意大利卡西诺和南拉齐奥大学将平纹编织毡与热固性树脂复合制成层压板,并对制备的复合装甲进行了沃克数值模型预测和弹道性能测试。美国陆军研究实验室以扁平带状透明尼龙单丝为增强体,以与其折射率相匹配的透明环氧树脂为基体,制备了一种透光率约为40%的复合材料,并对该材料进行了弹道实验,所得材料的V50值大于305m/s,远高于环氧树脂和聚碳酸酯。
美国桑迪亚国家实验室研究了加捻对抗弹纤维纱横向冲击性能的影响,并利用高速摄像机测量了由冲击引发的欧拉横波速度。结果表明,欧拉横波速度随纤维纱加捻数量的提高而提高,意味着更高的弹道性能。因此,在抗弹纤维毡中使用加捻的纤维纱能提升材料的弹道性能。研究了磁场对芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维弹道性能的影响。研究者分别将芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维夹在两组相反的稀土磁体之间,测试磁场斥力对材料弹道性能的作用。结果表明,磁场斥力能抑制子弹进入芳纶纤维的前面板。
芳纶纤维的纳米改性或其复合材料的纳米填充也将提高弹性阻力。研究人员通过在纤维表面生长垂直的氧化锌纳米线来增加界面强度。与裸纤维相比,纤维的界面强度提高了96.9%,拔出试验的峰值载荷提高了6.5倍。ZnO纳米线增强了纤维的拔出性能,进而提高了材料的弹道冲击防护水平。
研究人员等研究了纳米颗粒填充剂对抗冲击复合材料的影响,对研磨碳纤维和纳米颗粒同时填充的纤维复合材料进行了V50弹道测试。结果显示,纳米核壳橡胶颗粒填料由于空穴作用对冲击过程中的能量吸收有效,同时也使弹道性能显着提高。碳纳米管填料能提高基体-纤维的界面性能,也使得弹道性能有显着提高。二者对复合材料的V50抗弹性能有增强作用。复合材料添加质量分数1%的研磨碳纤维并添加1%的纳米颗粒,能将V50相对于参照样品分别提高7.3%和8%。
3.超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维密度小、抗吸湿性能好、断裂伸长率较高,是目前已经商业化的比强度最好的纤维之一。荷兰帝斯曼迪尼玛公司生产的一种超高分子量聚乙烯复合材料,是未来作战系统实现轻质、防护性能的主要商用材料之一。该公司推出的由聚乙烯纤维增强的硬质轻型防弹复合材料,其强度比芳纶强40%。美国公司使用超高分子量聚乙烯纤维开发并演示了一种车辆防爆系统。
国外对纤维和复合材料进行了大量的研究。研究人员采用直接抓取法测试单根纤维在多种加载速率下的拉伸性能,解决了传统粘附法因纤维直径过小、表面能过低而难以精确测量的问题。研究人员研究了不同纤维正交层合复合材料层合板在弹道冲击下的微观截面,推导了冲击过程中脱层、层裂和纤维扭结等失效模式的发生顺序,得到了主要的吸能断裂过程,并确定了制备条件和目标响应对这些过程的影响。
研究人员研究了不同面密度的HB26层压板的损伤力学和界面作用,以评价材料的极限速度和失效机理。对分别采用超高分子量聚乙烯纤维和分子取向条带增强的HB50和BT10m两种复合层压板的连续侵彻变形和断裂机制进行了研究,探讨了HB50纤维和BT10m条带增强的区别。研究人员使用纤维制造了具有不同偏度和构型的微编织物,通过一系列冲击测试评估了不同微编织物增强的聚合物基复合材料的弹道性能。结果显示,微编织物增强的聚合物复合材料的弹道极限比由单向纤维制造的正交层压复合材料提高了近20%。
研究人员比较了不同结构的均质和混杂热塑性复合材料在不同温度下的破片弹道性能。这些复合系统由多层芳族聚酰胺毡/低密度聚乙烯复合材料层压板组成。基于多层超高分子量聚乙烯体系和混杂芳纶层压板。结果表明,温度对芳纶毡/低密度聚乙烯和UHMWPE复合材料的V50值影响不大,但在低温下实验数据的差异增大。在高速冲击下,基于UHMWPE纤维的层压板的V50值和吸收能量优于其他材料。然而,当弹丸速度超过弹道极限时,其吸能能力急剧下降。
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