本文關(guān)鍵詞：織物厚向混疊硬質(zhì)復(fù)合材料制備及防彈性能研究

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【摘要】：在當(dāng)代社會(huì)發(fā)展中,恐怖和暴力事件時(shí)有發(fā)生,因此個(gè)體防護(hù)裝備和軍事裝備變得越來(lái)越受到人們的歡迎。而高性能纖維以密度低、強(qiáng)度高、可設(shè)計(jì)性高、抗沖擊性能好的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于防彈復(fù)合材料,尤其是高性能纖維增強(qiáng)樹脂基高效吸收彈體沖擊能量的功能性復(fù)合材料。這種高性能纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于裝甲車輛、軍用飛機(jī)、武裝直升機(jī)、艦艇、運(yùn)鈔車的防護(hù)等方面,同時(shí)作為胸插板背板、防彈盾牌、防彈頭盔等個(gè)體防護(hù)中也有不少應(yīng)用。因此在保證防彈性能不降低的前提下,有效降低防彈材料的重量,以使制備的復(fù)合材料達(dá)到輕質(zhì)、靈活、單位面密度吸收能量大是非常重要的。不同種類及不同結(jié)構(gòu)形式的高性能纖維具有不同的沖擊各向異性,而防彈復(fù)合材料在受到子彈的沖擊時(shí)具有不同程度的結(jié)構(gòu)效應(yīng)。結(jié)合子彈對(duì)防彈復(fù)合材料抗沖擊過(guò)程和不同高性能纖維及結(jié)構(gòu)方式的吸能特點(diǎn),設(shè)計(jì)出防彈性能更強(qiáng)、重量更輕的防彈復(fù)合材料。另外子彈對(duì)高性能纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的抗沖擊過(guò)程和防彈機(jī)理的研究為高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。本課題以高性能纖維為增強(qiáng)材料,雙酚A環(huán)氧乙烯基酯879為樹脂基體通過(guò)真空灌注成型工藝制備不同結(jié)構(gòu)式、不同組合式的防彈復(fù)合材料,以彈道沖擊性能指標(biāo)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),采用數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,對(duì)纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的防彈性能、彈道沖擊破壞及防彈機(jī)理進(jìn)行分析研究。本課題研究主要有以下幾個(gè)方面:1.設(shè)計(jì)并織造了三維織物、結(jié)合不同高性能纖維材料和三維組織結(jié)構(gòu)的預(yù)制件的織造質(zhì)量對(duì)織造工藝進(jìn)行了優(yōu)化,并對(duì)增強(qiáng)織物預(yù)制件的力學(xué)性能進(jìn)行了研究2.采用真空灌注成型工藝制備了二維和三維織物增強(qiáng)雙酚A環(huán)氧乙烯基酯879的樹脂基復(fù)合材料,并探究了復(fù)合材料的成型質(zhì)量和界面結(jié)合問(wèn)題,然后詳細(xì)分析了復(fù)合材料的樹脂用量與復(fù)合材料的面積及復(fù)合材料的厚度的關(guān)系3.采用彈道沖擊裝置對(duì)不同種類的復(fù)合材料進(jìn)行了彈道沖擊測(cè)試,研究了不同結(jié)構(gòu)式和不同組合式復(fù)合材料的防彈性能,并探究了防彈復(fù)合材料抗沖擊過(guò)程中高性能纖維的斷裂和防彈吸能機(jī)理。研究結(jié)果表明:二維織物預(yù)制件的力學(xué)性能由大到小的順序?yàn)?高強(qiáng)聚乙烯UD布、碳纖維平紋機(jī)織布、芳綸平紋機(jī)織布、玻纖平紋機(jī)織布;三維織物的力學(xué)性能由大到小的順序?yàn)?高強(qiáng)聚乙烯三維機(jī)織物、芳綸三維機(jī)織物、玻璃纖維三維機(jī)織物。真空灌注成型工藝的實(shí)驗(yàn)壓力參數(shù)控制在-0.08 Mpa以下,樹脂固化時(shí)間為36 min左右,可以完好完成增強(qiáng)材料與樹脂基體的浸漬,另外對(duì)高強(qiáng)聚乙烯UD布需要進(jìn)行等離子體處理,有效改善了高強(qiáng)聚乙烯UD布層疊復(fù)合材料的成型,而且處理之后UD布制成的復(fù)合材料單位面密度吸能量比未處理UD布制成的復(fù)合材料提高12.85%。通過(guò)對(duì)二維和三維增強(qiáng)復(fù)合材料的樹脂用量的測(cè)試和分析可知,其復(fù)合材料的樹脂用量、復(fù)合材料的厚度以及復(fù)合材料的面積可以用二元一次回歸方程來(lái)模擬。高性能纖維的種類和預(yù)制件的組織結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料的防彈性能有不同程度的影響,其防彈性能:高強(qiáng)聚乙烯纖維優(yōu)于芳綸纖維優(yōu)于玻璃纖維;三維角聯(lián)鎖優(yōu)于三維準(zhǔn)正交優(yōu)于三維正交。并且織物厚向混疊復(fù)合材料的防彈性能有不同的厚度效應(yīng)和角度效應(yīng),隨著疊層層數(shù)的增加防彈性能而提高,對(duì)于二維不同疊層角度的復(fù)合材料,其防彈性能單位面密度吸收能量從大到小依次是:30°、15°、45°。另外對(duì)于不同疊層比例的復(fù)合材料,當(dāng)無(wú)機(jī)纖維和有機(jī)纖維疊層比例為1:2時(shí),其防彈性能最好。此外織物厚向混疊復(fù)合材料的吸能機(jī)理分為三個(gè)階段,首先是著彈面以增強(qiáng)材料的剪切破壞為主;中間部分是以增強(qiáng)材料的剪切破壞為主、拉伸斷裂破壞為輔;背彈面以增強(qiáng)材料的拉伸斷裂破壞為主。
【關(guān)鍵詞】：防彈復(fù)合材料 高性能纖維織物 真空灌注工藝 彈道沖擊 防彈性能 防彈機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB33
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 前言12-21
• 1.1 課題背景及意義12-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-20
• 1.2.1 不同種類高性能纖維增強(qiáng)材料14-16
• 1.2.2 復(fù)合材料的成型工藝16-17
• 1.2.3 樹脂含量對(duì)復(fù)合材料的影響17-18
