樹脂基厚向混雜防彈復(fù)合材料的制備及侵徹機(jī)理研究.pdf

1、防彈復(fù)合材料是一種能夠有效吸收高速?gòu)楏w沖擊能量的功能性復(fù)合材料，其設(shè)計(jì)和制備目標(biāo)是達(dá)到最大的面密度吸能。高性能纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料由于具有重量輕、防彈性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于個(gè)體防護(hù)、裝甲設(shè)計(jì)和防護(hù)工程等領(lǐng)域，其能量吸收能力與纖維的種類、鋪層順序、鋪層角度以及樹脂的種類、含量等因素有關(guān)。不同種類的高性能纖維具有不同的力學(xué)性能各向異性，而防彈復(fù)合材料在受到彈體沖擊時(shí)存在不同程度的厚度效應(yīng)，如何結(jié)合彈體沖擊過程的特點(diǎn)和不同高性能纖維的

2、優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高復(fù)合材料的防彈能力是當(dāng)前研究和制備防彈復(fù)合材料的一個(gè)重要研究對(duì)象。
　　本文以三種高性能纖維織物（芳綸、玻璃、碳纖維織物）為增強(qiáng)材料、熱塑性聚酰胺6樹脂為基體，制備單一織物增強(qiáng)和厚度方向混雜復(fù)合材料，以彈道極限速度為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，研究成型工藝、樹脂含量、鋪層順序和混雜比例等因素對(duì)復(fù)合材料能量吸收能力的影響，并采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值分析相結(jié)合的方法，對(duì)復(fù)合材料的防彈機(jī)理進(jìn)行分析。
　　首先，開展了三種高性能織物（芳綸、玻璃

3、、碳纖維織物）增強(qiáng)復(fù)合材料的層壓成型條件優(yōu)化，包括成型溫度、壓力、時(shí)間，主要通過彈道沖擊實(shí)驗(yàn)，以彈道極限速度、沖擊吸能和彈道性能指數(shù)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，得到使材料防彈性能達(dá)到最好時(shí)的工藝參數(shù):成型溫度115℃，成型壓力7.5MPa，成型時(shí)間20min。同時(shí)得到三種復(fù)合材料的防彈能力從強(qiáng)到弱依次為芳綸、玻璃、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。然后在此基礎(chǔ)上，制作單一高性能織物增強(qiáng)、不同樹脂含量的復(fù)合材料，并進(jìn)行彈道沖擊實(shí)驗(yàn)，對(duì)復(fù)合材料的樹脂含量進(jìn)行優(yōu)化，最終

4、結(jié)果顯示:樹脂含量在20％左右時(shí)，三種復(fù)合材料的防彈性能同時(shí)達(dá)到最佳。
　　其次，在最佳工藝條件及樹脂含量下，將三種高性能織物分成有機(jī)纖維織物（芳綸纖維）和無機(jī)纖維織物（玻璃、碳纖維），然后按照不同的鋪層順序制作三種高性能織物的厚向混雜防彈復(fù)合材料，并通過彈道沖擊測(cè)試，對(duì)混雜復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。其結(jié)果顯示:與芳綸增強(qiáng)復(fù)合材料相比，S4K5的V50提高了10.4％，達(dá)到254.71m/s;C2K5提高了3.9％，達(dá)到239.21

5、m/s;C2S2K3達(dá)到257.30m/s，提高了11.7％。這說明無機(jī)纖維織物在前作為著彈面、有機(jī)纖維織物在后作為背彈面制作復(fù)合材料具有更好的防彈性能;同時(shí)，混雜復(fù)合材料因在不同位置布置不同吸能特征的高性能纖維織物，可以最大化地發(fā)揮織物的力學(xué)性能、吸收更多的彈體沖擊動(dòng)能。
　　最后，以材料力學(xué)作為指導(dǎo)，測(cè)試材料的各項(xiàng)力學(xué)性能參數(shù)，構(gòu)建復(fù)合材料的各向異性數(shù)值分析模型，利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件對(duì)其彈道沖擊過程進(jìn)行