STF-Kevlar、UHMWPE織物復合形式及其防彈性能研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，人們對于防護裝備的要求不再局限于優(yōu)異的防護性能，同時也追求輕便、柔軟等舒適性。如何設(shè)計出高效、輕質(zhì)的防護裝備是目前該領(lǐng)域重要課題之一。纖維復合材料在防彈領(lǐng)域的應用發(fā)展越發(fā)廣闊，高性能纖維常以機織物、無緯布等形式存在，且預制件原料、組織結(jié)構(gòu)、厚度、復合形式及其制備工藝、層合方式等因素對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，簡稱UHMWPE）為原料，采用Kevlar平紋織物、UHMWPE無緯布（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21種平面方向的復合形式，46種厚度方向的復合形式，對疊層織物進行實彈射擊試驗，分析高性能纖維織物復合形式對其防彈性能的影響，探究相對最優(yōu)的織物復合形式。主要得到以下結(jié)論：
　?。?）優(yōu)化

3、STF制備工藝，采用電動攪拌器與超聲波振動儀共同作用，控制溫度為25℃，制得混合均勻的STF分散體系；優(yōu)化STF復合工藝，在干態(tài)STF復合工藝研究基礎(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。
　　（2）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無捻絲，設(shè)計織造8種組合式結(jié)構(gòu)織物，與正交結(jié)構(gòu)相比，準正交結(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。
　　（3）平面方向復合形式的織物中，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。在高速沖擊下，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正交結(jié)構(gòu)單元的織物高出了35.7%，但準正交結(jié)構(gòu)單元對于抗拉伸作用具有優(yōu)勢。
　?。?）實彈射擊基礎(chǔ)試驗中，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提高；30層Kevlar平紋織物符合警用防彈衣2級防護等級，而50層UD布滿足3級防護等級。
　　（5）厚度方向復合形式的織物中，確定疊層織物理論厚度為1cm，改變織物角度，單一織物與復合織物的角度為15°時，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