2D、3D织物结构对STF/UHMWPE复合材料高速冲击性能影响的研究

为了探究2D、3D织物结构对剪切增稠液体(STF)/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料高速冲击性能的影响,分别使用2D UHMWPE织物和3D UHMWPE织物与STF复合,制备STF/UHMWPE复合材料,再分别与UD布结合制备3组靶样。A组为纯UD布靶样;B组为UD布STF/UHMWPE(2D)复合材料靶样;C组为UD布STF/UHMWPE(3D)复合材料靶样,并对3组靶样进行高速冲击实验。实验结果表明:STF/UHMWPE(2D)复合材料在高速冲击实验中性能更好,复合材料在径向上吸收能量的能力强于纵向。

STF/UHMWPE织物复合材料防刺性能的研究

为拓宽STF/防刺织物复合材料的种类,寻求更轻、更薄、更软和更经济的防刺材料,用原生粒径20nm的SiO2分散于PEG200中制得不同SiO2含量的STF,通过浸泡的方式制备出STF/UHMWPE织物复合材料.参照GA 68—2003《防刺服》标准,在TLC-30A微处理器控制落锤式防刺服专用冲击试验机上测定不同条件下STF/UHMWPE复合材料的防刺性能.结果表明,STF能明显增强UHMWPE织物的防刺性能,STF/UHMWPE无纺布复合材料的防刺性能优于STF/UHMWPE机织布复合材料;并且随着STF固含量的增大,STF增强织物防刺性能的效果越显著;STF/UHMWPE复合材料与纯UHMWPE复合铺层的防刺性能优于STF/UH-MWPE复合材料单独铺层时,而且STF/UHMWPE复合材料放在最上层效果较好.

STF/UHMWPE复合材料的高速冲击性能

本文将分散相粒子纳米球形SiO2在一定分散条件下均匀分散在介质PEG200和PEG400中,制备剪切增稠液(STF),然后通过浸轧的方式将STF与二维超高分子量聚乙烯(UHMWPE)织物相结合制备STF/UHMWPE复合材料。为探究STF/UHMWPE复合材料的抗冲击性能,以UD布为基材制靶样,分别为纯UD布靶样,UD布二维织物靶样和UD布STF/UHMWPE复合材料靶样,为减小实验误差,每种靶样设计三个相同组份的样品。利用高速冲击试验测试三组不同靶样的抗高速冲击性能,通过比较高速冲击后靶样的凹陷深度和最大凹陷直径,得到STF/UHMWPE复合材料的抗冲击性能。结果表明,UD布STF复合二维UHMWPE织物靶样比纯UD布靶样凹陷最大直径减小37.68%,凹陷深度减小10.13%,UD布STF/UHMWPE复合材料靶样抗高速冲击性能最好;STF在高速冲击试验过程中可以有效地吸收冲击能量。

STF/abs稀释比例对STF/UHMWPE材料高速冲击性能的影响

研究了剪切增稠液(STF)不同稀释比对STF/UHMWPE材料抗高速冲击性能的影响。按照V(剪切增稠液)∶V(无水乙醇)(abs)=1∶1、1∶2、1∶3、1∶4对STF稀释,制备4组STF/UHMWPE材料靶样,利用扫描电镜(SEM)分别观察织物复合前后和材料断裂处纤维表面形态。利用高速冲击实验测试4组靶样的高速冲击性能。实验结果表明,剪切增稠行为发生在材料断裂处;剪切增稠液与无水乙醇体积比为1∶3的STF/UHMWPE材料高速冲击性能最好。

UHMWPE织物增强TPU防刺大底复合材料的防刺性能研究

为探究超高分子量聚乙烯(UHMWPE)织物增强热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)防刺大底复合材料的防刺性能,以UHMWPE为原料制备4种斜纹织物作为增强体,采用热压工艺制备了UHMWPE织物增强TPU防刺大底复合材料。探究热压工艺、织物组织等因素对材料防刺性能的影响规律,并揭示材料的防刺机理。结果表明:UHMWPE织物增强TPU防刺大底复合材料的防刺性能在一定条件下(150℃织物熔融)随着热压温度的增加呈现增大的趋势,热压温度为140℃时防刺性能最好;防刺性能随着热压时间的增加总体呈先增大后减小的趋势,热压时间为2min时防刺性能最好。织物组织对材料防刺性能的影响依次为2/2右斜纹>3/1右斜纹>32/12加强斜纹>山形斜纹。UHMWPE织物增强TPU防刺大底复合材料的防刺机理主要是纤维剪切破坏、纤维拉伸断裂和织物组织局部变形。

