国外玻璃纤维材料的研究进展

2021-03-23 14:26:11 hjbxgs 4

当前,世界各国都在不断研发和优化各类新型抗弹材料,以增强车辆和单兵的弹道防护性能。高性能纤维复合材料具有轻质、高强、抗弹性能优异等特点,是研究最多、市场发展最快和最有前途的抗弹材料。以美国为代表的军事发达国家特别关注高性能抗弹纤维及其复合材料的发展,美国陆军研究实验室等国防科研机构和受国防部资助的大学近些年开展了大量研究工作。本文主要介绍玻璃纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维、碳纤维、PBO和M5纤维及其复合材料在国外的研发、应用现状与性能水平。


玻璃纤维(GF)的拉伸强度高、断裂伸长率大、冲击性能好、抗疲劳、化学稳定,不足之处是密度较大。GF复合材料是第一代较廉价的抗弹装甲材料。美国步兵战车、俄罗斯主战坦克和印度主战坦克的装甲都采用了GF夹层。美国海军两栖攻击舰和俄罗斯航母的干弦也采用了GF复合材料抗弹防护结构。E-玻纤(E-GF)和S-2玻纤(S-2GF)是常被研究和应用的两种型号。S-2GF比E-GF有更高的强度和延伸率。


研究人员等研究了S-2GF增强酚醛树脂/氧化铝陶瓷装甲的抗穿甲弹性能,发现此复合装甲有极佳的陶瓷/复合材料面密度比,对穿甲弹有很高的抗弹性能。研究了新一代舰船用GF聚合物基复合材料的抗爆炸冲击性能,其制得的夹芯复合板由E-GF、Dow510A-40溴化乙烯酯形成的面皮和Tycor、聚氯乙烯泡沫、轻木(Balsa)形成的核芯层构成。


美国密歇根州立大学对GF增强的聚合物基复合材料进行了广泛研究,并向陆军研究实验室提交了报告。其制备了基于S-2GF/SC-15环氧树脂的复合材料;研究了由正交平织GF毡布和环氧树脂基体构成的复合材料的尺寸效应对高压载荷下行为的影响;开发了基于GF的高抗冲三轴准三维机织复合材料,并对其进行冲击测试表明,三轴准三维复合材料的刚度比二维机织和层压样品分别高出12.5%和20%;通过树脂传递模塑工艺制备了车辆防护板用玻璃纤维毡增强的SC-15环氧树脂复合板,平均拉伸模量和拉伸强度分别为20.06GPa和383.65MPa,平均压缩模量和压缩强度分别为31.83GPa和258.60MPa,平均剪切模量和剪切强度分别为5.62GPa和97.43MPa,平均弯曲模量和弯曲强度分别为16.23和334.61MPa;最后他们还利用S-2GF毡布制得预制件,采用真空辅助树脂传递模塑工艺对预制件浸渍SC-15环氧树脂,生产出车用复合保险杠支架。


美国陆军工程研发中心还研究了负载碳纳米管的E-GF复合材料的能量耗散和高应变速率动态响应。他们在E-GF毡上生长碳纳米管,然后将负载碳纳米管的E-GF毡与树脂结合,形成复合材料。对材料进行力学性能和弹道性能测试表明,负载碳纳米管的复合材料在高应变速率下比吸收能提高106%,准静态应变速率下5个循环周期后能量密度耗散提升64.3%,V50值提高11.1%。


文章来源:新材料新能源在线

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