高强玻璃纤维复合材料防弹性能的微观研究
  • 技术应用
  • 2016-01-27 13:47
  • 来源:中国纺织机械网
  • 作者:[db:作者]
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  •   防弹纤维复合材料是以纤维为强材料的树脂基复合材料,所用的纤维通常有芳纶纤维(Kevla)碳纤维、低密度超高分子量聚乙烯纤维等。芳纶纤维是美国杜邦在70年代初期研制的一种高强度、低模量、密度小的有机纤维,主要用于装备防护和个人防弹价格贵。通过观察纤维复合板受损情况,研宄其抗弹机理及其同结构与性能之间的相互关系。

      2结果与讨论纤维复合板具有优异的防弹性能,同其它材料相比,纤维复合板受弹击后,具有独特的宏观破坏形态。弹孔周围的纤维层都向外弯曲,并且复合板在的测试和分析研究纤千维复合材料的n成blishi弹孔附近的1定区域内发生层间破坏和较大变形当基体中的韧剂用量和树脂含量改变时,板材破坏的形态也有不同。

      2.1增韧剂作用分析纤维复合板作为防弹材料,要求基体材料具有优良的抗冲击韧性。我们采用的基体材料为环氧树脂,脆性较大。研究中我们采用韧剂来提高环氧树脂的韧性。、分别为未加韧剂和韧剂用量为3份的破坏形式,两图显示基体未加韧剂时,树脂基体脆性大,层间树脂产生脆裂性破坏;加入韧剂后,玻璃纤维从树脂基体中拔出,并使树脂基体形成一道道沟槽(剪切带)树脂与纤维脱粘形成波纹状。从众多微观图谱中我们可以分析得出:韧剂改善了纤维复合板的抗冲击韧性。

      22树脂含量对抗弹性能影响分析树脂基体在纤维复合材料抗弹过程中起着传递应力、均衡载荷,并且通过自身碎裂,烧蚀降解来吸收能量。、分别为纤维复合板树脂含量为较低和适量时的弹击损伤情况。

      未加增剂时增韧剂用量为3份破坏形式时破坏形式试验表明,当树脂含量较低时,纤维复合板的力学性能指标较低,抗弹性能也差。板受弹击后层与层之间分层严重,在确定的面密度下,尽管它的纤维层数多,也被击穿。而当树脂含量适量时,其力学性能指标有较大提高,抗弹能力也大为提高。板受弹击后由于层间匹配合理,可有效地吸收弹体的冲击能,并且在局部分层破坏后,仍可防弹体的二次侵彻。

      从、4的微观图谱可以看出,当树脂含量较低时,纤维脱粘破坏严重、分层严重,而树脂含量合适时,纤维与树脂附着力大,仅局部分层。故适宜的树脂含量能有效地加纤维从树脂中的拔出功,提树脂含量较低时树脂含量适量时纤维脱粘破坏情况纤维脱粘破坏情况高纤维复合板力学性能和抗弹性能。因此,合适的树脂含量是提高抗冲击能力的重要条件。

      23纤维板抗多发命中的微观分析弹击试验表明,纤维复合板在一发命中后,仍可抗第二发命中,即使纤维复合板局部发生层间脱粘,仍能抗弹。从微观、6和分析得出:在弹坑边缘处,纤维几乎全部断裂,纤维与树脂完全脱粘,树脂破碎,完全丧失强度;在距弹坑1000um处,纤维虽部分破坏,但破坏程度减小,树脂发生内聚破坏,但碎裂程度减弱,纤维和树脂只是部分脱粘;在距弹坑边缘150(Fm处,纤维只是局部脱粘,纤维折断率较小,并且树脂基体没有发生内聚破坏,只是由于纤维间树脂由于局部脱粘而产生层间剪切破坏。因此,这三个微小的区域相距极近,但破坏程度相差甚远。经微观图谱和宏观观察后认为,在弹坑区域半径i= 3.5cm之外,仍可抗二次命中。

      2.4纤维复合板弹击破坏微观机理锯开纤维复合板弹击破坏的弹坑,可知弹坑处的纤维是冲断的,而弹坑边缘处的纤维是产生弯曲变形或弯曲折断的。弹坑上半部纤维向上翘曲,下半部分纤维向下翘曲,这是由于应力波反射影响分层的缘故。另外可以发现纤维复合板产生层与层之间的脱粘,即局部分层破坏,越靠近弹坑底部,复合板局部发生弯曲变形、纤维受拉力、层间受剪力作用越大,分层越明显。从、9可以清晰见到纤维剪切断裂的情况,从0可以看出,树脂产生烧烛,从而使高分子材料碳化、变黑,高分子材料产生降解。

      1、12则表明纤维与树脂脱粘破坏的情况。

      在弹体侵彻复合板时,纤维与树脂发生脱粘破坏,使树脂层形成波纹状沟槽。

      mm1纤维与树脂脱粘破坏形成沟槽从上述提供的结果可以得出,纤维复合板在受到弹击后,弹体动能的一部分转变为热能,使树脂产生烧烛,另一部分在冲击复合板的过程中,使复合板产生纤维断裂,纤维从树脂中拔出,树脂碎裂,复合板分层时所消耗。如果上述吸收能量的总和小于弹体的冲击能量,则复合板被穿透,反之则起到有效的防护作用。

      3结论通过对纤维复合板弹击破坏的微观图谱分析,可以得出:韧剂对改善树脂基体韧性,提高纤维复合板的抗弹能力起了显著作用。

      适宜的树脂含量能有效地保证纤维复合板2纤维与树脂脱粘破坏层间匹配,有效地提高纤维复合板吸收能量的能力。

      通过宏观试验和微观分析,证明了纤维复合板在弹坑区域5X5cm之外,能抗多发命中。

      子弹侵彻纤维复合板时的能量一小部分转变成热能,大部分由纤维断裂、树脂碎裂、纤维树脂分层所吸收。

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