STF/UHMWPE柔性复合材料的制备及防刺性能研究

本文采用双向包缠超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的纱线结构,在电脑横机上进行纬平针编织成高性能纤维织物作为柔性复合材料基体,设计并制作最佳的剪切增稠液(STF)作为增强体,采用静态浸渍法将两者复合成新型柔性复合材料,最后通过准静态穿刺实验和断面形貌观测对比分析了STF/UHWMPE复合材料的防刺性能,为柔性防刺材料的设计和开发提供了一定的借鉴。

环境介质对UHMWPE纤维织物复合材料摩擦学性能的影响

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维织物复合材料在干摩擦及在海水、机械油介质中的摩擦磨损性能,并采用扫描电子显微镜对其磨损表面和摩擦对偶表面进行观察和分析。结果表明,海水和机械油可以分别在对偶表面形成软质薄膜和润滑膜,起到了减摩作用;同时,水分子和油分子会渗入到复合材料内部,降低纤维与树脂间的黏接强度,导致复合材料抗磨性能的降低。

UHMWPE纤维针织物-环氧树脂复合材料的制备与性能

将等离子体处理前后的超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维针织物分别与环氧树脂在平板硫化机上进行复合,制作出UHMWPE纤维针织物复合材料,对其进行裁样,测试UHMWPE纤维针织物复合材料的拉伸、弯曲和压缩性能。结果表明:经等离子体处理后,复合材料的拉伸强度、弯曲强度均有较大提高,压缩强度有小幅增加。

不同种类的UHMWPE/R复合纱织物力学及防刺性能对比

文章选用由UHMWPE及黏胶纤维所纺制的相同线密度UHMWPE短纤纱/R、UHMWPE长丝/R包芯纱,UHMWPE短纤纱/R、UHMWPE长丝/R赛络菲尔纱4种不同种类的UHMWPE/R复合纱,分别织制相同规格平纹织物,并对其进行力学及静态防刺性能的测试对比。结果表明:各试样的拉伸断裂强度其纬向都略大于经向,而撕裂强度则相反。纱线的结构及物理性能在很大程度上影响了织物的力学性能。各试样的经向穿刺力略大于纬向,而沿试样45°方向的穿刺力都小于经纬向,且各试样中织物强力较高的普遍穿刺力较高,织物中毛羽的提高也有利于穿刺力的提高。

UHMWPE纤维立体成形针织复合材料的设计制作

采用333.33 tex/2 760 f的UHMWPE纤维编织立体成形针织物增强体,结合E-44环氧树脂和650聚酰胺树脂制作复合材料模型。结合编织试验,确定雷达罩、火箭、潜艇等模型的立体成形针织物编织参数,详细阐述模型规格、工艺设计要点、编织工艺等。通过手糊方式将环氧树脂涂覆于编织好的UHMWPE纤维立体成形针织物表面,制造出UHMWPE纤维立体成形针织物与环氧树脂复合材料模型,包括雷达罩模型、火箭模型、潜艇模型以及其他立体结构模型,为立体成形复合材料的研究提供参考。

芳纶-UHMWPE混杂复合材料力学性能研究

为探究不同混杂结构的芳纶-UHMWPE纬平针织混杂复合材料的力学性能,根据混杂比设计10种不同混杂结构的芳纶-UHMWPE纬平针织复合材料。采用电子式万能试验机、落锤法对其进行拉伸、冲击等测试,研究不同混杂结构拉伸性能和抗冲击性能的差异性。结果表明:层间结构的拉伸强度随UHMWPE织物层数增加而增大,在相同混杂比的情况下,UHMWPE(U)层夹芯芳纶(K)层时复合材料的拉伸性能较好;当K∶U=1∶3时,以芳纶织物为冲击面,混杂复合材料的抗冲击性能最佳;当K∶U=3∶1时,以UHMWPE织物为冲击面时,混杂复合材料的抗冲击性能最佳;所有混杂方式表现为正的混杂效应。

