由表1可以看出，虽然实施例1制备的环氧树脂样品其强度不如对比例1和对比例3制备的环氧树脂样品，但其韧性显著降低，与强度下降的程度相比，韧性下降的更多，且实施例1的环氧树脂的强度与对比例1～3相比，下降不多，不影响射击使用对强度的要求。说明通过添加活性炭可以降低环氧树脂的韧性，使得挡板受力后其中的纤维布可以破裂的更快更多，纤维布分散成若干片纤维薄片，大大降低射击中对操作人员的人身安全。
[0057]
实施例2
[0058]
一、材料选择
[0059]
(1)纤维布选用
[0060]
采用规格为150g/m2单向碳纤维预浸带和200g/m2平纹方格碳纤维预浸布、140g/m2玻璃纤维预浸布为主要原材料。玻璃纤维预浸布选用sw80b-90a高强玻璃纤维材料，平纹方格碳纤维预浸布、单向碳纤维预浸带和碳纤维预浸布均选用m40j高模量碳纤维材料。
[0061]
(2)碳纤维预浸料裁切
[0062]
将不同形状、不同型号的碳纤维预浸布、玻璃纤维预浸布使用裁切机裁切出来；将裁切好的胚料表面的塑料薄膜撕下，按照一定顺序摆放整齐备用；
[0063]
二、模具处理
[0064]
(1)将模具表面残留树脂用铜质刮板清理干净，用棉布擦拭干净；
[0065]
(2)使用棉布蘸取适量脱模剂mb5091h，在模具型腔表面擦涂均匀，室温下停晾10～20min；
[0066]
(3)质量控制点：脱模剂擦涂均匀。
[0067]
三、产品铺层
[0068]
(1)将模具温度加热到40～50℃，环境温度在20～25℃之间；
[0069]
(2)将裁切的不同规格胚料按顺序铺在模模具上：
[0070]
a、取裁切好的200g/m2平纹方格碳纤维预浸布胚料3-4层，按照(-45
°
，+45
°
)、(0
°
，90
°
)依次平铺在模具型腔内，用压轮将碳纤维预浸布压平；平纹方格碳纤维预浸布上薄涂40％实施例1制备的改性环氧树脂。
[0071]
b、150g/m2单向碳纤维预浸带5～6层，材料分布在次外层，以(-45
°
，+45
°
)方向为主，树脂含量以10％、；200g/m2玻璃纤维预浸布以(0
°
，90
°
)方向铺层，层数4～10层，两种材料交替铺层。单向碳纤维预浸带上薄涂10％的改性环氧树脂，玻璃纤维预浸布上薄涂20％实施例1制备的改性环氧树脂。
[0072]
c、150g/m2单向碳纤维预浸带5～6层，以(-45
°
，+45
°
)方向铺层，140g/m2碳纤维预浸布以(0
°
，90
°
)方向铺层，层数5～6层，两种材料交替铺层。均薄涂20％实施例1制备的改性环氧树脂。
[0073]
控制布层厚度6～8mm。
[0074]
四、固化
[0075]
(1)将模具放入压力机内升压0.1mpa进行预热，预热温度90～100℃；
[0076]
(2)预热达到温度后，将压力升至10mpa，设备温度调整到145℃，模具温度升至规定要求后保温140分钟将模具取出，模温降至60℃以下时开模取出产品；
[0077]
五、机加工及表面处理
[0078]
(1)挡板产片根据图纸要求进行数控加工；
[0079]
(2)将产品加工外缘用砂纸打磨处理；
[0080]
(3)使用激光打产品编号及批次号。
[0081]
(4)喷漆2遍。
[0082]
对比例4
[0083]
与实施例2的区别在于：
[0084]
各纤维布上薄涂对比例1制备的改性环氧树脂。
[0085]
对比例5
[0086]
与实施例2的区别在于：
[0087]
各纤维布上薄涂对比例2制备的改性环氧树脂。
[0088]
对比例6
[0089]
与实施例2的区别在于：
[0090]
各纤维布上薄涂对比例3制备的改性环氧树脂。
[0091]
试验例2
[0092]
对实施例2和对比例4～6制备的复合挡板进行无后坐力炮射击试验，具体射击过程如下：
[0093]
1、将82毫米无后坐力模拟炮固定在支架上(见图1)，卸下炮口螺套，分别将实施例2和对比例3～5制备的复合挡板安装在限位槽内，装上炮口螺套。
[0094]
2、炮管内部高压室充高压气体，待压力到达11mpa时停止充气，手动打开放气阀，高压气体瞬间进入气体平衡室，压力至8-9mpa时挡板受压喷出。
[0095]
3、在高速、高压气体冲击下，挡板喷出瞬间破碎成片状，飞行10-20米后飘落地面，
不会对人员造成伤害。
[0096]
射击前挡板的照片见图2，射击后挡板的照片见图3～6。
[0097]
根据图2～6可以看出，射击后，实施例2制备的挡板都分散成一片片的薄片，而对比例4～6制备的挡板，有些没有分散开，说明实施例1制备的改性树脂可以使挡板韧性降低，与纤维布之间分离的更彻底，使得纤维薄片的分散更为彻底，这样对后方操作人员的危害可以降到最低。
