高性能纤维增强树脂基复合材料防弹装甲的研究

摘要

本文以S-玻璃纤维、UHMWPE纤维、对位芳纶1414纤维和杂环芳纶纤维为增强纤维材料，以聚烯烃树脂、水性聚氨酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛环氧树脂为树脂基体，通过热压工艺制备正交UD结构和机织物结构（2D平纹和3D角联锁）的高性能纤维增强树脂基复合材料装甲板，通过弹击实验研究高性能纤维力学性能、高性能纤维种类、树脂基体类型、混杂方式、增强体结构和子弹类型等因素对复合材料装甲板防弹性能的影响，随后通过复合材料装甲板弹击实验后表面形貌和弹孔内表面形貌的观察，结合冲击波机理分析高性能纤维增强树脂基复合材料装甲板被子弹侵彻后的破坏机制。研究结果显示:
　　UHMWPE纤维增强聚烯烃树脂基复合材料装甲板防弹性能与UHMWPE纤维的强度和模量呈正相关，但纤维模量对复合材料装甲板防弹性能的影响程度随着模量的增加而逐渐变弱;在水性聚氨酯树脂体系中，四种高性能纤维防弹性能由高到低依次为:UHMWPE纤维、杂环芳纶纤维、芳纶1414纤维和S-玻璃纤维;对热固性树脂增韧改性可以提高热固性树脂基复合材料装甲板的防弹性能;高性能纤维复合材料混杂能显著提高复合材料装甲板的防弹性能且优于其任一组分的纯复合材料装甲板的防弹性能，对于芳纶1414纤维和UHMWPE纤维的混杂复合材料装甲板，以UHMWPE纤维复合材料作为迎弹面时，其防弹性能最好;UD结构、2D平纹结构和3D角联锁结构三种增强体结构复合材料装甲板的防弹性能从大到小依次为:UD结构、3D角联锁结构、2D平纹结构。钢芯弹侵彻复合材料装甲板的能力强于铅芯弹，并且铅芯弹口径越大，其侵彻能力越弱。
　　沿子弹侵彻方向，S-玻璃纤维增强水性聚氨酯树脂基复合材料装甲板的破坏方式主要为剪切冲塞和纤维拉伸断裂破坏;UHMWPE纤维和芳纶1414纤维复合材料装甲板的主要破坏方式都为迎弹面的剪切冲塞、装甲板内纤维拉伸变形后被剪切破坏、纤维抽拔、背弹面纤维拉伸断裂和装甲板分层，其中纤维拉伸变形是主要吸能方式。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 高性能纤维增强树脂基复合材料概述

1．2．1 高性能纤维增强树脂基复合材料性能

1．2．2 高性能纤维及其增强树脂基复合材料研究

1．2．3 防弹用聚合物树脂基体

1．3 高性能纤维增强树脂基复合材料防弹性能的研究进展

1．3．1 复合材料靶板的弹击实验研究

1．3．2 复合材料靶板防弹性能预测和计算

1．4 高性能纤维增强树脂基复合材料防弹机理研究

1．4．1 高性能纤维树脂基复合材料的破坏方式

1．4．2 冲击波机理

1．5 课题研究内容及其重要性

1．5．1 课题研究内容

1．5．2 课题研究的重要性

第二章 实验部分

2．1 实验原材料和主要设备

2．1．1 实验原材料

2．1．2 主要设备

2．2 实验过程

2．2．1 高性能纤维增强树脂基复合材料制备

2．2．2 弹道极限速度测试

第三章 UHMWPE纤维力学性能和子弹类型对复合材料装甲板防弹性能的影响

3．1 UHMWPE纤维力学性能对UHMWPE纤维／PO复合材料装甲板防弹性能的影响

3．2 子弹类型对UHMWPE纤维／PO复合材料装甲板防弹性能的影响

3．3 本章小结

第四章 纤维种类和树脂类型对复合材料装甲板防弹性能的影响

4．1 高性能纤维种类对复合材料装甲板防弹性能的影响

4．2 树脂类型对复合材料装甲板防弹性能的影响

4．3 本章小结

第五章 高性能纤维混杂和增强体结构对复合材料装甲板防弹性能的影响

5．1 高性能纤维混杂对复合材料装甲板防弹性能的影响

5．2 增强体结构对复合材料装甲板防弹性能的影响

5．3 本章小结

第六章 高性能纤维增强树脂基复合材料装甲板的破坏机制分析

6．1 高性能纤维树脂基复合材料装甲板表面和弹孔内表面形貌观察分析

6．1．1 热塑性树脂基复合材料装甲板

6．1．2 热固性树脂基复合材料装甲板

6．1．3 芳纶1414纤维和UHMWPE纤维混杂复合材料装甲板

6．1．4 不同增强体结构的UHMWPE纤维／PO复合材料装甲板

6．2 本章小结

第七章 全文总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