经编间隔织物增强柔性复合材料冲击性能

针对传统个体防护材料刚硬、限制人体活动的缺点,设计了2种柔性复合材料: 剪切增稠液(STF)和硅橡胶填充经编间隔织物(WKSF)柔性复合材料,并对其冲击性能进行研究。WKSF具有上、下两个表层和间隔丝构成的间隔层,在其间隔层中加入STF和硅橡胶2种柔性材料。STF采用将纳米SiO₂分散于聚乙二醇(PEG)中制成,硅橡胶采用硅胶和固化剂混合而成。采用流变仪对STF的流变性能进行测试,采用Instron落锤冲击仪对WKSF及其复合材料的冲击性能进行测试。实验表明: STF在达到临界剪切速率后出现剪切增稠现象,纯织物的冲击过程可分为弹性、平台和压实3个阶段,且具有明显的平台阶段;经填充后所制成的2种复合材料的冲击过程与纯织物明显不同,其载荷-位移曲线呈线性;加入硅橡胶的复合材料刚度较大,没有应变率效应;加入STF的复合材料具有较好的能量吸收性能和明显的应变率效应。     

2D、3D织物结构对STF/UHMWPE复合材料高速冲击性能影响的研究

为了探究2D、3D织物结构对剪切增稠液体(STF)/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料高速冲击性能的影响,分别使用2D UHMWPE织物和3D UHMWPE织物与STF复合,制备STF/UHMWPE复合材料,再分别与UD布结合制备3组靶样。A组为纯UD布靶样;B组为UD布STF/UHMWPE(2D)复合材料靶样;C组为UD布STF/UHMWPE(3D)复合材料靶样,并对3组靶样进行高速冲击实验。实验结果表明:STF/UHMWPE(2D)复合材料在高速冲击实验中性能更好,复合材料在径向上吸收能量的能力强于纵向。     

STF/UHMWPE柔性防刺复合材料制备工艺

通过将具有显著剪切增稠效果的剪切增稠液体(STF)与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行复合制备得到柔性防刺复合材料。通过对STF/UHMWPE的复合材料进行扫描电镜形貌分析以及静态防刺实验,来研究该复合材料的防刺性能及其机理。重点研究不同稀释剂、稀释比对复合材料防刺性能的影响。研究结果发现,对于UHMWPE织物而言,在面密度相同下,水作为稀释剂的效果更优,当其稀释比为1∶2时防刺性能提高幅度最大,其顶破强力比未处理的提高了50.94%。     

STF/UHMWPE复合材料的高速冲击性能

本文将分散相粒子纳米球形SiO2在一定分散条件下均匀分散在介质PEG200和PEG400中,制备剪切增稠液(STF),然后通过浸轧的方式将STF与二维超高分子量聚乙烯(UHMWPE)织物相结合制备STF/UHMWPE复合材料。为探究STF/UHMWPE复合材料的抗冲击性能,以UD布为基材制靶样,分别为纯UD布靶样,UD布二维织物靶样和UD布STF/UHMWPE复合材料靶样,为减小实验误差,每种靶样设计三个相同组份的样品。利用高速冲击试验测试三组不同靶样的抗高速冲击性能,通过比较高速冲击后靶样的凹陷深度和最大凹陷直径,得到STF/UHMWPE复合材料的抗冲击性能。结果表明,UD布STF复合二维UHMWPE织物靶样比纯UD布靶样凹陷最大直径减小37.68%,凹陷深度减小10.13%,UD布STF/UHMWPE复合材料靶样抗高速冲击性能最好;STF在高速冲击试验过程中可以有效地吸收冲击能量。     

蚕丝基柔性导电复合材料在传感器中的应用进展

蚕丝作为传统的纺织纤维，较大的纤维长径比使其具有优异的力学性能，其强度优于钢铁，弹性优于尼龙，同时兼具轻盈透气等优点。将蚕丝织物作为柔性导电材料基材对可穿戴电子产品在医疗检测、运动康复、食品检测等方面的应用具有重要意义。介绍了蚕丝的结构及柔性传感器的传感机理，综述了国内外以蚕丝织物作为基底的柔性导电复合材料在传感器件中的应用进展，并对蚕丝基柔性导电复合材料的发展前景进行了展望。     

