本发明涉及防弹头盔领域，具体涉及一种防弹头盔的制备方法。
背景技术：
头盔是用于使头部免受伤害的一种单兵防护装具，据相关资料分析，战场上的伤亡大多数由弹片所致，而防弹头盔可以有效地减少战场上的伤亡。英国有关部门研究表明，戴防弹头盔可减少5％的受伤率和19％的阵亡率。美军在二战的统计数字也表明，钢盔至少保护了美国7万名士兵的生命。现代军用头盔经历了从钢盔到纤维增强复合材料的发展过程。在纤维增强复合非金属头盔种类中，主要有玻璃纤维头盔、锦纶。
防弹头盔使用的材料目前工业化、大规模生产的高性能纤维主要有对位芳香族聚酰胺纤维(芳纶纤维)、超高分子量聚乙烯纤维和炭纤维。芳纶纤维的比强度和比模量是钢铁的10倍，而超高分子量聚乙烯纤维的比强度又高出芳纶纤维1.5倍左右。单根纤维或束丝并不能起到防弹的作用，只有将纤维按一定的规律排列整合起来，才能有效地抵御枪弹或碎片的伤害。目前将纤维有规律整合起来主要有两种途径，机织布和无纬布。前者是通过织机进行编织，后者则是通过特殊的单向复合工艺制成。而超高分子量聚乙烯纤维作为防弹头盔多为无纬布。防弹纤维一直在向高强度、高模量、细旦化方向发展，纤维越细，制成的防弹衣越柔软舒适。
超高分子量聚乙烯纤维由聚乙烯(平均分子量在100万以上)纺制而成，是继芳纶纤维后出现的另一种高强度、高模量纤维，其密度低、韧性强、耐腐蚀性好、分子结构取向度高，具有比芳纶纤维更优异的防弹特性，因此超高分子量聚乙烯纤维是制作防弹复合材料的最佳材料。但是聚乙烯纤维自身也有不可避免的缺点，其熔点较低、高温环境下的力学性能差，应用到防弹材料上会引起背弹面较大的鼓包问题，所以单纯超高分子量聚乙烯纤维复合材料的防弹性能仍存在需要提高的方面。
碳纤维兼具碳材料强抗拉力和纤维柔软可加工性两大特征，是一种的力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为2到7gpa，拉伸模量约为200到700gpa。密度约为1.5到2.0克每立方厘米，这除与原丝结构有关外，主要决定于炭化处理的温度。一般经过高温3000℃石墨化处理，密度可达2.0克每立方厘。再加上它的重量很轻，它的比重比铝还要轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。碳纤维的热膨胀系数与其它纤维不同，它有各向异性的特点。碳纤维的比热容一般为7.12。热导率随温度升高而下降平行于纤维方向是负值(0.72到0.90)，而垂直于纤维方向是正值(32到22)。碳纤维的比电阻与纤维的类型有关，在25℃时，高模量为775，高强度碳纤维为每厘米1500。这使得碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，
复合防弹材料及防弹头盔，由多种织物在特定的编织工艺或特殊助剂连接固定在一起的，或是由无纬布多层叠合胶连。其防弹原理与硬质防弹头盔不同，硬质防弹头盔是利用自身的硬度，改变弹头或碎片的形状，降低动能，起到防弹作用。纤维织物则主要是通过纤维的变形吸收能量从而达到防弹目的。当弹头或碎片击中织物时，破坏的方式有拉伸破坏和剪切破坏两种力。这两种力的发生主要与弹头或碎片的形状、材质、速度有关，头部呈圆锥形的弹头射入织物时，主要以拉伸破坏为主；而对于高速不规则的破片，则以剪切破坏为主。
基于以上研究背景，在超高分子量聚乙烯纤维防弹特性的基础上，混合碳纤维材料特性，并通过研发、优化头盔的制备方法，成为提升防弹头盔防弹性能的有效方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种防弹头盔的制备方法，所制得的防弹头盔防穿透性能高，又可有效低背凸量对头部造成的二次伤害，且质量轻，防弹级别高。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种防弹头盔的制备方法，包括以下步骤：以超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维为基础材料，以高性能韧性树脂为两种基础材料的结合剂，然后通过高温真空吸附、热压整体成型或超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维分别成型后胶合的方法形成整体；其中基础材料分布方式为：着弹面为超高分子量聚乙烯纤维，背凸阻挡面为碳纤维，所述超高分子量聚乙烯纤维共50-56层，碳纤维共7-12层。
优选地，所述高性能韧性树脂为高韧性环氧树脂、热塑性聚氨酯、热固性聚氨酯、热塑性聚烯烃塑料、热塑性聚酯类塑料中的一种。更优选地，所述高性能韧性树脂为高韧性环氧树脂。
优选地，所述超高分子量聚乙烯纤维层数为53层，碳纤维层数为9层。
优选地，所述超高分子量聚乙烯纤维铺层按90度与0度相互交叠铺设50-56层；碳纤维铺层按90度与0度相互交叠铺设7-12层，或按45度交错相互交叠铺设7-12层。
优选地，所述防弹头盔通过高温真空吸附的方法形成整体，防弹头盔的制备方法具体包括以下步骤：超高分子量聚乙烯纤维与碳纤维铺层完成后，在超高分子量聚乙烯纤维与碳纤维铺层结合位置涂刷高性能韧性树脂，将铺叠好的料片置于头盔模具上，使用耐高温真空袋包裹铺叠好的料片，进行抽真空，保持真空气压在0.8～1.5mpa，置于固化炉内，温度120～130℃，保持90分钟。