• 1.2.4 織物結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料防彈性能的影響18
• 1.2.5 復(fù)合材料的防彈性能研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.6 高性能纖維增強(qiáng)硬質(zhì)防彈復(fù)合材料的發(fā)展方向19-20
• 1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)20-21
• 1.3.1 本課題主要研究?jī)?nèi)容20
• 1.3.2 課題的創(chuàng)新點(diǎn)20-21
• 第二章 防彈復(fù)合材料的預(yù)制件制備及力學(xué)性能21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料及其儀器21-22
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料21-22
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器22
• 2.3 三維機(jī)織物預(yù)制件的制備及力學(xué)性能分析22-30
• 2.3.1 包纏復(fù)合線的制備22-23
• 2.3.2 包纏復(fù)合線的形貌23-25
• 2.3.3 包纏復(fù)合線的基本性能及力學(xué)性能測(cè)試25-26
• 2.3.4 三維機(jī)織物的織造設(shè)計(jì)26-29
• 2.3.5 三維機(jī)織物的織物分析29-30
• 2.4 不同增強(qiáng)材料預(yù)制件的性能測(cè)試30-34
• 2.4.1 預(yù)制件力學(xué)性能原理及方法30-31
• 2.4.2 二維織物預(yù)制件的拉伸性能分析31-32
• 2.4.3 三維機(jī)織物預(yù)制件的拉伸性能分析32-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備及性能表征35-54
• 3.1 前言35
• 3.2 實(shí)驗(yàn)材料及儀器35-37
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)材料35-36
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器36-37
• 3.3 高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的成型設(shè)備及成型工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)37-41
• 3.3.1 高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的成型設(shè)備37-38
• 3.3.2 真空灌注成型工藝的流程及優(yōu)勢(shì)38
• 3.3.3 高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的成型工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)38-41
• 3.4 高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制備41-52
• 3.4.1 三維結(jié)構(gòu)預(yù)制件增強(qiáng)防彈復(fù)合材料的成型41-42
• 3.4.2 三維增強(qiáng)復(fù)合材料的樹脂含量測(cè)試和分析42-44
• 3.4.3 增強(qiáng)材料為二維機(jī)織物復(fù)合材料的成型44-52
• 3.5 本章小結(jié)52-54
• 第四章 織物厚向增強(qiáng)硬質(zhì)復(fù)合材料的彈道沖擊性能研究54-71
• 4.1 前言54-55
• 4.2 織物厚向混疊硬質(zhì)復(fù)合材料彈道性能測(cè)試55-57
• 4.2.1 彈道沖擊測(cè)試裝置55-56
• 4.2.2 防彈復(fù)合材料的測(cè)試系統(tǒng)56-57
• 4.2.3 彈道沖擊性能指標(biāo)57
• 4.3 三維織物增強(qiáng)復(fù)合材料抗沖擊測(cè)試結(jié)果分析57-60
• 4.3.1 增強(qiáng)材料預(yù)制件組織結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料防彈性能的影響57-59
• 4.3.2 三維增強(qiáng)復(fù)合材料不同組合方式的防彈性能59-60
• 4.4 二維織物增強(qiáng)復(fù)合材料抗沖擊測(cè)試結(jié)果分析60-63
• 4.4.1 增強(qiáng)材料不同鋪層順序復(fù)合材料的防彈性能60-63
• 4.4.2 高強(qiáng)聚乙烯UD布等離子處理對(duì)其復(fù)合材料的防彈性能的影響63
• 4.5 增強(qiáng)材料不同鋪層角度對(duì)復(fù)合材料的防彈性能的影響63-65
• 4.6 增強(qiáng)材料厚度對(duì)復(fù)合材料的防彈性能的影響65-68
• 4.7 增強(qiáng)材料浸潤(rùn)前后其防彈性能關(guān)系68-69
• 4.8 增強(qiáng)材料不同疊層比例對(duì)復(fù)合材料的防彈性能的影響69-70
• 4.9 本章小結(jié)70-71
• 第五章 織物厚向混疊硬質(zhì)復(fù)合材料的防彈機(jī)理分析研究71-83
• 5.1 引言71
• 5.2 彈體對(duì)防彈復(fù)合材料侵徹過(guò)程分析71-72
• 5.3 高性能纖維增強(qiáng)復(fù)合材料破壞形貌72-79
• 5.3.1 高性能纖維三維織物增強(qiáng)復(fù)合材料破壞機(jī)理72-74
• 5.3.2 高性能纖維二維織物增強(qiáng)復(fù)合材料破壞機(jī)理74-79
• 5.4 防彈復(fù)合材料板材的破壞模式79-81
• 5.5 織物厚向混疊復(fù)合材料的防彈機(jī)理分析81-82
• 5.6 本章小結(jié)82-83
• 第六章 結(jié)論與展望83-85
• 6.1 結(jié)論83-84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-93
• 致謝93-94
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果94

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本文編號(hào)：643783