UHSPE纤维的表面改性及其增强复合材料防弹性能的研究

对超高强聚乙烯纤维的表面进行电晕放电及二次处理,通过扫描电镜、红外光谱分析了它的表面形态和化学结构变化.SEM图像表明,电晕造成纤维表面出现微裂纹,而且微裂纹的数量和大小随电晕强度的增加而增加.ATR-FTIR光谱显示, 纤维表面同时出现含氧基团,也随电晕强度的增加而增加;二次处理后,纤维表面的化学结构也发生明显的变化.尽管随着电晕强度的增大,UHSPE纤维的拉伸强度连续下降,但经过4kW的电晕处理一段时间后,UHSPE纤维/乙烯基树脂复合材料的层间剥离强度和V50值都出现了最大值,这为进一步研究超高强聚乙烯纤维增强复合材料的防弹性能提供了理论依据.     

新型防弹材料──超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维（简称ＵＨＰＥ）是国际上近几年来开发的新型复合材料增强纤维，是世界公认的复合材料用三大先进纤维（碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维）之一。在已开发的纤维中，ＵＨＰＥ密度最小，具有许多突出的优点，这种新型的纤维增强复合材料最突出的特点是优越的高能量吸收特点，即具有最强的防弹能力，是一类理想的防弹材料。     

Al_2O_3陶瓷—石墨/超高分子量聚乙烯杂交纤维复合材料装甲抗弹性能研究

对以Al2 O3 陶瓷作面板、以石墨与超高分子量聚乙烯杂交纤维增强环氧树脂基复合材料为背板的复合装甲的抗弹性能进行了理论分析和实验研究 ,探讨了面板与背板的材料参数、几何参数等对复合装甲的抗弹性能的影响 ,得到了具有工程指导意义的结论。     

纤维增强环氧复合材料低温性能研究

纤维增强环氧树脂基复合材料因其低温下比强度比模量高、热导率低的特点在低温领域被广泛应用,重点对碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉纤维增强环氧复合材料低温下力学及导热性能的研究进行了总结,并对4K、77K及室温下各类单向纤维增强环氧复合材料的力学及导热性能进行了对比,分析了各温度范围内最适用的纤维增强环氧复合材料,指出了当前对纤维增强环氧复合材料低温下力学及导热性能研究的不足之处。     

石墨微胶囊改性超高分子量聚乙烯舰船水润滑尾轴承复合材料的摩擦学性能

舰船水润滑尾轴承用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)材料在低速重载工况下常出现严重磨损,填充石墨能够提高材料的自润滑性,但会因团聚效应难以共混均匀,将石墨微胶囊化可提高分散性。通过复乳液法制备芯材为石墨、壁材为脲醛树脂的微胶囊,与UHMWPE共混制成复合材料,并制备石墨共混材料作为对照组。在载荷为0.6 MPa、转速分别为150 r/min和250 r/min的工况下测试复合材料的摩擦磨损性能;利用激光干涉表面轮廓仪和扫描电子显微镜观察其磨损面形貌,分析磨损机理。结果表明：石墨微胶囊在基体材料中具有良好的分散性,能够降低材料的摩擦系数并且使摩擦系数变化更为稳定;适量的石墨微胶囊能改善磨损面形貌,降低磨损量;试验中微胶囊含量为5%的材料摩擦学性能最好,150 r/min时摩擦系数为0.110,与纯UHMWPE相比降低了23.61%.     

