服用软质防刺材料研究进展

综述了防刺服的发展历程,概述了防刺材料的研究现状,介绍了材料的防刺机理,以及相关的防刺测试标准和方法。重点介绍了织物/剪切增稠型服用软质防刺材料的研究进展,分析了服用软质防刺材料可能的发展趋势,为服用软质防刺材料的进一步研究开发提供参考。

剪切增稠液胶囊增强硅橡胶复合材料抗冲击性能的数值模拟研究

冲击会对实战条件下武器的安全性和可靠性带来影响,因此必须使用抗冲击材料来提高武器系统的安全性。随着武器装备的高速发展,传统的聚合物抗冲击材料已逐渐不能满足要求,因此需要开发兼顾高效、轻质、智能、多次防护、多功能的抗冲击防护材料。将剪切增稠液(STF)胶囊分散在硅橡胶中制备了新型抗冲击复合材料,应用LS-DYNA程序ALE算法对落锤冲击STF/硅橡胶复合材料的过程进行了动力学建模,通过数值模拟研究了复合材料的抗冲击性能,并讨论了冲击速度、STF液滴分布结构以及吸能液体对复合材料抗冲击性能的影响。

剪切增稠流体浸渍Kevlar复合材料的防刺性能

利用自制落锤式冲击试验装置,该文研究了剪切增稠流体(STF)浸渍Kevlar复合材料防刺性能的瞬态受力响应过程和刺穿深度,以及STF-Kevlar复合材料的吸能机理。实验结果表明,经浸渍的Kevlar织物防刺穿力峰值提高到约400 N,复合材料的第一层受力响应时间缩短到3.5 ms,而刺穿深度降低较小。其中以120 nm SiO2配制的中间浓度的分散体系浸渍后,复合材料的防刺效果最好,防刺穿力提高至约2.7倍,刺穿深度降低了10%左右。

剪切增稠液/高性能纤维复合材料防刺性能的研究

制备出剪切增稠液体(STF),通过抽拔实验和红外测试从宏观与微观两个方面进行分析研究,"粒子簇"生成机理能较好地解释这种现象。并将该剪切增稠液对芳纶、超高分子量聚乙烯、S-玻璃纤维这三种用于防护材料的高性能纤维进行复合。通过对处理后的纤维复合材料进行扫描电镜和静态防刺实验,来分析这三种STF/纤维复合材料的微观形态及其防刺性能。研究结果表明,在纤维织物面密度相同的情况下,剪切增稠液体的使用能够有效增强这三种不同高性能纤维织物的防刺性能,使得其顶破强力分别比未处理的提高了16.13%、13.37%和16.47%。

剪切增稠液及其复合材料

剪切增稠液以其独有的剪切增稠效应引起了研究者的关注,以其为增强体开发的复合材料显著增强了基体材料的抗冲击性能。首先综述了剪切增稠液的基本性质、影响剪切增稠行为的因素、新型剪切增稠液体系和不同剪切增稠体系的增稠机理,然后概述了基于剪切增稠液制备的复合材料在防弹防割刺、抗冲击和夹层结构等领域的应用,并对其作用机理进行了阐述,最后展望了剪切增稠液及其复合材料的发展。

STF/UHMWPE柔性防刺复合材料制备工艺

通过将具有显著剪切增稠效果的剪切增稠液体(STF)与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行复合制备得到柔性防刺复合材料。通过对STF/UHMWPE的复合材料进行扫描电镜形貌分析以及静态防刺实验,来研究该复合材料的防刺性能及其机理。重点研究不同稀释剂、稀释比对复合材料防刺性能的影响。研究结果发现,对于UHMWPE织物而言,在面密度相同下,水作为稀释剂的效果更优,当其稀释比为1∶2时防刺性能提高幅度最大,其顶破强力比未处理的提高了50.94%。