电流强度对UHMWPEF机织布表面电晕处理性能的影响

针对超高相对分子量聚乙烯纤维机织布(UHMWPE Fiber Woven Fabric)表面浸润性差、与树脂基体界面黏结度低的缺点,采用等离子电晕放电处理方法对其表面进行改性,利用扫描电子显微镜(SEM)、高湿界面张力仪、傅里叶红外光谱(FTIR)及X射线光电子能谱(XPS)等测试手段探究改性前后机织布表面的物理性质和化学结构变化情况。结果表明:经过改性处理的机织布,其表面在SEM下呈现较明显的蚀坑,特别是丝束搭接处蚀坑密度大;机织布表面水接触角随着电流强度增加而逐渐减小,润湿性增强;机织布表面明显引入了羟基、羰基和羧基等基团,且随着电流强度增加,机织布表面的含氧基团增加。

钢背UHMWPE纤维织物复合材料的摩擦学性能分析

纤维织物增强钢背复合材料因具备优异的力学与摩擦学性能在航空航海等领域备受关注,在无油或少油工况下具有较好的应用前景。使用改性处理的超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维织物作为增强材料,利用环氧树脂热压在不锈钢环上制备UHMWPE纤维织物增强钢背复合材料,研究其与45钢盘在环-环端面干摩擦状态下的摩擦学特性,考察纤维织物层数与摩擦转速对材料摩擦学性能的影响,对磨损前后复合材料厚度及45钢质量进行测取,利用表面轮廓仪与扫描电子显微镜对复合材料及对偶件磨损面进行观察与分析。结果表明,三种织物结构均能改善不锈钢的摩擦磨损特性,其中一层织物结构所表现的综合摩擦特性最好,在试验工况下摩擦因数与磨损率平均降低了77.7%与67.2%,在试验工况下主要发生磨粒磨损;二层与三层织物由于具备下层织物的支撑,故在较高转速下能保持材料自身良好的摩擦学特性,二层织物在试验工况下摩擦因数与磨损率平均降低了71.5%与65.7%,三层织物则为73.1%与60.3%,由于摩擦热量的积聚同时伴有树脂碎屑与破碎纤维的加入,其在高速下主要经历黏着磨损与疲劳磨损。试验表明,织物结构于干摩擦工况下表现出较优的摩擦特性与可靠性,能较好地胜任无油或少油作业。

基于纤维混杂的防弹防刺材料结构设计与优化

反恐处突人员在处理城市暴力恐袭事件时需要同时应对刀刺及枪击的威胁,单一防护功能的防护服难以保障生命安全。根据防弹和防刺机理,将防弹和防刺材料进行组合设计可达到多功能的防护效果。目前基于组合材料的双防服研制方法主要为实验试错,设计效率低下,成本较高。针对这一问题,提出一种基于能量吸收准则的纤维混杂防弹防刺结构理论设计与优化方法,开展单一防护材料即浸胶芳纶布和超高分子量聚乙烯(Ultra high molecular weight Polyethylene,PE)无纬布的弹道实验和动态穿刺实验,计算单一材料的弹道动能吸收和穿刺动能吸收。基于能量守恒定律,设计给定8500 g/m^(2)面密度下的防弹防刺组合结构,得到防弹与防刺材料的层数范围。经过弹道及动态穿刺实验验证,理论计算安全余量充足,11层浸胶芳纶布加18层PE无纬布组合满足公安部《GA68—2019警用防刺服》及警用三级防弹要求且最为轻便,面密度8390 g/m^(2)。对防弹防刺结构进行优化设计,得到面密度为8370 g/m^(2)的最轻量组合结构(9层浸胶芳纶布加21层PE无纬布),研究成果可为双防服的工程设计与创新应用提供参考。