新型超高分子量聚乙烯膜材料防弹性能及机理

超高分子量聚乙烯（UHMWPE）膜材料是近年来出现的新型防弹材料,具有与UHMWPE防弹无纬布不同的结构形式。采用1.1 g标准模拟破片、51式7.62 mm钢被甲铅芯弹和9 mm巴拉贝鲁姆铜被甲铅芯弹,对两类UHMWPE材料叠层靶片进行射击试验,研究两类材料的分子量、结晶度、力学特征以及防弹效能系数对其弹道极限v₅₀值、比吸能值和凹陷深度方面的影响,对其防弹性能进行理论分析,并结合弹着点形貌,对比研究了两类材料的防弹机理。结果表明：两类材料的分子量、结晶度、拉伸强度以及拉伸模量与其防弹性能呈正相关,较小的断裂伸长率更有利于减小凹陷深度;膜材料的条带结构更有利于材料承载应力、能量传播和能量耗散。因此,UHMWPE膜材料在弹道防护领域将具有很好的应用前景。     

高性能复合纤维的防刺机理

近年来持刀袭警、袭医事件屡有发生,防刺服作为保障生命的最后一道防线至关重要。目前防刺服主要由高性能复合纤维制成,虽通过了标准穿刺测试,但其防刺机理尚不明晰。以3种典型防刺材料——浸胶芳纶布、无纬PE布和平纹芳纶布为研究对象,基于刚度、硬度、准静态穿刺和动态穿刺实验,研究相同面密度下3种材料的防刺机理。研究结果表明：防刺材料的硬度和弯曲刚度越大,准静态刺破力和动态刺破力越大,抵抗变形和刀具刺透的能力越强,防刺性能越好;刀具动能大部分转换为防刺服和背衬材料的动能和变形能,材料破坏吸能较少,研发防刺服的重点不在于吸能,而应增加其硬度及弯曲刚度。研究成果可为下一代轻质柔性防刺服的研发提供理论参考。     

纤维增强复合材料磨削钻孔的表面微观研究

运用扫描电镜对烧结金刚石钻头加工纤维复合材料的孔壁表面进行微观观察,在此基础上分析了纤维复合材料磨削钻孔过程中的纤维破坏机理和磨削表面的微观结构特征。结果表明,玻璃纤维的磨削断口形貌可分为6种情况;芳纶纤维的破坏机理不同于玻璃纤维,其磨削断口形貌可分为7种情况;纤维复合材料的磨削加工表面由纤维断口表面和树脂涂附表面两部分组成,并存在3种特征鲜明的纤维断裂区。研究成果在一定程度上揭示了纤维复合材料的磨削钻孔机理,具有一定的参考价值。     

超高分子量聚乙烯高温环境抗冲击能力研究

为研究超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)在高温环境下的热性能和力学特性,对不同高温处理1h后的UHMWPE进行了SEM、DSC以及XRD分析。结果表明:150℃处理后纤维表面和断面已失去原有结构,XRD衍射峰峰值明显降低;DSC结果显示,与高温试验前及其它高温处理后有2个较大的吸热峰不同,150℃处理的样品仅有1个吸热峰,且峰值较低。对纤维包覆成的CDF进行爆轰性能试验,结果表明150℃处理后的样品抗冲击强度严重下降,已不能满足CDF的要求。     

纤维增强陶瓷基复合材料的发展

本文概述了高技术关键材料——纤维/陶瓷复合材料的发展。对纤维/陶瓷复合材料发展中出现的问题和当前研究的方向进行了综合评述。     

CVI法制备SiCp/SiC复合材料的力学性能研究

对用CVI法制备的SiCp/SiC复合材料的力学性能进行研究。研究表明:材料表现出脆性断裂的破坏失效特征;SiCp/SiC复合材料内部颗粒间、团聚体之间残留的微孔和孔隙等薄弱环节使材料的强度降低;复合材料基体和增强相之间有一层由树脂热解而产生的玻璃碳,造成界面的弱结合,使材料强度不高。     

热处理对Ni-P-Al_2O_3复合化学镀层性能的影响

研究了热处理对Ni-P -Al2 O3 复合化学镀层性能的影响。结果表明 ,Ni-P -Al2 O3 复合化学镀层的硬度和耐磨性随加热温度的升高而升高 ,并在 40 0℃时达到最大值。镀层的耐蚀能力随加热温度的升高而降低 ,但当加热温度超过 45 0℃后 ,耐蚀能力又会明显提高     

