UHMWPE纖維樹脂復(fù)合材料的研究.pdf

1、高性能纖維樹脂基復(fù)合材料以其優(yōu)異的力學(xué)性能和方便舒適的特點成為個體防護裝備的主流材料。這類材料利用柔軟的纖維和適量樹脂基體進行復(fù)合，經(jīng)壓制形成板材或片材使用。高性能樹脂基復(fù)合材料技術(shù)將以開發(fā)高強度、高剛性、高濕熱環(huán)境下使用的多功能性為重點。樹脂基體的性質(zhì)，在復(fù)合材料中的含量，與纖維形成的界面層性質(zhì)以及復(fù)合方式都將直接影響到復(fù)合材料的最終性質(zhì)。它必須能使復(fù)合材料最大限度吸收外界侵徹的沖擊能量，起到防彈、防刺和防震的作用。
　　由于單

2、獨使用某一種樹脂基體很難滿足一些特殊領(lǐng)域?qū)w維樹脂復(fù)合材料綜合性能的要求。因此，在新型的樹脂基體或?qū)ΤＲ?guī)的樹脂進行改性研究的基礎(chǔ)上，考察樹脂體系和纖維復(fù)合后的綜合性能具有重要意義。
　　個體防護領(lǐng)域中，防刺材料的發(fā)展相對防彈材料的發(fā)展較晚，后者要求材料能防御高速子彈或碎片的沖擊；前者則要求材料能保護人體免受刺刀、匕首等尖銳物體的傷害，這兩者均要求保證穿戴的輕便舒適。纖維樹脂復(fù)合材料符合這些防護特點：高速彈擊后，可以通過彈頭變形、纖

3、維斷裂、及纖維的層間分層等方式將能量分散或消耗掉；受到刀、匕首等銳器破壞時，可以通過拉伸和剪切破壞吸能。因此，纖維復(fù)合材料是防護材料的首選。
　　本論文選擇超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纖維作為硬質(zhì)防彈復(fù)合材料及軟質(zhì)防刺復(fù)合材料用纖維，主要研究了適用于UHMWPE纖維復(fù)合材料的改性樹脂基體與纖維復(fù)合后的力學(xué)性能，剪切增厚體系的流變性能和機理，以及UHMWPE布與剪切增厚流體復(fù)合后的防刺性能。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　　本

4、文首先系統(tǒng)地考察了苯乙烯類熱塑性樹脂（SBC）基體及其與超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合后材料的力學(xué)性能，研究了不同配比下力學(xué)性能的變化規(guī)律。結(jié)果表明，彈性體苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯（SEPS）能較好地分散在聚苯乙烯（PS）基體中，且隨著體系中SEPS含量的增加，其顆粒粒徑逐漸增大，PS/SEPS復(fù)合材料的沖擊強度逐漸增大。對于UHMWPE纖維/SBC復(fù)合材料，隨著上膠量的增大，剝離強度和抗彎強度都呈上升的趨勢。但在幾種SBC樹脂中，SEBS

5、制備的復(fù)合材料抗彎強度相對較高，SEEPS其次，而SEPS制備的復(fù)合材料抗彎強度相對較低。
　　本文還考察了SBC熱塑性樹脂和熱固性樹脂（VER）復(fù)合體系及其與超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能。研究了熱固性樹脂的復(fù)合方式及配比對力學(xué)性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明，帶有兩個不飽和雙鍵的VER樹脂與PS共同形成了化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。對于UHMWPE纖維/SBC/VER復(fù)合材料，加入VER樹脂能明顯提高復(fù)合材料在整個溫度區(qū)間上的儲能模量，增強

6、復(fù)合材料的剛性，抗彎強度明顯增強。且復(fù)合材料的拉伸強度較大，達到0.3GPa左右。但隨著VER含量的增加，剝離強度呈下降的趨勢。綜合實驗結(jié)果和作為防彈材料性能上的要求，可以確定在SBC樹脂中添加20wt％VER樹脂的復(fù)合材料能獲得較為滿意的綜合防護性能。
　　本文最后研究了剪切增厚流體（STF）的性質(zhì)和機理及與超高分子量聚乙烯纖維織物復(fù)合后的防刺性能。結(jié)果表明，親水型的二氧化硅-PEG200分散體系出現(xiàn)剪切增厚現(xiàn)象，而疏水型二氧化

7、硅-PEG200分散體系則無此現(xiàn)象。對于親水型納米二氧化硅LM150-PEG200分散體系，在低應(yīng)力作用下，體系呈“剪切變稀”的特性；隨著剪切應(yīng)力增大到一臨界點，體系出現(xiàn)“剪切增厚”的現(xiàn)象。另外，當二氧化硅的質(zhì)量分數(shù)達到一定值，明顯的剪切增厚現(xiàn)象才會出現(xiàn)。而且，隨著二氧化硅質(zhì)量分數(shù)的增大，臨界剪切應(yīng)力也會越大。親水型納米二氧化硅在不同分散體系中的流變性能的趨勢基本一致?！傲Ｗ哟亍鄙蓹C理很好地解釋了該現(xiàn)象。通過考察一個循環(huán)中動態(tài)粘度隨剪