三维异型纺织复合材料的预制体织造技术及材料力学性能研究进展

近年来，三维纺织复合材料因其整体性能优异、结构丰富和净成形等特点，被广泛地应用于国防重大工程领域。其中，三维异型纺织复合材料理论研究仍远落后于应用。从三维异型纺织复合材料构件的应用出发，根据各种构件的典型特征分类归纳了三维异型纺织结构件的应用现状，总结了三维异型纺织复合材料预制体的主要织造工艺和织造装备的发展现状，并从不同的层级分析国内外对三维异型纺织复合材料的力学性能、细观结构建模、数值模拟等方面的研究进展，提出了三维异型纺织复合材料研究面临的关键问题，以期为三维异型纺织复合材料在未来的应用提供支撑。     

柔性含铅γ辐射屏蔽材料的制备及性能

从γ射线防护材料的研究现状和需求入手,制备了含MWCNTs和铅的核辐射防护材料并测试其机械及辐射防护性能.使用高剂量率的γ辐射对碳纳米管进行剪切使其功能化,以机械共混法为主要加工方法制备含短切碳纳米管的含铅EVA高分子树脂辐射防护型片材,基于高分子化合物的辐照交联原理,利用高能电子束加速器对复合材料进行辐照交联改性,通过拉伸测试对成品的力学性能进行表征,通过辐射屏蔽实验测试成品的屏蔽性能,验证和探讨片材中加入短切后碳纳米管的改性原理、辐射屏蔽机理.所制备的γ射线辐射防护材料具有质轻、柔性、环境保护性及对伽马射线的较高质量衰减特性,能很好地满足防护效果与轻量便携的应用背景,对柔性辐射防护材料设计具有参考作用.     

氧化石墨烯在纺织品领域的抗菌应用

目的总结归纳氧化石墨烯及其复合材料在抗菌纺织品类包装材料的应用现状,为氧化石墨烯及其复合材料在纺织领域的应用提供参考。方法总结氧化石墨烯的性能、结构特点以及抗菌机理,阐述氧化石墨复合材料、复合纤维材料和复合织物等纺织品类材料的抗菌性能应用,并简单讨论氧化石墨烯的抗菌影响因素和氧化石墨烯的生物安全性。结果氧化石墨烯具有二维纳米结构、优异的比表面积和水溶性,纺织品类包装材料通过与氧化石墨烯的复合应用可改善其抗菌性能。目前,氧化石墨烯抗菌性能的应用尚处于初级阶段,需要更深入的研究。结论随着对氧化石墨烯研究的不断深入,氧化石墨烯在抗菌纺织品类包装材料的应用会越来越广泛。     

复配型剪切增稠液体对非织造织物防刺性能的影响

引入"复配"的概念,制备出不同复配方式的剪切增稠液体(STF),并将该复配型STF对超高分子量无纺布进行处理,通过对STF无纺布的复合材料进行扫描电镜形貌分析以及静态防刺实验,来对复合织物的防刺性能进行研究。主要阐述了不同分子量分散介质(PEG200、PEG600)复配后的剪切增稠液与无纺布织物复合后对复合材料防刺性能的影响,发现采用不同分子量分散介质较单一分子量分散介质的STF无纺布复合织物的防刺性能好,采用复配分散介质的方式对剪切增稠液体在防刺效果上有一定程度的改善作用,在同等单位质量的情况下,此复配方式可将复合材料的防刺性能提高7.13%。     

高防潮阻隔性封套包装复合材料设计探讨

目的探讨柔性封套包装用高防潮阻隔性复合材料的设计与选材。方法首先通过对封套包装的功能作用原理进行分析,探讨封套复合材料的防潮阻隔性、使用性能、环境适应性及工艺性等设计内容与要求,然后从环境、材料等方面简要分析直接影响封套复合材料防潮阻隔性能的主要相关因素,并对材料结构设计、功能层材料选用等进行研究。结果总结分析了封套复合材料结构铺层设计、材料选用设计方法以及需要注意的事项。结论封套包装复合材料的性能设计、结构铺层设计及功能层材料选用,应以能够满足装备可靠封存防护要求为前提,同时兼顾其使用性和经济性。     