[0098]
以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种无后坐力炮后喷弹药用复合挡板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)预浸布铺层：将平纹方格碳纤维预浸布依次以(-45
°
，+45
°
)、(0
°
，90
°
)方向铺层，每层平纹方格碳纤维预浸布上均薄涂改性环氧树脂，得到第一纤维层；将单向碳纤维预浸带和玻璃纤维预浸布分别以(-45
°
，+45
°
)、(0
°
，90
°
)方向交替铺层，每层单向碳纤维预浸带和玻璃纤维预浸布上均薄涂改性环氧树脂，得到第二纤维层；将单向碳纤维预浸带和碳纤维预浸布分别以(-45
°
，+45
°
)、(0
°
，90
°
)方向交替铺层，每层单向碳纤维预浸带和碳纤维预浸布上均薄涂改性环氧树脂，得到第三纤维层；(2)将第一纤维层、第二纤维层和第三纤维层由上至下依次铺叠在一起，得到复合层；将复合层进行模压，降温后得到复合挡板。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述第一纤维层包括5～8层平纹方格碳纤维预浸布；所述第二纤维层包括5～6层单向碳纤维预浸带和4-8层玻璃纤维预浸布；所述第三纤维层包括5～6层单向碳纤维预浸带和5～6层碳纤维预浸布。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述平纹方格碳纤维预浸布的面密度均为200g/m2；所述单向碳纤维预浸带的面密度均为150g/m2；所述碳纤维预浸布的面密度均为140g/m2；所述玻璃纤维预浸布的面密度均为200g/m2。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述平纹方格碳纤维预浸布上薄涂的改性环氧树脂占平纹方格碳纤维预浸布质量40％；所述第二纤维层中，单向碳纤维预浸带上薄涂的改性环氧树脂占单向碳纤维预浸带质量的10％、玻璃纤维预浸布上薄涂的改性环氧树脂占玻璃纤维预浸布质量的20％；所述第三纤维层中，单向碳纤维预浸带上薄涂的改性环氧树脂占单向碳纤维预浸带质量的20％、碳纤维预浸布上薄涂的改性环氧树脂占碳纤维预浸布质量的20％。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述平纹方格碳纤维预浸布、单向碳纤维预浸带和碳纤维预浸布均为m40j高模量碳纤维材料；所述玻璃纤维预浸布为sw80b-90a高强玻璃纤维材料。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述改性环氧树脂由以下方法制备：s01.将活性炭粉末分散于十六烷基三甲基氯化铵中，加热搅拌，抽滤、干燥得改性活性炭粉末；s01.将短切碳纤维、改性活性炭粉末分散于三氯甲烷中，加入环氧树脂继续搅拌，蒸馏除去三氯甲烷，得到改性环氧树脂。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述加热的温度为60～70℃、时间为0.5～1h；所述短切碳纤维、改性活性炭粉末和环氧树脂的质量比为2.5：2：5.5；所述环氧树脂的型号为三键2210。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述模压的温度为145℃，时间为140min，压力为10mpa。9.权利要求1～8任一项所述的制备方法得到的复合挡板。10.权利要求9所述的复合挡板在无后坐力炮发射中的应用。

技术总结
本发明公开了一种无后坐力炮后喷弹药用复合挡板及其制备方法。预浸布铺层：平纹方格碳纤维预浸布薄涂改性环氧树脂得到第一纤维层；单向碳纤维预浸带和玻璃纤维预浸布铺层并薄涂改性环氧树脂得到第二纤维层；单向碳纤维预浸带和碳纤维预浸布铺层并薄涂改性环氧树脂，得到第三纤维层；将第一纤维层、第二纤维层和第三纤维层由上至下依次铺叠在一起，得到复合层；将复合层进行模压，降温后得到复合挡板。本发明制备的复合挡板在火药气体作用下，分散成若干片0.1-0.2mm的纤维薄片，薄片在飞行过程中遇风阻下落，不会对后方人员造成威胁。不会对后方人员造成威胁。不会对后方人员造成威胁。


技术研发人员：于国之 张家铭 李婓如 武天一 吴继福 于龙之 孟国才 刘跃 韩振
受保护的技术使用者：山东恒源兵器科技股份有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/28