Kevlar三維組合結(jié)構(gòu)機(jī)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(jìn)了防彈衣的發(fā)展需求。近年來，高性能纖維增強(qiáng)三維結(jié)構(gòu)機(jī)織物復(fù)合材料在抗沖擊領(lǐng)域的研究越來越受關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)典三維結(jié)構(gòu)具有不同的性能特點(diǎn)，而單一的三維組織結(jié)構(gòu)構(gòu)成的復(fù)合材料無法全方位的滿足復(fù)合材料的性能要求，多種變化、更加復(fù)雜的三維組合結(jié)構(gòu)具有更好的綜合性能。本文以Kevlar三維組合結(jié)構(gòu)機(jī)織物為研究對象，探究了三維組合結(jié)構(gòu)機(jī)織物的制備與抗沖擊性能，旨在研究設(shè)計(jì)出更加輕柔、防彈性能更強(qiáng)的防彈衣

2、。
　　就此，本文選用芳綸纖維（簡稱Kevlar）和高強(qiáng)聚乙烯纖維（簡稱UHMWPE）原料，設(shè)計(jì)并在改造后的普通織機(jī)上制備完成了1組五層經(jīng)典三維結(jié)構(gòu)機(jī)織物和3組五層不同結(jié)構(gòu)單元數(shù)量比的正交和準(zhǔn)正交、正交和角聯(lián)鎖、準(zhǔn)正交和角聯(lián)鎖的三維組合結(jié)構(gòu)機(jī)織物；測試分析了所制機(jī)織物的厚度、平方米克重及交織阻力，同時(shí)采用彈道侵徹測試，結(jié)合織物的厚度、克重和交織阻力從纖維原料選擇、經(jīng)典三維結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)組合方式和垂紗接結(jié)方式四個方面深入分析三維組合結(jié)構(gòu)

3、機(jī)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(jié)構(gòu)機(jī)織物的防彈機(jī)理，提出了三維組合機(jī)織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文主要得到以下結(jié)論：
　?。?）對比Kevlar和UHMWPE纖維原料，UHMWPE經(jīng)典三維結(jié)構(gòu)織物的抗沖擊性能要優(yōu)于Kevlar經(jīng)典三維結(jié)構(gòu)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。
　　（2）經(jīng)典五層貫穿三維機(jī)織結(jié)構(gòu)中，正交結(jié)構(gòu)機(jī)織物的抗沖擊性能最優(yōu)，準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)機(jī)織物次之，角聯(lián)

4、鎖結(jié)構(gòu)最差。
　?。?）Kevlar三維組合結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu)數(shù)量與織物的抗沖擊性能不存在線性關(guān)系，正交和準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)的組合表現(xiàn)出最佳的抗沖擊性能且對單一典型三維結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能有較大改善，而正交和角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)的組合，準(zhǔn)正交和角聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)的組合對單一經(jīng)典三維結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能改善并不大。所有組合結(jié)構(gòu)中，1層正交結(jié)構(gòu)單元和4層準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)單元的組合表現(xiàn)出最佳的抗沖擊性能。
　?。?）將垂紗貫穿性接結(jié)方式改變?yōu)槠郊y接結(jié)，對正交結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能

5、影響不大，而準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)機(jī)織物的抗沖擊性能得到較大改善。
　　（5）彈道侵徹三維組合結(jié)構(gòu)機(jī)織物的沖擊破壞形貌：抗沖擊正面沖擊點(diǎn)附近區(qū)域微微下凹，侵徹區(qū)域?yàn)閳A形的空洞，彈孔表面和內(nèi)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(diǎn)附近區(qū)域微微隆起，變形區(qū)域近似菱形或圓形，沖擊點(diǎn)經(jīng)、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。
　?。?）彈體侵徹三維組合結(jié)構(gòu)機(jī)織物的能量吸收形式：三維組合結(jié)構(gòu)機(jī)織物對彈體動能

6、的吸收主要表現(xiàn)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(zhuǎn)變的應(yīng)力波要大于纖維斷裂功，織物抗沖擊正面表現(xiàn)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(zhuǎn)變成應(yīng)力波沿接觸紗線向經(jīng)、緯方向傳播，同時(shí)又有接觸紗線向相互交織的紗線傳播，形成一個應(yīng)力面。
　?。?）三維組合機(jī)織結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：三維組合結(jié)構(gòu)機(jī)織物沖擊面的紗線結(jié)構(gòu)可選擇正交結(jié)構(gòu)，以應(yīng)對沖塞剪切效應(yīng)；沖擊背面的紗線結(jié)構(gòu)可選擇準(zhǔn)正交結(jié)構(gòu)，以應(yīng)對拉伸