功能材料-超高分子量聚乙烯纤维材料(UHMWPE)在防弹领域的应用..doc

《功能材料》期末考核 题目： 超高分子量聚乙烯纤维材料（UHMWPE)在防弹领域的应用 姓 名： 金贵平 学 号： 201220100302 专 业： 化学工程与工艺 2013-2014年第二学期 1．摘要? 超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维也称超高模聚乙烯（UHMPE）纤维或伸长链聚乙烯纤维（ECPE），是20世纪90年代初出现的第三代高强高模纤维。它的相对分子量为100～600万之间,分子形状为线型伸直链结构,取向度接近100%,强度是当今纤维之最,具有良好的机械性能。与其他纤维的性能对比。UHMWPE纤维还具有耐紫外线辐射、耐化学腐蚀、比能量吸收高、介电常数低、电磁波透射率高、摩擦系数低及突出的抗冲击、抗切割等优异性能。因此,UHMWPE纤维是制作软质防弹服、防刺衣、轻质防弹头盔、雷达罩、运钞车防弹装甲、直升机防弹装甲、舰艇及远洋船舶缆绳、轻质高压容器、航天航空结构件、深海抗风浪网箱、渔网、赛艇、帆船、滑雪撬等的理想材料。由于UHMWPE纤维性能优异,应用潜力巨大,因此,近年来UHMWPE纤维及其复合材料受到了国内外的普遍关注。 2．引言? 传统钢制防弹材料的防护水平能满足使用要求，不过重量和刚性严重降低了此类材料在使用中的舒适性，而且还存在跳弹伤人的危险.随着世界高新技术、纤维合成与纺丝工艺的发展，高性能纤维得到了不断发展创新，目前已进入了一个高速发展阶段，用高性能纤维材料制成的防弹材料质轻、柔韧性好、防护效果佳，近年来，各国用高性能纤维材料开发出了各种软式、软硬复合式防弹衣和防弹头盔。采用芳纶织物制成的软质防弹背心在穿着舒适性上取得了革命性的突破.而UHMWPE纤维的出现又进一步提高了软质防弹复合材料的防护性能。?与芳纶相比，UHMWPE纤维具有更高的强度、模量、比强度、比模量及声波传递速度，这几个因素均与纤维的防弹性能密切相关.?一般认为，上述几个指标越高，纤维的防弹性能越好。超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE)也称UHMWPE纤维，是继碳纤维、Kevlar纤维之后的第三代高性能纤维。1979年由荷兰DSM公司生的Dyneema(迪尼玛)纤维，是世界上第一种超高分子量聚乙烯纤维，此后各国相开发了多种超高分子量聚乙烯，如：美国联合信号公司(Allied?Signal)Spectra三井石油化的Tekmilon等。国内对UHMWPE纤维的研究开发工作，始于20世纪的80年代初期，经过几十年的研究开发，国内已经形成了多家UHMWPE纤维生产厂家。由于UHMWPE纤维具有低密度、高比模量、高比强度、良好的能量吸收性能等优点，UHMWPE纤维出现后打破了芳纶纤维在防弹材料领域的垄断地位，并有逐渐取代芳纶防弹纤维的趋势。 3．UHMWPE纤维增强复合材料的准静态力学分析? 蔡忠龙和冼杏娟对UHMWPE纤维增强复合材料的力学行为进行了一系列研究。UHMWPE纤维增强复合材料的轴向压缩性能较低，即使处理后的sK66／环氧复合材料的轴向压缩强度也只有54．4MPa(sK66是UHMWPE纤维的商品名)。试样受压缩达70％极限荷载时开始产生塑性形变，并逐渐增大，出现剪切破坏，直至试样失效，但并不断开。这类材料压缩破坏的主要机理是UHMWPE纤维受压失稳弯折界面脱粘。此外，UHMWPE纤维增强复合材料的弯曲性能也很低，如处理后的SK66／环氧复合材料的弯曲强度最高只有150MPa，约为拉伸强度的1／7。在弯矩作用下，受压部分的承载超过SK66纤维的压缩强度时，纤维失稳，从而导致分层；受拉部分由于纤维与树脂的脱粘产生分层。逐层失效，最后韧性弯曲破坏。受弯分层是这类材料主要弯曲破坏机理。冼杏娟等人进一步研冗了UHMWPE纤维增强复合材料的断裂韧性和裂缝扩展，。她们采用三点弯曲加载方式，试样单边缺口，缺口长度(a)和试样宽度(w)之比为0?3，用长焦显微镜观测拍摄变形和断裂裂缝的扩展。实验表明：LDPE基体较环氧基体有更高的断裂韧性，因而能吸收更多的能量。LDPE基体在弯曲荷载达到临界值时，裂缝顶端钝化，在裂缝附近受剪部位，纤维脱粘而发白。若采用单向UHMWPE纤维增强树脂，试样中纤维垂直于缺口方向会出现裂缝增长；采用I胁UHMWPE纤维正交编织布增强树脂，试样的缺口顶端会出现钝化，累积的塑性变形可能引起微观裂纹，成为应力集中点，导致塑性破坏。 4.制法 4.1高压固态挤出法 该方法是将一定量的超高分子量聚乙烯置于耐高压挤出装置内加热熔融,然后以每平方厘米数千公斤的压力将聚乙烯熔体从喷孔挤出，随即进行高倍拉伸。在高剪切力和拉伸张力的作用下，UHMWPE大分子链得到充分伸展，以此来获得纤维的高强度。由于在固相取向过程中难于形成贯穿于结晶间的分子链束，因而限制了