柔性抗冲击纺织材料及其结构的研究进展

针对软体柔性抗冲击纺织品轻质与高防护间的矛盾,综述了抗冲击纤维薄膜新材料、纤维表面改性及结构设计等方面的研究进展。分析了新型纤维薄膜材料包括石墨烯纤维及碳纳米管纤维的理论强度、制备方法及宏观制备存在问题;阐述了剪切增稠剂、纳米无机材料对纤维表面的改性应用的方法及抗冲击效果;阐明了单层织物结构、叠层结构等的结构优势及劣势以及气凝胶复合结构、硬软仿生结构在抗冲击方面的应用前景。研究认为:在满足抗冲击性能的前提下,通过表面改性、织物结构、层间结构、硬软结构等组合设计,可使其抗冲击性与舒适性协同;高纯度石墨烯、碳纳米管纤维和薄膜的宏量化无缺陷制备将是未来抗冲击纺织品超轻量化需要突破的技术瓶颈。

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.

剪切增稠液对不同结构芳纶织物防刺性能的影响

为实现防刺服的轻量化以提高可穿戴性,用剪切增稠液(STF)浸渍不同结构的芳纶织物制备柔性防刺材料,探究织物结构对STF/芳纶复合织物防刺性能的影响。借助流变仪、扫描电子显微镜、万能强力仪对STF的流变性及STF/芳纶复合织物的形貌、纱线抽拔力、准静态锥刺和刀刺性能进行表征。结果表明:STF的流变性能随着分散相质量分数的增加而明显增强;经STF浸渍后各织物的防刺性能都有明显提升,经纬密度较大的平纹织物表现出较优的抗锥和抗刀刺性能,其中最大抗锥刺和抗刀刺力分别为993.75 N和687.50 N;STF的剪切增稠作用能有效提高纤维间的摩擦从而限制纱线滑移,且随着织物交织点数增多,纱线间摩擦力增大;斜纹复合织物的刀刺性能提升最为明显,提升了387%,因为斜纹织物较长的浮长线能有效抵抗刀刃的切割作用。

UHMWPE织物/剪切增稠液防刺复合材料的制备及性能

为了制备防刺复合材料,以气相二氧化硅(Fumed SiO2)和碳纳米管(CNTs)为分散相,聚乙二醇(PEG200)为分散介质,采用超声分散法制备多相剪切增稠液(STFs),然后以浸渍工艺将其与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维织物复合。结果表明,CNTs颗粒的加入会使得STFs体系黏度和剪切应力增加,增稠周期缩短,增稠比增大,具备更高的储能模量和耗能模量;UHMWPE织物/STFs复合材料纤维束间的摩擦增加,抗穿刺性能增强,在不影响防刺性能的前提下,织物层数减少。

柔性防刺材料及其制品的研究现状与进展

从实际应用角度阐述不同种类防刺材料的防刺机理,对比不同种类防刺服的防护性能与穿着舒适性。结合目前柔性防刺材料的加工工艺,重点对比剪切增稠液体整理、树脂浸渍整理、表面涂层整理、离散树脂涂层整理及石墨烯强化的复合材料防刺性能的差异。指出柔性防刺材料的发展趋势及其未来在民用防护领域的应用。

SiO_2粉体粒径对STF/Kevlar复合材料防刺性能的影响

采用自制的不同粒径的SiO2粉体,利用球磨分散技术配制具有剪切增稠特性的SiO2/PEG200悬浮液流体(STF),并利用静态浸渍方法制备STF/Kevlar复合材料,研究了粉体粒径对流体体系流变性能和复合材料防刺性能的影响。结果表明,不同粒径SiO2粉体配制的悬浮液均具有明显的剪切增稠性能,当SiO2粉体质量分数相同时,流体体系的起始黏度、临界剪切速率、最大黏度均随着粒径的增大而减小。16层STF/Kevlar试样能承受24.0J锥体冲击,远远优于相同面密度的纯Kevlar试样,随着粒径的增加,试样的防锥刺性能提高。刀体冲击能量为13.0J时,STF/Kevlar试样的防刀刺性能优于相同面密度的纯Kevlar试样,随着粒径的增大,试样的被刺穿深度减小,主要表现为剪切断裂破坏。