超高性能水泥基复合材料的多尺度设计与抗爆炸性能研究进展

超高性能水泥基复合材料(Ultra-high performance cementitious composites,UHPCC)是一种具有超高强度、超高韧性、超高耐久性和良好体积稳定性的新型水泥基复合材料.超高性能水泥基复合材料因其优异的力学性能和耐久性能,在超高层建筑、桥梁、隧道、海上平台、核反应堆安全壳及军事防护工程等领域中具有广阔的应用前景.近年来,国内外意外爆炸事故和恐怖爆炸袭击事件时有发生,许多建筑和防护工程面临着爆炸等强动载的冲击作用,而现有的大多数建筑结构无法抵御爆炸载荷的冲击,将建筑结构爆炸风险降低到可接受水平迫在眉睫.目前存在的防护工程材料大多为普通强度(C30～C50)等级的混凝土或普通纤维增强混凝土,抗爆能力普遍较弱,研究强度等级高、抗爆炸性能好的超高性能水泥基复合材料逐渐成为防护工程材料研究的热点.本文通过对爆炸现象的基本特点及对建筑物破坏形式的分析,结合对水泥基复合材料抗爆炸原理的研究,从纤维混凝土、珍珠层混凝土、梯度混凝土等细微观结构设计,以及泄爆结构、性能目标等宏观结构设计两个角度,重点综述了抗爆炸高性能水泥基复合材料的细-微-宏观多尺度结构设计及其性能优化研究进展,对爆炸作用下超高性能水泥基复合材料的结构损伤破坏机理研究进展以及应用现状进行了阐述.最后,进一步探讨了抗爆炸超高性能水泥基复合材料研究中存在的问题,并展望了相关研究与发展趋势.     

柔性吸声隔音降噪纺织复合材料

柔性吸声隔音降噪纺织复合材料由于能够提供比传统纺织品更宽的吸声域,比传统降噪材料轻薄、柔软、透气和易加工而备受关注。开发基于纺织材料的聚合物复合材料是近年来噪声控制领域的热点研究方向之一。本文从新型纤维、降噪功能填料和柔性降噪纺织复合材料3个方面综述了国内外柔性吸声隔音纺织品的研究进展,并归纳总结了柔性降噪纺织品的制备方法,进一步对柔性吸声隔音降噪纺织品的发展趋势进行了展望。     

MXene与纤维基材料复合应用研究进展

层状过渡金属碳/氮化物(MXene)是一种新兴的二维纳米材料。由于其独特的纳米结构和优异的电学性能,MXene在电学相关领域的潜在应用受到越来越多的关注。近年来,有众多研究将MXene与各类纤维与纺织材料进行复合,在纤维基柔性电子材料应用中体现出优异的性能。本文首先介绍了MXene纳米片的制备方法及性能,系统分析了MXene材料与不同维度纤维材料进行复合的最新研究,并总结了MXene/纤维复合材料的各种应用性能。最后,对今后MXene与纤维材料复合应用的前沿及所面临的挑战进行了探讨。     

交叠增韧仿生复合材料的研究进展

仿生设计方法为制备结构与功能一体化材料提供了重要的思路和途径,已成为各国研究的重点,贝壳的分层结构和高强韧性能仿生制造是其中较为典型的一类,据此可开发出具有优异的防护性能和抗裂纹扩展能力的层状复合材料。对层状复合材料制备工艺、界面扩散及结合强度、增韧机制、弹道防护性能的研究现状进行了简要综述,评价和总结了目前存在的问题,并对仿生制造的应用前景进行了展望,指出应加强层状复合材料变形的理论研究,进一步拓展层状复合材料的应用领域。     

蒙脱土有机改性对丁基橡胶复合材料微观结构与性能的影响

采用季铵盐有机改性蒙脱土(OMMT)与丁基橡胶(IIR)机械共混和硫化制备成复合材料。研究了蒙脱土有机改性前后对复合材料的微观结构、力学和芥子气防护性能的影响。透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)显示IIR/OMMT复合材料为插层型纳米复合材料,而IIR/MMT为未插层的微米复合材料。复合材料的微观结构和填料的界面活性对其力学性能影响重大,IIR/OMMT复合材料的力学性能明显优于IIR/MMT复合材料的力学性能。添加有机或无机蒙脱土都可使芥子气在丁基橡胶中的扩散系数显著降低。而芥子气在IIR/OMMT中的扩散系数更低,这显示出IIR/OMMT复合材料的芥子气防护性能更加优异。     

基于石墨烯/聚合物的柔性力敏材料研究进展

石墨烯(G)作为一种性能优异的二维纳米材料,其高电导率、灵活性为柔性力敏材料的发展打下了坚实基础,G/聚合物复合材料可用作高弹性和高灵敏度的柔性传感器。文中从材料结构角度归纳G/聚合物柔性力敏材料的研究进展,总结了逾渗导电网络结构、层状结构、网状G填充柔性基体和G填充于网状聚氨酯海绵结构等多种不同结构类型的柔性力敏材料,并对材料结构与形态、机电性能及应用进行了相应的表征和分析,最后展望了G/聚合物柔性力敏材料领域的挑战与发展趋势。     

