STF-Kevlar柔性复合材料制备与性能研究

以纳米SiO_2为分散相粒子,聚乙二醇为分散介质,制备剪切增稠流体,并与Kevlar纤维复合制备STF-Kevlar柔性复合材料。采用扫描电子显微镜和转矩流变仪对微观结构和性能进行表征。结果表明:SiO_2的固含量为35%时附着效果最佳,均匀分散;浸渍在STF里的时间为30min时效果最佳。在稳态曲线中,固含量为35%、40%、45%的体系中随着SiO_2固含量的增大,STF的起始粘度增加,STF体系中的临界剪切速率减小;在动态曲线中,初始复合粘度随着固含量的增加而增大,随着角速率的增大,STF体系的复合粘度逐渐减小。

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。

纳米材料在防弹衣上的应用

简单介绍防弹衣的重要性以及防弹衣材料的发展历程;阐述了剪切增稠液体(STF)特点以及STF-Kevlar织物的制备方法、防护机理;并指出其应用发展方向。

单束STF强化Kevlar织物力学性能研究

高强度Kevlar纤维机织织物被广泛应用于发动机机匣包容上,剪切增稠液(Shear thickening fluid,SFT)被发现可以有效增加Kevlar织物的能量吸收能力。通过设计针对单束纤维束的相应加强片与夹具,在MTS材料试验机与霍普金森拉杆上开展室温下的(20℃)力学性能试验,得到单束纯Kevlar纤维与不同浓度STF强化Kevlar的准静态与动态拉伸力学性能。对比分析了准静态与动态试验下织物破坏形态和力学性能的区别,得到STF溶液浓度对弹性模量、应力极限与拉伸强度的影响,为STF增强Kevlar织物的动态响应分析提供参考。

剪切增稠流体运用于低速冲击防护的研究

利用剪切增稠流体与芳纶织物进行复合得到STF-芳纶复合材料,通过低速冲击测试平台对STF-芳纶复合材料与多层纯芳纶织物进行低速冲击对比实验。实验结果表明,在相同冲击能量下,纯芳纶织物的隔冲系数和能量吸收率随织物层数的增加而增大;浸渍剪切增稠流体制得的STF-芳纶复合材料与同质量的纯芳纶织物相比,抗低速冲击性能有明显提高,其表面最大冲击力与剩余冲击力小,隔冲系数与能量吸收率大。增加纯芳纶织物层数和采用浸渍剪切增稠流体的复合材料都能提高抗低速冲击性能,后者效果更明显。

Kevlar/丙纶织物交织阻力及其STF复合材料的防弹性能

采用Kevlar纤维作为原料,改变并织丙纶参数,试制14种平纹织物,以剪切增稠液体(STF)修饰织物,按照一定的复合工艺制备STF-Kevlar织物复合材料;采用万能材料试验机对织物进行交织阻力测试,借助气控高速发射装置测试复合材料的防弹性能,探讨不同的丙纶参数对复合材料性能的影响。结果表明:随着Kevlar织物中丙纶线密度的增加,加强纱线间的结合,织物交织阻力增大,复合材料的防弹性能变优;织物交织阻力与并织丙纶根数呈线性关系,纱线结合度高的区域扩大,复合材料防弹性能加强;织物中丙纶分布较密,复合材料在单位面积上吸收的能量较多。

基于剪切增稠液体防护装甲的研究

综述了剪切增稠液体(Shear Thickening Fluid,即STF)的基本性质、组成成分、流变机理,影响STF流变性能的诸多因素以及对STF流变性能的研究方法,介绍了STF中聚乙二醇(PEG)/纳米SiO2颗粒体系和SiO2的制备方法,对PEG/SiO2的增稠机理进行了讲解。在对STF研究的基础上,阐述了STF-织物组成的液体防护装甲的优异防护性能、防弹和防刺(防锥、防刀)机理,讲述了STF-Kevlar构成的液体防护装甲及防刺机理,介绍了动态防刺测试和准静态防刺测试,最后对液体防护装甲未来研究方面进行了展望。