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复合材料树脂基韧性增强

防弹防爆采用芳纶复合材料提高强度和韧性

发布日期:2020-08-20 作者:大连义邦科技 浏览数:16986
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芳纶纤维、超高分子聚乙烯纤维和碳纤维被称作世界三大高性能纤维:
芳纶全称为"聚对苯二甲酰对苯二胺",是一种新型高科技合成纤维,具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 5~6倍 ,模量为钢丝或玻璃纤维的2~3倍,韧性是钢丝的2倍,而重量仅为钢丝的1/5左右,在560度的温度下,不分解,不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能,具有很长的生命周期。
芳纶纤维是重要的国防军工材料,除了军事上的应用外,现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车、体育用品等国民经济的各个方面。


目前,芳纶产品用于防弹衣、头盔等约占7~8%,航空航天材料、体育用材料大约占40%;轮胎骨架材料、传送带材料等方面大约占20%左右,还有高强绳索等方面大约占 13%。

 

近年来芳纶纤维被广泛应用于制备防弹防爆和高冲击的军工产品,芳纶纤维高强度和高模量常与碳纤维一起,作为防弹防爆高冲击复合材料的增强体。

高性能芳纶纤维复合材料目前一般多采用热固性树脂将芳纶织物进行粘合,预浸料(Prepreg)是增强纤维(Reinforced Fiber)或织物浸渍在基体(Matrix)中制成的半固化片材,是复合材料的中间材料

 

影响芳纶复合材料性能主要有两个因素:(1)树脂对芳纶织物之间的粘结性;(2)树脂的韧性。因此芳纶织物之间的树脂粘结层对芳纶防弹复合材料的防弹性能起着关键作用。

对于基体树脂,韧性差,易发生脆性断裂,粘结强度低,则芳纶织物易发生分层,滑移,不利于冲击能量传递,而树脂粘结强度若过大,会导致树脂对纤维束缚,使产品易发生脆性断裂,因此树脂的粘结强度必须适中。

 

那么如何改善树脂的韧性是高强度纤维应用的关键点。新西兰Revolution Fibres 研发和生产的Xantu Layr可在预浸料层间区域充当脆性树脂基体的纳米级增强物质,用于改善复合材料的断裂韧性(抗分层性),冲击强度之后的压缩(损伤容限)和复合材料分层的抗疲劳强度。为复合材料脆性树脂基体提供支持和保障。使用Xantu. Layr后,复合材料层压板在受到压力或冲击时不易发生微小裂纹。确切的说,Xantu.Layr 不是复合材料中纤维增强的物质,而是作为树脂的增强剂。 

 

 

大连义邦引入的Xantu. Layr使用简便,国外先进复合材料厂商如Cytec和GMS均已验证批产的可能性,建议直接在预浸料成型前增加一道工序。Xantu. Layr两个产品系列分别适合190℃和260℃高温固化。纤维膜有三种规格,重量分别为1.5gsm, 3.0gsm, 4.5gsm. 厚度分别为8μm,16μm和24μm,标准宽度为1m,也可根据实际应用进行定制。值得一提的是,使用Xantu. Layr后复合材料层压板的厚度和重量几乎没有影响。

 

 

 

 

通过实验可以发现,使用不同规格的纳米纤维膜对复合材料层合板的断裂韧性有不同程度的提升,其中4.5gsm Xantu. Layr效果更佳。使复合材料的CAI和抗疲劳强度均有提升,为芳纶预浸料等复合材料防弹防爆,和高冲击强度的应用提供保障,增加复合材料柔韧性,辅助提升树脂韧性,冲击动能分散应力到整体复材,树脂不易产生微裂纹。

 

 

防弹防爆抗冲击的芳纶增强复合材料在人体防护和军事仪器设备的防护方面已得到广泛的应用,如防弹背心、头盔以及坦克、飞机、舰船的防护部件等。





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