梯形齿环状结构缓冲防护性能研究

目的在高冲击、高过载的环境下,研究高过载测试电子记录器的环阻尼缓冲防护结构的缓冲防护性能。方法从结构和材料上对高过载测试电子记录器中的环阻尼缓冲防护结构进行改进,采用具有梯形齿环状缓冲防护结构,在钢壳内侧壁和内胆盖外侧壁、内胆外侧壁之间装有泡沫铝-聚氨酯或泡沫铜-聚氨酯等复合材料,以更好地起到缓冲防护作用。接着对复合材料结构试样进行Ansys仿真实验,研究泡沫铝-聚氨酯复合材料结构的抗高过载、高冲击性能。结果灌封质量分数为25%的聚氨酯时的泡沫铝-聚氨酯复合材料结构的抗高过载性能较好,灌封质量分数为4.9%聚氨酯时的泡沫铝-聚氨酯复合材料结构的抗冲击性能最好。结论梯形齿环状结构较三角齿螺纹结构有更好的稳定性。     

仿生柔性防护装具的设计及防弹性能测试

依据仿生学原理,借鉴硬骨鱼鳞的微观结构及叠加模式,设计并制备了6套仿生柔性防护装具。使用了两种复合鳞片,分别为SiC陶瓷-超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合防护鳞片和Al₂O₃陶瓷-UHMWPE复合防护鳞片。对柔性防护装具进行侵彻测试,分析了复合鳞片类型、覆盖角度和子弹侵彻位置对柔性鳞片防护装具防弹性能的影响。结果表明,新型柔性鳞片状防护装具均能成功抵挡速度为(445±10) m/s的手枪弹(铅芯)侵彻,垫层材料的凹陷深度为5~20 mm。SiC-UHMWPE复合鳞片防护装具的防弹性能显著优于Al₂O₃-UHMWPE复合鳞片防护装具。此外,柔性防护装具的防弹性能均随着鳞片覆盖率的增加而提高。本研究成果为新型柔性防护装具的设计提供理论依据和科学指导。      

细菌纤维素基柔性防护材料的制备及其性能研究

面对突发事件对人体最佳保护措施之一,为穿戴高性能的防护材料。因此,研制穿着舒适、行动自如、防护性能优的新型柔性防护材料已成热点。柔韧性好、力学强度高和合成方便等优势的细菌纤维素材料(BC),在高强度纤维、柔性复合膜等应用领域已经获得成功。采用模板法制备出多孔BC材料,通过与纳米SiO_2、聚乙二醇(PEG)形成的剪切增稠液(SiO_2/PEG)复合,制备出了新型柔性防护材料,并以Kevlar纤维与SiO_2/PEG复合材料为参照样,进行性能评估研究。实验结果表明,(1) SiO_2/PEG剪切增稠效应和临界剪切速率与SiO_2质量分数和PEG分子链长相关;(2)BC和Kevlar与SiO_2/PEG复合,以BC为基体的材料的弯曲角(85°),远高于Kelvar为基体材料的弯曲角(45°),显示出BC防护材料的高柔韧性;(3) SiO_2/PEG体系中加入BC(31.7%),其防护性能与Kelvar(88.4%)对8 J冲击动能防护性能相当。因而,BC材料在软防护材料、阻尼材料等应用方面具有较大应用潜能。     

纺织复合材料纤维预制体力学性能测试方法研究进展

纺织复合材料具有质量轻、强度高，可设计性强等诸多优势，在航空航天领域得到广泛应用。纺织预制体的纤维结构对复合材料的最终力学性能有着决定性影响。然而，预制体的纤维结构在织造过程中不可避免地会发生宏观尺寸和微细观结构的变形，甚至产生褶皱缺陷。纺织预制体作为一种柔性骨架，其变形机制十分复杂。采用试验测试来表征预制体的力学变形特性是最直接、最有效的方法，也是建立理论和数值分析模型的基础。本文对纺织复合材料预制体的拉伸、压缩、弯曲、剪切和成型试验等测试方法进行了综述，讨论了不同测试方法的优缺点及适用条件，对后续的研究工作进行了展望。本研究将为预制体力学测试技术的改进、测试标准的建立和成型过程中的准确控形提供理论指导，对纺织复合材料的结构设计和工程应用起到推动作用。