芳纶纤维柔性复合材料制备及其防刺性能研究

【摘要】：自911恐怖事件之后,反恐斗争的全球化,各国对先进个体防护装备的需要日益增加。防刺服是广泛装备于公安、特警、保安人员等高危职业人群的个体防护装备,尤其是在枪械管理严格的国家,更是战勤人员的主要防护装备之 一,先进防刺服尤其是柔软轻便的防刺服开发显得更为重要和迫切。 针对防刺材料的性能要求,本文首先对芳纶纤维复合材料进行了组成设计和选材,研究不同复合基体的性能及其复合特性,优化基体材料,确定沙林树脂作为树脂基体。在此基础上对复合材料制备工艺进行优化研究,确定采用模压成型工艺,制备流程为:裁剪、预处理、叠层、预热、压合、脱模6个步骤。进而优化工艺参数,研究了成型温度、压力、加压时间等对复合材料性能的影响。研究结果表明在100℃和170℃区间内,温度越高,复合材料的静态穿刺性能和动态穿刺性能都越好。压力越高,复合材料的静态穿刺性能越高。当压力和温度再增加时,树脂与脱模布会粘连比较紧密,表面会有损伤。加压时间对其影响不大。 采用优化的复合工艺制备出芳纶纤维复合材料,并研究了材料结构对复合材料性能的影响规律。首先研究了树脂膜厚度对复合材料性能的影响,结果显示树脂膜为80?m时复合材料综合性能最佳。此外研究确定两膜一布的材料结构为最优结构。 在前期研究的基础上,结合防刺过程分析,进行防刺靶片结构设计与优化研究。采用芳纶纤维布与芳纶纤维织物复合材料为基础材料,在相同面密度,层数下,组合了三种不同的结构分别为:原始芳纶布与复合材料的双层式结构、芳纶布与复合材料交替叠加的多层结构和原始芳纶布、复合材料与原始芳纶布的“三明治”式结构。穿刺结果表明:“三明治”结构通过国家公安部GA68-2008标准,而其他两种结构都穿透,“三明治”式结构组合的靶片性能更为优良。 对靶片断口形貌进行扫描电镜分析,发现复合材料与原始裸布的断口形貌有很大差别,芳纶纤维复合材料断口多呈剪切破坏形式,而芳纶纤维多呈拉伸破坏形式。结合防刺过程分析,对复合材料和复合结构的防刺进行初步的探讨,建立该类结构的防刺模型。