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防弹材料论文摘要超高分子量聚乙烯纤维由于其优越性被用于防弹材料中,各国也在发展技术克服它的不足。高性能纤维得到了不断发展创新,目前已进入了一个高速发展阶段。我国企业也应抓住机会发展技术,在此领域上有更长远的发展。关键词超高分子量聚乙烯纤维、防弹材料、应用前景引言传统钢制防弹材料的防护水平能满足使用要求,不过重量和刚性严重降低了此类材料在使用中的舒适性,、纤维合成与纺丝工艺的发展,高性能纤维得到了不断发展创新,目前已进入了一个高速发展阶段,用高性能纤维材料制成的防弹材料质轻、柔韧性好、防护效果佳,近年来,各国用高性能纤维材料开发出了各种软式、软硬复合式防弹衣和防弹头盔。。与芳纶相比,UHMWPE纤维具有更高的强度、模量、比强度、比模量及声波传递速度,,上述几个指标越高,纤维的防弹性能越好超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)也称UHMWPE纤维,是继碳纤维、Kevlar纤维之后的第三代高性能纤维。1979年由荷兰DSM公司生的Dyneema(迪尼玛)纤维,是世界上第一种超高分子量聚乙烯纤维,此后各国相开发了多种超高分子量聚乙烯,如:美国联合信号公司(AlliedSignal)Spectra三井石油化的Tekmilon等。国内对UHMWPE纤维的研究开发工作,始于20世纪的80年代初期,经过几十年的研究开发,国内已经形成了多家UHMWPE纤维生产厂家。由于UHMWPE纤维具有低密度、高比模量、高比强度、良好的能量吸收性能等优点,UHMWPE纤维出现后打破了芳纶纤维在防弹材料领域的垄断地位,并有逐渐取代芳纶防弹纤维的趋势。 UHMWPE纤维增强复合材料的准静态力学分析蔡忠龙和冼杏娟对UHMWPE纤维增强复合材料的力学行为进行了一系列研究。UHMWPE纤维增强复合材料的轴向压缩性能较低,即使处理后的sK66/(sK66是UHMWPE纤维的商品名)。试样受压缩达70%极限荷载时开始产生塑性形变,并逐渐增大,出现剪切破坏,直至试样失效,但并不断开。这类材料压缩破坏的主要机理是UHMWPE纤维受压失稳弯折界面脱粘。此外,UHMWPE纤维增强复合材料的弯曲性能也很低,如处理后的SK66/环氧复合材料的弯曲强度最高只有150MPa,约为拉伸强度的1/7。在弯矩作用下,受压部分的承载超过SK66纤维的压缩强度时,纤维失稳,从而导致分层;受拉部分由于纤维与树脂的脱粘产生分层。逐层失效,最后韧性弯曲破坏。受弯分层是这类材料主要弯曲破坏机理。冼杏娟等人进一步研冗了UHMWPE纤维增强复合材料的断裂韧性和裂缝扩展,。她们采用三点弯曲加载方式,试样单边缺口,缺口长度(a)和试样宽度(w)之比为03,用长焦显微镜观测拍摄变形和断裂裂缝的扩展。实验表明:LDPE基体较环氧基体有更高的断裂韧性,因而能吸收更多的能量。LDPE基体在弯曲荷载达到临界值时,裂缝顶端钝化,在裂缝附近受剪部位,纤维脱粘而发白。若采用单向UHMWPE纤维增强树脂,试样中纤维垂直于缺口方向会出现裂缝增长;采用I胁UHMWPE纤维正交编织布增强树脂,试样的缺口顶端会出现钝化,累积的塑性变形可能引起微观裂纹,成为应力集中点,导致塑性破坏。 UHMWPE纤维增强复合材料的防弹性能研究 UHMWPE纤维增强复合材料的防弹性能研究主要集中在材料的冲击响应和破坏机理方面。 1994年,美国宾西法尼亚大学的LeeBL和军方研究人员songJW与wardJF发现,、冲塞和剪切、拉伸破坏并存,其中,冲塞主要是由剪切引起的。另外,当面密度固定且较低时,上述两种形式的纤维层压板防弹能力没有差异;但随着面密度的提高,无纬片层压板表现出更高的防弹能力。这可能是因为正交编织布在编织加工的过程中,纤维的强度会不可避免地损失,而无纬片却能保持纤维的强度;并且元纬片上因为没有结点,可以更有利于传递弹击时产生的冲击波,防止形成剪切冲塞。另外,无纬片层叠的角度与分层区的形成有很大的关系,如(O/900)n、(00)n、(o/+45/-45/900)n等。考虑到战场上的人员经常要面对子弹或碎片的重复冲击破坏,Lee等人还设计了一个实验:在UHMWPE纤维层压板的同一部位,以较低的着弹速度,重复性地施加冲击。采用扫描电镜分析uHMwPE纤维增强复合材料的断面发现,原分层的区域扩大,直至复合材料整个被破坏。这种情况下,冲击的累积次数,可视为防弹材料的抗冲击疲劳寿命。与聚氨酯胶粘剂相比,乙烯基酯胶粘剂的复合材料具有更高的