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上海交通大学硕士学位论文

防弹纤维复合材料中树脂的性能研究



摘要


纤维增强树脂基复合材料以其优异的性能和方便舒适的特点成为弹道防护装备
的主流材料。这类复合材料主要利用柔软的纤维和适量树脂基体进行复合,经压制
形成板材或片材使用。高性能树脂基复合材料技术将以开发高强度、高刚性、高湿
热环境下使用的多功能性为重点。树脂基体作为复合材料中的一种重要成分,它的
性质和含量,与纤维形成的界面层性质将直接影响到复合材料的最终力学性质。它
必须能与纤维一同伸长、断裂,使复合材料最大限度吸收弹丸的冲击能量,起到抗
弹、耐震的作用,同时自身必须具有较高的断裂延伸率和良好的阻燃性。
目前,单独使用某一种树脂基体很难满足一些特殊领域对纤维复合材料综合性
能的要求。如轻型装甲,既要求防弹性能好,而且作为结构材料必须具备优良的力
学、物理、化学等方面的性能。因此,开发出新型的树脂基体或对常规的树脂进行
改性发展趋势,对它类型的选择和性能的优化设计受到广泛的重视。
本论文选择超高分子量聚乙烯纤维作为硬质防弹复合材料用纤维,研究了适用
于 UHMWPE 纤维复合材料的树脂基体 SEBS 热塑性弹性体的改性情况。主要研究内
容及结论如下:
文章重点系统的先考察了热塑性塑料高密度聚乙烯(HDPE)和线性低密度聚乙
烯(LLDPE)对 SEBS 弹性体的改性效果。研究了不同的热塑性塑料对 SEBS 树脂
机械性能、物化性能的影响规律。结果表明,在 SEBS 中加入 HDPE 大大提高了复
合材料的冲击强度,断裂伸长率和 100%定伸强度,又赋予复合材料良好的加工流变
性能及适当的硬度。观察实验的结果和作为防弹材料性能上的要求,可以确定质量
比为 100/20 的 SEBS/HDPE 复合材料是一个比较理想的共混比例。
I
上海交通大学硕士学位论文
SEBS/HDPE 复合材料的动态力学性能结果表明 HDPE 的加入会导致材料储能模
量和损耗因子的变化,而对 SEBS 的玻璃化转变温度没有明显的影响。SEBS/HDPE
复合体系是一个典型的两相分离结构,同时 HDPE 和 SEBS 中的 EB 段存在着部分互
容。体系中 HDPE 含量的不同使得复合材料结晶时所产生的晶片厚度不一样,结晶
熔融行为有所差异。
SEBS/LLDPE 复合体系中 LLDPE 的有机刚性粒子增韧效果也比较明显,
10phr~20phr 的 LLDPE 添加量能提高复合材料整体的性能。SEBS 中 EB 段的异相
成核作用使 LLDPE 在结晶过程中的晶片厚度均一化,融熔峰变少了。
最后采用热熔贴合法,将制备的改性树脂和 UHMWPE 纤维进行良好的复合,
添加 HDPE 后的 SEBS 作为防弹复合材料用的树脂,在剥离的过程中出现了部分内
聚破坏和分层破坏,使得剥离强度有很大的提高。并考察了树脂类型、纤维结构和
工艺条件对复合材料剥离性能的影响效果。


关键词:苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS),纤维树脂基复合材料,
冲击性能,剥离性能
II
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STUDY ON THE PROPERTIES OF RESINS IN

BULLETPROOF FIBER POSITES


ABSTRACT


Fiber-reinforced resin posites e the popular ballistic protective
equipment material for its excellent performance fortable characteristics. This
kind of material pounded using soft fibers and suitable resin matrix and formed
plate or sheet after pression. High-performance resin posites
technology is focused on the high strength, high rigidity and multifunctional use under hot
and humid environment. Resin matrix act as one of the most important element in the
composite materials. Its property, content, and interface bet