浸轧压力对STF-Kevlar织物高速冲击性能影响研究

为研究浸轧压力对剪切增稠液体(STF)增强Kevlar织物高速冲击性能的影响,分别采用50 kPa, 100kPa, 200kPa的压力浸轧STF-Kevlar织物,并使用钛合金模拟叶片弹体开展打靶试验。研究结果表明:STF表现出明显的剪切增稠现象,增稠范围为169~1 500 s^(-1),增稠比为56.4;Kevlar织物浸渍STF后,二氧化硅(SiO_(2))纳米粒子均匀附着在纤维表面;浸轧压力的增加使STF-Kevlar织物的质量增加率降低;STF-Kevlar织物的能量吸收较纯Kevlar织物高29.4%,但其弹道性能指数(BPI)低于纯Kevlar;浸轧后STF-Kevlar织物的能量吸收高于纯Kevlar织物,但低于未浸轧STF-Kevlar织物;在100 kPa的浸轧压力下,STF-Kevlar织物的单位面密度吸收的能量最高;STF-Kevlar织物能量吸收的变化趋势与织物极限变形高度的变化一致。

STF/Kevlar复合材料的制备与冲击撕裂性能

以纳米SiO_2粉体为分散相、PEG为分散介质,制备剪切增稠液体(STF),采用涂层法制备STF/Kevlar复合材料,并对其在摆锤冲击条件下的冲击撕裂性能进行测试和分析。试验结果表明,PEG的平均相对分子质量增加有利于提高STF/Kevlar复合材料的冲击撕裂性能,但制备STF时纳米SiO_2粉体均匀分散在PEG中的难度增加,极易产生团聚现象,导致STF/Kevlar复合材料的冲击撕裂性能下降。同时,随着纳米SiO_2粉体质量分数及STF质量分数增加,STF/Kevlar复合材料的冲击撕裂性能呈现提升趋势。

软质防弹衣中减凹陷材料和防弹层结构的研究

本论文为实现软质防弹衣的轻量化,并减轻子弹冲击对人体造成的非贯穿性损伤,设计了一种新型的减凹陷片和防弹层叠层方式,并通过弹道测试系统进行打靶测试。结果表明:相比单一的减凹陷片材料,采用复合材料加强的减凹陷片,其减凹陷效果更好,并且,复合材料与减凹陷材料的组合方式影响减凹陷效果;防弹层采用防弹单元面密度阶梯递减的叠层方案,能减小软质防弹衣中防弹层的面密度,实现防弹衣的轻量化,并且,防弹层面密度减小的同时,防弹衣的凹陷值不会增大,大幅度提高了软质防弹衣的防弹性能。

剪切增稠液体增强织物防刺性能的机理研究

制备出质量分数分别为20%和26%的剪切增稠液体(STF),研究了其流变性能、浸渍UHMWPE织物后所得的复合材料在不同条件下的防刺性能和STF增强织物防刺性能的机理.结果表明:2种液体均具有先剪切变稀后剪切增稠的流变性能曲线;由于STF具有钝化刀具和限制织物纱线或纤维移动的作用,能明显增强UHMWPE织物的防刺性能;STF/UHMWPE无纺布复合材料的防刺性能优于STF/UHMWPE机织布复合材料;随着STF固含量的增大,STF增强织物防刺性能的效果更加显著;STF/UHMWPE复合材料与纯UHMWPE复合铺层的防刺性能优于STF/UHMWPE复合材料单独铺层时的防刺性能,而且STF/UHMWPE复合材料放在最上层效果较好.

液态氧化法处理超高分子量聚乙烯纤维

用液态氧化法对超高分子量聚乙烯纤维进行了表面处理，研究了处理介质、处理时间对超高分子量聚乙烯／ 环氧复合材料层间剪切强度的影响，用扫描电子显微镜、ＸＰＳ表面元素分析、毛细浸润法测接触角等方法探讨了纤维表面性能处理前后的变化，以及纤维与树脂的界面结合情况。

剪切增稠液体在防刺材料中的应用研究

制备出质量分数为22%的剪切增稠液体(STF)并对其稳态和动态流变性能进行研究,发现体系具有明显的剪切增稠现象,用"粒子簇"生成机理能较好地解释这种现象。用STF处理不同经纬密的芳纶,制备出STF-复合织物,并对其和纯芳纶织物进行准静态防刺试验。结果表明,剪切增稠液体的使用能够有效地增强芳纶织物的防刺性能,但经纬密小的提高的更多,在相同的面密度下,顶破强力分别提高了7.66%和170.84%。