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剪切增稠流体的制备及其在软体防刺材料中的应用研究

赵金华  
【摘要】: 国际恐怖活动日益猖獗,国内反恐、反分裂形势严峻,对于像包括我国在内的许多国家,枪械的使用管理严格,军警、治安人员等面临匕首、锥、针等锐器的威胁相对较多,使得防刺材料的研究和开发越来越受到重视。传统防刺材料面临着防护性能和灵活性难以兼顾的矛盾,本课题主要针对现有防刺材料的不足,提出采用剪切增稠流体和凯夫拉(Kevlar)织物进行复合,以期制备一种防护性能和灵活性兼备的新型防刺材料。 本课题以亚微米SiO2粒子为分散相,聚乙二醇200(PEG200)为分散介质采用湿法球磨制备剪切增稠流体(STF),通过旋转流变仪对剪切增稠流体的流变性能以及影响流变性能的因素进行分析。STF经无水乙醇稀释后采用静止浸渍法制备Kevlar-STF复合材料,采用数字显微镜和扫描电子显微镜对复合试样的表面形貌和微观结构进行表征。对制备的试样分别进行动态及准静态防锥、防刀测试,分析了粒子粒径、STF稀释比、试样面密度对材料防刺性能的影响,并提出了相关防刺机理。 研究结果表明,湿法球磨可以制备具有良好分散性的剪切增稠流体。流变性能分析表明,SiO2/PEG200体系具有良好的剪切增稠性能,SiO2质量分数、粒径、温度以及制备工艺对流变性能均有不同程度的影响。动态流变测试表明,STF具有粘弹性行为,储能模量( )和耗能模量( )随着所受剪切应力、角频率以及应变的改变而发生变化。“粒子簇”理论能更好地解释体系的剪切增稠行为。G 'G'' 防锥测试结果表明,Kevlar-STF复合试样的防锥性能显著优于相同面密度下的纯Kevlar试样,相同面密度下复合试样的层数更少,因此具有更好的灵活性。16层复合试样能有效防住22.9J的锥体冲击。26层Kevlar试样18.4J锥的刺入深度达到42.34mm。STF进入纤维织物,试样受到锥体冲击时提高了试样与锥体间的摩擦力是防锥性能提高的关键。防刀测试结果表明,复合试样的防刀性能略优于相同面密度下的纯Kevlar试样,在13.0J刀具冲击下16层复合试样刺入深度为28.29mm,26层纯Kevlar试样刺入深度为34.07mm,提高试样的面密度可以有效提高防刀性能。试样的抗切割性能是防刀的关键。


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