超高分子量聚乙烯纤维复合材料冲击性能和弹道侵彻的实验研究
当前，具有叠层结构几何特征、以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维为主要成分的复合材料已经成为防弹材料及其装备的重要发展方向。本文以UHMWPE复合材料层板为研究对象，开展了低速冲击和弹道侵彻实验，分析了试样厚度、织物结构、冲击速度等因素对其冲击性能的影响，并讨论了损伤机理，为轻质和具有叠层结构UHMWPE防弹复合材料的设计和研制提供了依据。
本文首先从研究不同温度下UHMWPE拉伸性能的变化入手，确定了UHMWPE/LLDPE复合材料的成型工艺参数，即成型温度120℃，热压时间为60min，成型压力为10MPa。基于应力波传播理论和降低变形、分层的要求，课题首次设计并织造了UHMWPE薄层正交三向织物。采用落锤冲击装置对UHMWPE复合材料层板进行了低速冲击性能测试，研究指出，UHMWPE复合材料层板表现出应变率效应和厚度效应；相比于UD复合材料和平纹织物复合材料，薄层正交三向织物复合材料具有更优异的能量吸收能力；不同结构织物UHMWPE复合材料低速冲击破坏模式不同，所有试样均出现塑形变形，除此之外，UD复合材料出现了严重分层现象，平纹织物复合材料有微小分层，薄层正交三向织物复合材料未出现明显损伤，进而，对其损伤机理进行了分析。对UHMWPE复合材料层板进行了弹道侵彻测试，结果显示，随着厚度的增加，UD复合材料单位厚度吸能和单位面密度吸能均先减后增，平纹织物复合材料单位面密度吸能先减后增，而单位厚度吸能非线性增加；厚度不同，UD复合材料靶板破坏模式不同，而平纹织物复合材料靶板破坏模式相同；当速度接近弹道极限速度时，UD复合材料的损伤区域达到最大，而平纹织物复合材料随侵彻速度的变化，靶板正面和背面损伤区域变化不大；相比于薄层正交三向织物复合材料和平纹织物复合材料，UD复合材料具有更优异的能量吸收能力；UD复合材料损伤模式为变形凸起型，而平纹织物复合材料和薄层正交三向织物复合材料为冲塞侵彻型，在此基础上，对靶板损伤机理进行了讨论，为下一步配置具有叠层结构特征的防弹复合材料提供依据。
纺织材料;聚乙烯纤维;弹道侵彻;纤维力学
天津工业大学
硕士
纺织工程
孙颖;潘宁
2012
中文
TS102.527.7;TS101.921.4
67
2012-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）