优选地，所述防弹头盔通过热压整体成型的方法形成整体，防弹头盔的制备方法具体包括以下步骤：超高分子量聚乙烯纤维与碳纤维铺层完成后，在超高分子量聚乙烯纤维与碳纤维铺层结合位置涂刷高性能韧性树脂，将铺叠好的料片置于头盔模具上，使用300吨平板硫化机压力成型，保持压力在15～17kg，温度120～130℃，保持90分钟，脱模成型。
优选地，所述防弹头盔通过超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维分别成型后胶合的方法形成整体，防弹头盔的制备方法具体包括以下步骤：
(1)超高分子量聚乙烯纤维铺层完成后，在模具上单独成型，温度120～130℃，压力为15～17kg，成型时间90分钟，形成超高分子量聚乙烯纤维头盔；
(2)碳纤维铺层完成后，在模具上单独成型，温度120～130℃，压力为12～15kg，成型时间90分钟，形成碳纤维头盔；
(3)将步骤(2)中的碳纤维头盔外表面均匀涂刷厚度为0.3mm的高性能韧性树脂胶层，将步骤(1)中的超高分子量聚乙烯纤维头盔与碳纤维头盔进行定位胶合，在压力7～10kg，温度80～100℃下固化，形成新的结合体。
本发明的有益效果是：
本发明通过选取超高分子量聚乙烯纤维和碳纤维为基础材料，并结合本发明中的制备方法，使生产的防弹头盔在保证较小面密度的前提下，提高了传统复合材料头盔的防穿透性能，同时又能降低背凸量对头部造成的二次伤害。
本发明解决了现有防弹头盔的背凸量大的问题，同样防弹防护级别下，背凸量至少减少2mm.
在同样防护级别，可做到产品轻量化，现阶段产品重量1.68kg,应用新研发的头盔1.51kg，减重11.25％。
在同样的产品重量，可将产品的防护级别有2级提高到3级。
在实际使用中，在同等重量下，按本发明制备方法制备得到的头盔防弹级别高于现有防弹头盔，在同等防弹级别下，本发明防弹头盔能做到重量更轻。
同时研发的新型防弹复合材料，可广泛应用到军队和公安系统制式装备上：单兵防弹衣、作战防护靴、军用防弹头盔、工事防御、车辆防御、设备防御等极大的减轻单兵及设备负载重量，提高作战单元的机动能力和生存能力。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种防弹头盔的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基础材料超高分子量聚乙烯纤维与碳纤维分别进行铺层，其中超高分子量聚乙烯纤维铺层按90度与0度相互交叠铺设53层；碳纤维铺层按90度与0度相互交叠铺设9层；其中基础材料分布方式为：着弹面为超高分子量聚乙烯纤维，背凸阻挡面为碳纤维；
(2)铺层完成后，在超高分子量聚乙烯纤维与碳纤维铺层结合位置涂刷高韧性环氧树脂，将铺叠好的料片置于头盔模具上，使用耐高温真空袋包裹铺叠好的料片，进行抽真空，保持真空气压在0.8～1.5mpa，置于固化炉内，温度120～130℃，保持90分钟，即得。
实施例2：
一种防弹头盔的制备方法，包括以下步骤：
(1)将基础材料超高分子量聚乙烯纤维与碳纤维分别进行铺层，其中超高分子量聚乙烯纤维铺层按90度与0度相互交叠铺设56层；碳纤维铺层按45度交错相互交叠铺设7层；其中基础材料的分布方式为：着弹面为超高分子量聚乙烯纤维，背凸阻挡面为碳纤维；
(2)铺层完成后，在超高分子量聚乙烯纤维与碳纤维铺层结合位置涂刷高韧性环氧树脂，将铺叠好的料片置于头盔模具上，使用300吨平板硫化机压力成型，保持压力在15～17kg，温度120～130℃，保持90分钟，脱模成型，即得。
实施例3：
一种防弹头盔的制备方法，包括以下步骤：
(1)超高分子量聚乙烯纤维铺层按90度与0度相互交叠铺设50层；铺层完成后，在模具上单独成型，温度120～130℃，压力为15～17kg，成型时间90分钟，形成超高分子量聚乙烯纤维头盔；
(2)碳纤维铺层按90度与0度相互交叠铺设12层，铺层完成后，在模具上单独成型，温度120～130℃，压力为12～15kg，成型时间90分钟，形成碳纤维头盔；
(3)将步骤(2)中的碳纤维头盔外表面均匀涂刷厚度为0.3mm的热固性聚氨酯胶层，将步骤(1)中的超高分子量聚乙烯纤维头盔与碳纤维头盔进行定位胶合，在压力7～10kg，温度80～100℃下固化，形成新的结合体。
性能测试：
试验标准：按照gjb4300-2002三级；
试验方法：按照gjb4300-2002防弹性能和凹陷深度实验方法；
试验设备：(1)枪械：54式7.62手枪
(2)弹丸：51式7.62钢芯弹
(3)入靶速度：428m/s
(4)高速摄影仪：phantom2511
现有防弹头盔经测试其着弹后背凸量为13～17mm。将实施例1和现有头盔相对应的样板进行性能测试，测试结果如表1所示：
表1测试结果
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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。