SiCp/Al复合材料抗弯性能的试验研究

采用粉末冶金法制备SiCP/Al复合材料,研究增强相粒径及含量对SiCp/Al复合材料抗弯强度的影响。结果发现:当增强相粒径不变,随着增强相含量的增加,SiCP/Al复合材料的抗弯强度降低;增强相含量较低时SiCP/Al复合材料的抗弯强度比增强相含量高的SiCP/Al复合材料的抗弯强度高。与其他研究者的结论进行比较,发现不论采用什么方法制备SiCP/Al复合材料,结果都表明增强相含量为10%的SiCP/Al复合材料具有较大的抗弯强度。     

镀铜碳纤维-镀铜石墨-铜基复合材料的制备与性能研究

用粉末冶金法成功地制备了短碳纤维-镀铜石墨-铜基复合材料,对其体积密度、电阻率、硬度、抗弯强度和摩擦磨损性能进行了测试,观察了它们的显微组织、断口和磨面形貌,并与石墨-铜、镀铜石墨-铜基复合材料进行了对比。结果表明,镀铜碳纤维-镀铜石墨-铜基复合材料的各项性能,明显优于石墨-铜、镀铜石墨-铜基复合材料。     

三维编织碳纤维/环氧复合材料的磨损特性研究

采用RTM工艺制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂(记为C_(3D)/EP)复合材料,对其摩擦磨损动力学进行了研究,讨论了载荷及滑动速度等因素对复合材料摩擦磨损性能的影响及磨损机理。结果表明,复合材料的摩擦因数和磨损率随着载荷的增加单调降低。滑动速度对复合材料的摩擦因数影响较小,但对磨损率影响较大。滑动速度较高时,磨损率较低。低速低载时复合材料的磨损机制主要为疲劳和粘着磨损,反之以粘着为主。     

陶瓷/铝合金复合靶板不同倾角抗弹性能试验研究

采用12.7mm穿燃弹,进行陶瓷/铝合金复合靶板在不同倾角下的侵彻试验,研究靶板倾角对抗弹性能的影响。结果表明:随着倾角的增大,靶板的局部防护系数单调增加,表明防护能力在增加;陶瓷面板与背板粘合后靶板的局部防护系数显著高于面板与背板未粘合的情况。     

CVI法制备SiCp/SiC复合材料的氧化性能研究

对用CVI法制备的SiCp/SiC复合材料的氧化性能进行了研究。材料含有的气孔和破坏氧化膜连续性的杂质元素,为氧气扩散提供通道;氧化过程中形成的气孔,导致了新的自由表面的暴露和空气扩散通道,进而加剧氧化。在材料的高温氧化过程中,SiC的氧化生成SiO2膜导致试样质量增加,玻璃碳界面层的氧化生成CO的逸出导致试样质量损失。最后的质量变化是这两种综合作用的结果。在高温氧化过程中,材料的空隙增多,应力集中加强,界面层被破坏使SiCp/SiC复合材料的强度下降。     

基体特性对钨丝增强复合材料中剪切应力的影响

采用ANSYS程序计算研究脉冲加载下不同屈服强度、弹性模量基体对钨丝增强复合材料两相间剪切应力的变化特征。研究发现,在复合材料设计时应考虑基体力学特性对复合材料性能的影响。选择屈服强度高、弹性模量低的基体,可降低增强相钨丝中的剪切应力,在侵彻过程中有利于保持钨丝的完整性,从而提高侵彻能力。     

面板厚度对陶瓷复合靶抗弹性影响的试验研究

在陶瓷靶前加约束面板,面板厚为1,2,2.6,3 mm。采用14.5 mm口径弹道枪发射14.5 mm穿燃弹进行靶试,比较不同厚度面板对靶板整体抗弹性能的影响。结果表明:随面板厚度增大,靶板整体防护系数下降;面板厚为1 mm,靶板防护系数最高,面板破坏状态为花瓣状形貌;面板厚为2,2.6,3 mm,面板破坏形貌为弹径大小的孔洞。对试验方案进行数值模拟,模拟结果与试验结果相一致。