樹脂基厚向混雜防彈復合材料的制備及侵徹機理研究.pdf

1、防彈復合材料是一種能夠有效吸收高速彈體沖擊能量的功能性復合材料，其設計和制備目標是達到最大的面密度吸能。高性能纖維增強樹脂基復合材料由于具有重量輕、防彈性能優(yōu)異等優(yōu)點，被廣泛應用于個體防護、裝甲設計和防護工程等領域，其能量吸收能力與纖維的種類、鋪層順序、鋪層角度以及樹脂的種類、含量等因素有關。不同種類的高性能纖維具有不同的力學性能各向異性，而防彈復合材料在受到彈體沖擊時存在不同程度的厚度效應，如何結合彈體沖擊過程的特點和不同高性能纖維的

2、優(yōu)點，進一步提高復合材料的防彈能力是當前研究和制備防彈復合材料的一個重要研究對象。
　　本文以三種高性能纖維織物（芳綸、玻璃、碳纖維織物）為增強材料、熱塑性聚酰胺6樹脂為基體，制備單一織物增強和厚度方向混雜復合材料，以彈道極限速度為評價標準，研究成型工藝、樹脂含量、鋪層順序和混雜比例等因素對復合材料能量吸收能力的影響，并采用實驗和數(shù)值分析相結合的方法，對復合材料的防彈機理進行分析。
　　首先，開展了三種高性能織物（芳綸、玻璃

3、、碳纖維織物）增強復合材料的層壓成型條件優(yōu)化，包括成型溫度、壓力、時間，主要通過彈道沖擊實驗，以彈道極限速度、沖擊吸能和彈道性能指數(shù)作為評價標準，得到使材料防彈性能達到最好時的工藝參數(shù):成型溫度115℃，成型壓力7.5MPa，成型時間20min。同時得到三種復合材料的防彈能力從強到弱依次為芳綸、玻璃、碳纖維增強復合材料。然后在此基礎上，制作單一高性能織物增強、不同樹脂含量的復合材料，并進行彈道沖擊實驗，對復合材料的樹脂含量進行優(yōu)化，最終

4、結果顯示:樹脂含量在20％左右時，三種復合材料的防彈性能同時達到最佳。
　　其次，在最佳工藝條件及樹脂含量下，將三種高性能織物分成有機纖維織物（芳綸纖維）和無機纖維織物（玻璃、碳纖維），然后按照不同的鋪層順序制作三種高性能織物的厚向混雜防彈復合材料，并通過彈道沖擊測試，對混雜復合材料的結構進行優(yōu)化。其結果顯示:與芳綸增強復合材料相比，S4K5的V50提高了10.4％，達到254.71m/s;C2K5提高了3.9％，達到239.21

5、m/s;C2S2K3達到257.30m/s，提高了11.7％。這說明無機纖維織物在前作為著彈面、有機纖維織物在后作為背彈面制作復合材料具有更好的防彈性能;同時，混雜復合材料因在不同位置布置不同吸能特征的高性能纖維織物，可以最大化地發(fā)揮織物的力學性能、吸收更多的彈體沖擊動能。
　　最后，以材料力學作為指導，測試材料的各項力學性能參數(shù)，構建復合材料的各向異性數(shù)值分析模型，利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件對其彈道沖擊過程進行