成果介绍：
在当今时代，轻质防弹材料及结构已成为单兵装备、汽车工业、建筑设施以及航空航天等领域实际应用的迫切需求。预计到 2030 年，市场规模将突破200 亿美元，年复合增长率（CAGR）约 7.8%，主要受全球安全形势升级、材料技术进步及轻量化需求推动。目前防弹材料及结构存在着以下问题：(1)成本高：陶瓷材料：2024 年碳化硼的全球均价达 58 万元 / 吨，较钢材高出 200 倍，且受硼矿资源垄断（全球 70% 硼矿集中于土耳其）影响，价格波动幅度年均 ±19%。高性能纤维：芳纶纤维生产成本为 28 美元 / 公斤，超高分子量聚乙烯纤维为 35 美元 / 公斤，较传统材料高出 5-8 倍；(2)环境友好性差：芳纶纤维与树脂基体的化学键难以有效分离，全球仅 12% 的退役防弹衣得到回收处理，其余多采用焚烧或填埋，每吨焚烧产生的二噁英相当于 200 吨城市垃圾。(3)极低环境性能差：UHMWPE：尽管 UHMWPE 在常温下具有优异的强度和轻量化特性，但其玻璃化转变温度较低（约 - 140℃），在极地 - 40℃环境中分子链运动受限，材料韧性下降 15-20%。对位芳纶：对位芳纶的耐低温性能虽优于多数有机材料（连续使用温度 - 196℃~204℃），但其分子链在 - 40℃以下会出现局部脆化。碳纤维复合材料：碳纤维在 - 180℃下仍保持柔软性，但其树脂基体（如环氧树脂）在-40℃时会发生玻璃化转变，导致复合材料层间剪切强度下降 40%。碳化硼陶瓷装甲：碳化硼的热膨胀系数较低（4.5×10⁻⁶/℃），但在-40℃环境中，陶瓷层与背衬材料（如芳纶）的热膨胀失配会导致内部应力集中，引发微裂纹扩展。中原工学院研发的仿肌腱结构玄武岩长丝束夹芯板，由于受到肌腱的层次结构具有高吸能特性的启发，利用了自主研发的缠绕设备将
多根玄武岩长丝进行多级缠绕成型，再通过切割以及复合面板得到仿肌腱结构玄武岩长丝束夹芯板。其协防能达到GA141-2010警用防弹衣二级标准，面密度小于35kg/m2。以高性能玄武岩长丝纤维为主体，在成本、环境友好性及极地性能方面优势显著。其生产成本仅为芳纶的 1/3、碳纤维的 1/10，池窑法工艺下 2025 年预计降至 2.8-3.5 万元 / 吨。生产过程无有害排放，废弃后可自然降解，符合欧盟《新电池法规》等环保标准。在-269℃~880℃宽温域内性能稳定，-50℃下拉伸强度保留率达 98%，吸水率仅 0.2-0.3%，抗冻融循环后抗冲击性能提升 12%。已应用于极地冰基跑道、嫦娥六号国旗等极端场景，综合性价比远超传统防弹材料。
潜在应用：
该防弹板凭借高强度、耐极端环境及轻量化特性，可在多领域实现突破应用。在军事领域，其用于单兵装备、车辆装甲及航天器防护。在民用安防领域，广泛应用于银行防弹玻璃、消防服及极地科考站。在工业与基础设施领域，增强沥青路面、核电站容器及环保工程。在高端制造领域，可应用于无人机机身、新能源汽车电池壳体及智能头盔。在极地与深海场景中，可用于冰基跑道、深潜器耐压壳体及雪地车装甲。
技术优势：
1. 成本低，其生产成本仅为芳纶的 1/3、碳纤维的 1/10；
2. 生产过程无有害排放，废弃后可自然降解，符合欧盟《新电池法规》等环保标准。
3. 在-269℃~880℃宽温域内性能稳定，-50℃下拉伸强度保留率达 98%，吸水率仅 0.2-0.3%，抗冻融循环后抗冲击性能提升 12%。
知识产权：
1. 发明专利，一种丝束缠绕仪，CN202410284289.8
2. 发明专利，一种大型绕纱成型机，CN202411264754.8
3. 发明专利，一种仿生肌腱长丝束构筑的超轻复合材料板及其制备方法和应用CN202310460635.9
合作模式：
产学研项目合作、共建科研平台、知识产权许可、转让、作价入股等方式
