芳纶纤维柔性复合材料制备及其防刺性能研究

摘要

自911恐怖事件之后，反恐斗争的全球化，各国对先进个体防护装备的需要日益增加。防刺服是广泛装备于公安、特警、保安人员等高危职业人群的个体防护装备，尤其是在枪械管理严格的国家，更是战勤人员的主要防护装备之一，先进防刺服尤其是柔软轻便的防刺服开发显得更为重要和迫切。
　　针对防刺材料的性能要求，本文首先对芳纶纤维复合材料进行了组成设计和选材，研究不同复合基体的性能及其复合特性，优化基体材料，确定沙林树脂作为树脂基体。在此基础上对复合材料制备工艺进行优化研究，确定采用模压成型工艺，制备流程为：裁剪、预处理、叠层、预热、压合、脱模6个步骤。进而优化工艺参数，研究了成型温度、压力、加压时间等对复合材料性能的影响。研究结果表明在100℃和170℃区间内，温度越高，复合材料的静态穿刺性能和动态穿刺性能都越好。压力越高，复合材料的静态穿刺性能越高。当压力和温度再增加时，树脂与脱模布会粘连比较紧密，表面会有损伤。加压时间对其影响不大。
　　采用优化的复合工艺制备出芳纶纤维复合材料，并研究了材料结构对复合材料性能的影响规律。首先研究了树脂膜厚度对复合材料性能的影响，结果显示树脂膜为80mm时复合材料综合性能最佳。此外研究确定两膜一布的材料结构为最优结构。
　　在前期研究的基础上，结合防刺过程分析，进行防刺靶片结构设计与优化研究。采用芳纶纤维布与芳纶纤维织物复合材料为基础材料，在相同面密度，层数下，组合了三种不同的结构分别为：原始芳纶布与复合材料的双层式结构、芳纶布与复合材料交替叠加的多层结构和原始芳纶布、复合材料与原始芳纶布的“三明治”式结构。穿刺结果表明：“三明治”结构通过国家公安部GA68-2008标准，而其他两种结构都穿透，“三明治”式结构组合的靶片性能更为优良。
　　对靶片断口形貌进行扫描电镜分析，发现复合材料与原始裸布的断口形貌有很大差别，芳纶纤维复合材料断口多呈剪切破坏形式，而芳纶纤维多呈拉伸破坏形式。结合防刺过程分析，对复合材料和复合结构的防刺进行初步的探讨，建立该类结构的防刺模型。

目录

芳纶纤维柔性复合材料制备及其防刺性能研究

INVESTAGATION OF FABRICATION OF ARAMID FIBER FLEXIBLE COMPOSITE AND ITS STAB RESISTANCE

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题研究目的与意义

1.2 防刺服发展现状

1.2.1 硬质防刺服

1.2.2 柔性防刺服

1.2.3 防刺服的防刺机理

1.2.4 防刺服防刺测试标准的介绍

1.3 防刺复合材料用增强纤维介绍

1.3.1芳纶纤维

1.3.2 超高分子量聚乙烯

1.3.3 聚对苯撑苯并双噁唑纤维

1.4 防刺复合材料用树脂基体体系介绍

1.4.1 聚乙烯

1.4.2 沙林

1.4.3 聚氯乙烯

1.4.4 聚对苯二甲酸乙二醇酯

1.4.5 其他树脂

1.5 课题主要研究内容

第2章 防刺复合材料的制备与测试

2.1 实验原料及仪器

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验仪器

2.2 防刺复合材料的制备

2.2.1 原材料预处理

2.2.2 制备工艺过程

2.3 材料性能表征与分析

2.3.1 动态穿刺实验

2.3.2 静态穿刺

2.3.3单束拔脱力的测定

2.3.4 撕破强力测试

2.3.5 材料的柔顺性测试

2.3.5 材料表面和断口形貌分析

2.3.6 薄膜的拉伸测试

2.3.7 薄膜表面能与极性的测定

第3章 芳纶纤维复合材料制备与性能研究

3.1 基体材料选择

3.1.1 基体树脂表面能分析

3.1.2 基体树脂拉伸性能分析

3.1.3 基体树脂热分析

3.2 芳纶纤维/沙林复合工艺研究

3.2.1 成型压力的优化研究

3.2.2 成型温度的优化研究

3.2.3 加压时间的优化研究

3.3 复合材料结构设计与优化研究

3.3.1 基体树脂膜厚优化研究

3.3.2 复合材料复合方式设计与优化研究

3.4 本章小结

第4章 防刺结构设计与性能优化研究

4.1 防刺过程分析

4.2 复合材料防刺分析

4.3 芳纶复合材料与芳纶织物组合结构设计与防刺性能分析

4.3.1 双层结构防刺性能分析

4.3.2 “三明治”结构防刺性能分析

4.3.3 多层结构防刺性能分析

4.4 防刺结构耐温性能研究

4.5 芳纶复合材料柔顺性能研究

4.6 芳纶复合材料防刺机理分析

4.7本章小结

结 论

参考文献

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致 谢