STF-Kevlar、UHMWPE織物復(fù)合形式及其防彈性能研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)于防護(hù)裝備的要求不再局限于優(yōu)異的防護(hù)性能，同時(shí)也追求輕便、柔軟等舒適性。如何設(shè)計(jì)出高效、輕質(zhì)的防護(hù)裝備是目前該領(lǐng)域重要課題之一。纖維復(fù)合材料在防彈領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展越發(fā)廣闊，高性能纖維常以機(jī)織物、無(wú)緯布等形式存在，且預(yù)制件原料、組織結(jié)構(gòu)、厚度、復(fù)合形式及其制備工藝、層合方式等因素對(duì)于材料的防彈性能具有較大的影響。
　　本文在課題組前期研究的基礎(chǔ)上，優(yōu)化剪切增稠液體（STF）制備工藝及復(fù)合工藝；以芳綸纖維（Kevl

2、ar）、超高分子量聚乙烯纖維（ultra-high molecular weight polyethylene，簡(jiǎn)稱(chēng)UHMWPE）為原料，采用Kevlar平紋織物、UHMWPE無(wú)緯布（UD布）及課題組自織的織物，改變鋪層位置、角度、織物結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)21種平面方向的復(fù)合形式，46種厚度方向的復(fù)合形式，對(duì)疊層織物進(jìn)行實(shí)彈射擊試驗(yàn)，分析高性能纖維織物復(fù)合形式對(duì)其防彈性能的影響，探究相對(duì)最優(yōu)的織物復(fù)合形式。主要得到以下結(jié)論：
　?。?）優(yōu)化

3、STF制備工藝，采用電動(dòng)攪拌器與超聲波振動(dòng)儀共同作用，控制溫度為25℃，制得混合均勻的STF分散體系；優(yōu)化STF復(fù)合工藝，在干態(tài)STF復(fù)合工藝研究基礎(chǔ)上，利用UD布密封工藝，使STF以液體形式存在于織物中。以4種不同SiO2固含量的STF分別浸漬高性能纖維束與織物，隨著SiO2固含量的增加，有效提高纖維與織物的基本性能。
　?。?）采用包纏處理的Kevlar纖維、丙綸，織造9種芳綸/丙綸混雜織物，經(jīng)STF復(fù)合后，克重提高35％左右

4、，透氣率隨著丙綸間距的增大而變大，織物層數(shù)增加，其透氣率下降，且四層織物中外層交織阻力較小，中間兩層交織阻力明顯提高。采用加以弱捻的UHMWPE無(wú)捻絲，設(shè)計(jì)織造8種組合式結(jié)構(gòu)織物，與正交結(jié)構(gòu)相比，準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)的紗線緊密度較高，兩者組合后使得織物舒適性能提高。
　?。?）平面方向復(fù)合形式的織物中，織物層數(shù)確定為4層，改變鋪層位置、角度，平紋織物作為沖擊面具有較好的防彈性，且沖擊面彈孔面積較大，纖維剪切斷裂平整；以0°/75°/150°

5、/225°角度鋪層，各層之間的各向異性最為明顯，沖擊能量傳遞方向不斷改變，具有較好的防彈性能。組合式結(jié)構(gòu)織物中，正交結(jié)構(gòu)單元能夠有效抵抗剪切作用，適合作為沖擊面。在高速?zèng)_擊下，沖擊面為正交結(jié)構(gòu)單元的織物單位面密度吸收能量值比沖擊面為準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)單元的織物高出了35.7%，但準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)單元對(duì)于抗拉伸作用具有優(yōu)勢(shì)。
　?。?）實(shí)彈射擊基礎(chǔ)試驗(yàn)中，隨著子彈沖擊速度提高，子彈由圓形頭轉(zhuǎn)換為尖形頭，疊層織物單位面密度吸收能量均下降，子彈剪切作

6、用力對(duì)織物的破壞層數(shù)增多；而相近沖擊速度下，疊層織物厚度增加，其單位面密度吸收能量相應(yīng)提高；30層Kevlar平紋織物符合警用防彈衣2級(jí)防護(hù)等級(jí)，而50層UD布滿(mǎn)足3級(jí)防護(hù)等級(jí)。
　　（5）厚度方向復(fù)合形式的織物中，確定疊層織物理論厚度為1cm，改變織物角度，單一織物與復(fù)合織物的角度為15°時(shí)，織物各層之間的各向異性最為明顯；改變織物組合形式，UD布的厚度在復(fù)合織物中占得比例越大，織物的防彈性能越好，且交換兩種織物前后位置，以UD