Kevlar三維組合結構機織物制備及其抗沖擊性能的研究.pdf

1、由于地區(qū)局勢的不穩(wěn)定，恐怖襲擊事件的頻發(fā)，促進了防彈衣的發(fā)展需求。近年來，高性能纖維增強三維結構機織物復合材料在抗沖擊領域的研究越來越受關注。研究發(fā)現經典三維結構具有不同的性能特點，而單一的三維組織結構構成的復合材料無法全方位的滿足復合材料的性能要求，多種變化、更加復雜的三維組合結構具有更好的綜合性能。本文以Kevlar三維組合結構機織物為研究對象，探究了三維組合結構機織物的制備與抗沖擊性能，旨在研究設計出更加輕柔、防彈性能更強的防彈衣

2、。
　　就此，本文選用芳綸纖維（簡稱Kevlar）和高強聚乙烯纖維（簡稱UHMWPE）原料，設計并在改造后的普通織機上制備完成了1組五層經典三維結構機織物和3組五層不同結構單元數量比的正交和準正交、正交和角聯鎖、準正交和角聯鎖的三維組合結構機織物；測試分析了所制機織物的厚度、平方米克重及交織阻力，同時采用彈道侵徹測試，結合織物的厚度、克重和交織阻力從纖維原料選擇、經典三維結構、結構組合方式和垂紗接結方式四個方面深入分析三維組合結構

3、機織物的彈道侵徹破壞形貌和彈道沖擊特征，并探究了三維組合結構機織物的防彈機理，提出了三維組合機織結構的優(yōu)化設計。本文主要得到以下結論：
　?。?）對比Kevlar和UHMWPE纖維原料，UHMWPE經典三維結構織物的抗沖擊性能要優(yōu)于Kevlar經典三維結構織物，而Kevlar三維組合織物的抗沖擊性能優(yōu)于UHMWPE三維組合織物。
　?。?）經典五層貫穿三維機織結構中，正交結構機織物的抗沖擊性能最優(yōu)，準正交結構機織物次之，角聯

4、鎖結構最差。
　?。?）Kevlar三維組合結構的單元結構數量與織物的抗沖擊性能不存在線性關系，正交和準正交結構的組合表現出最佳的抗沖擊性能且對單一典型三維結構的抗沖擊性能有較大改善，而正交和角聯鎖結構的組合，準正交和角聯鎖結構的組合對單一經典三維結構的抗沖擊性能改善并不大。所有組合結構中，1層正交結構單元和4層準正交結構單元的組合表現出最佳的抗沖擊性能。
　?。?）將垂紗貫穿性接結方式改變?yōu)槠郊y接結，對正交結構的抗沖擊性能

5、影響不大，而準正交結構機織物的抗沖擊性能得到較大改善。
　?。?）彈道侵徹三維組合結構機織物的沖擊破壞形貌：抗沖擊正面沖擊點附近區(qū)域微微下凹，侵徹區(qū)域為圓形的空洞，彈孔表面和內部有斷面整齊或呈犬牙狀粗糙的纖維。而抗沖擊背面沖擊點附近區(qū)域微微隆起，變形區(qū)域近似菱形或圓形，沖擊點經、緯方向上的紗線受抽拉明顯，彈孔處有明顯受抽拉而出的紗線和斷裂纖維。
　　（6）彈體侵徹三維組合結構機織物的能量吸收形式：三維組合結構機織物對彈體動能

6、的吸收主要表現為纖維沖塞剪切和紗線拉伸抽拔兩個過程。彈體在沖擊前期，由動能轉變的應力波要大于纖維斷裂功，織物抗沖擊正面表現出明顯的沖塞破壞，纖維受彈體剪切斷裂。在彈體沖擊后期，彈體動能轉變成應力波沿接觸紗線向經、緯方向傳播，同時又有接觸紗線向相互交織的紗線傳播，形成一個應力面。
　　（7）三維組合機織結構的優(yōu)化設計：三維組合結構機織物沖擊面的紗線結構可選擇正交結構，以應對沖塞剪切效應；沖擊背面的紗線結構可選擇準正交結構，以應對拉伸