pbo纤维 国外玻璃纤维等抗弹材料的研究进展( 三 )


此外,研究人员还研究了纱线抓持对超高分子量聚乙烯织毡弹道性能的影响,阐明了通过创建新型织毡结构可有效增强纱间摩擦的可行性。研究人员研究了不同厚度的超高分子量聚乙烯复合板针对两种口径破片模拟弹的弹道性能。研究表明,随着靶板厚度的增大,样品呈现两段侵彻过程:第一阶段是初始的剪切冲塞,侵彻发生在纤维剪切中,靶板不发生挠曲;第二阶段是凸起,亚层脱离靶板并在纤维拉伸中经受了大的挠曲和侵彻。研究人员对侵彻的两个阶段进行了仔细研究,并开发出一个分析模型对之描述。
4.碳素纤维
碳纤维的杨氏模量通常是传统玻璃纤维的三倍多,是纤维的两倍左右,在军事装备的轻量化和提高生存性方面有重要应用潜力。2015年,美国乔治亚理工学院开发出一项基于聚丙烯腈纺丝技术的凝胶纺丝连续碳纤维制备新工艺,制得的PAN基碳纤维的平均拉伸强度在5.5~5.8GPa之间,拉伸模量在354~375GPa之间,拉伸模量比广泛用于航空航天的IM7型PAN基碳纤维高出25%~36%,其具备的强度和模量组合是PAN基连续碳纤维的最高值组合。未来通过优化材料和工艺,PAN基碳纤维的强度和模量将会得到更大的同步提高。
研究人员研究了碳纤维复合材料结构在弹道冲击下的剩余强度。用不同口径的弹丸在低速和高速冲击下进行弹道试验,观察样品的损伤程度。然后在冲击后制备拉伸、压缩和剪切样品,并进行力学测试。结果表明,弹道冲击损伤试样的剩余强度显著低于原始试样,但不显著低于与弹丸口径相同的加工孔试样。碳纤维聚合物复合材料的弹道损伤研究对飞机设计和损伤修复具有重要意义。
研究人员致力于针织碳纤维复合材料的研究,目的是通过开发针织技术减少材料面内性能的衰减,这些面内性能都与沿厚度方向的增强技术有关,包括Z向增强技术、缝缀和簇绒技术等。研究人员开发出独特的内部针织加工工艺,可以使z向纤维以不同的角度嵌入到复合层压板内部,并有效减少拉伸强度的损失,显着提升压缩强度。
5.玻璃纤维-碳纤维混合物
研究人员研究了热塑性聚氨酯夹层膜片增韧的碳纤-玻纤/环氧树脂杂化复合材料的多冲击耐久性,具体内容包括热塑性聚氨酯夹层增韧的无褶皱IM7碳纤-S2玻纤杂化复合层压板的制备工艺及其对冲击性能的影响。结果显示,通过真空辅助树脂传递模塑和固化/后固化工艺可以成功制备TPU增韧的杂化材料,且过程几乎没有或很少有扭曲和缺陷。样品在冲击测试中表现出良好的性能,但仍需开发模型以充分研究TPU夹层的增强机制。
为了研究三维机织结构对材料力学性能的影响,研究人员对制备的碳纤维-玻璃纤维三维混杂织物复合材料及其SC-15环氧树脂基体进行了力学测试。发现编织结构对两种复合材料在拉伸载荷下的失效非常重要。碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料在两个方向上不平衡。经向强度和模量远高于纬向,经向和尺寸方向的破坏类型不同。
研究人员通过把环氧-乙烯基酯真空浸渍到杂化三维正交机织预成型体中,制造出平板复合材料。预成型体上面四层为玻璃纤维,下面两层为碳纤维、玻纤与碳纤层之间是在填充方向上取向的杂化层。研究发现,如果试样的碳纤维面受到冲击,杂化三维复合材料的能量耗散将得到提升。
6.PBO纤维
PBO纤维最初由美国空军研发,后来的产品由日本公司制造,PBO纤维被称为是可替代芳纶纤维的未来超高性能纤维,这种纤维密度比芳纶低,而力学性能和耐环境性能远优于其他芳纶纤维。
2006年,加州大学与美国陆军签订合同,进行弹道测试,以确定Zylon纤维的弹性。结果表明,Zylon纤维的性能优于Kevlar29。用于装甲时,将有效增强防护性能和机动性。尽管PBO纤维具有重量轻、强度高和模量高的优点,但它在用于防护应用时受到机械性能退化的限制。为了解决这一问题,研究人员开发了超临界CO2化学试剂扩散后处理工艺对PBO纤维进行处理,以降低其力学性能的下降率,延长其使用寿命。麻省大学阿默斯特分校的研究人员研究了超临界CO2后处理对PBO纤维的稳定作用。用超临界CO2萃取PBO纤维上残留的磷酸和水,引入各种物质中和磷酸,减弱水和酸对PBO纤维的降解。

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