超高分子量聚乙烯复合纱线的增韧及其织物防护性能研究.pdf

摘 要 UHMWPE 超高分子量聚乙烯 （ ）纤维具有较高的比强度和比模量，较低的断裂伸 长率，较高的结晶度，被广泛的应用于国防军事，航空航天等领域，是目前抗冲击领域 中应用较多的高性能纤维之一，但是由于UHMWPE 纤维表面的惰性及光滑性，使得 UHMWPE纤维束在织造过程中容易产生松散、起毛起球等现象。同时，直接将UHMWPE 织物与树脂进行复合，容易造成部分纤维树脂浸润不均匀的现象。本课题将纱线进行加 捻、包缠和热处理，同时选取聚氨酯作为涂覆材料直接在纱线层面上对UHMWPE 纤维 束进行涂覆处理，对这些纱线的力学和热学性能进行表征。最后选取力学性能优异的2 组纱线进行后续的2.5D 织造，探究加捻纱和聚氨酯涂覆纱织物在防穿刺、防切割和抗 冲击领域的性能差异。主要有以下几点发现： 1 UHMWPE （）通过改变加捻，包缠的工艺和热处理温度，对 加捻纱和包缠纱的 外观形貌、力学和热学性能等进行表征，得出了UHMWPE 纱线的最优热处理温度，通 过对不同加捻方式和捻度纱线的力学性能分析，得出了拉伸力学性能最优的加捻纱线。 3 60 90 120 60 实验选取的 种热定型温度 （ ℃， ℃， ℃）中， ℃热定型效果最佳，该温度 下，纱线有较好定捻效果，且随着捻度的变化，纱线的力学性能也保持优异。常温加捻， 250T/m UHMWPE 60.67±7.55N UHMWPE 捻度为 的 纱线的拉伸强力最佳，为 ，较 原 纤维束的强力增量为17.24%，并且包缠处理可明显提高纱线的拉伸强力。 2 DMF DMF/Toluene （）探究了 溶剂体系和 溶剂体系所制备的聚氨酯复合纱线在 微观形貌、力学性能、热学性能和界面性能等的差异，探究了聚氨酯复合纱线的线密度、 外观形貌、拉伸强力、热稳定性和界面剪切强度随着聚氨酯涂覆层中纳米ZrO2 固含量 变化的规律。发现，DMF/Toluene溶剂体系制备的涂覆纱拉伸强力和界面剪切强度高于 DMF 溶剂体系涂覆纱，且聚氨酯中纳米ZrO2 的添加对UHMWPE 纱线的力学性能、热 稳定性和界面性能均有提高作用，DMF/Toluene 溶剂体系中，UHMWPE 纤维表面涂覆 层固含量为3.23%的复合纱线拉伸强力值最大，其一次拉伸强力为162.13±8.99N，相比 于UHMWPE 原纤维束的增量为213.29%。 3 UHMWPE （）探索了 加捻纱和聚氨酯涂覆纱织造层层正交角联锁织物的上机织 造工艺，对比了加捻纱和涂覆纱织物的密度、防刺、防割和抗冲击等性能的区别，探索 这些性能随着织物纬纱层数增加的变化规律。研究发现，涂覆纱层层正交角联锁织物的 防穿刺性能、防切割性能和抗冲击最大载荷值均高于加捻纱织物。加捻纱和涂覆纱织物 的面密度、最大穿刺力、最大滑动切割距离和抗冲击最大载荷值都与织物的层数成正相 关。1层、3层与5层涂覆纱织物抗冲击最大载荷值较相同层数加捻纱织物的增量分别 为11.70%、24.55%、4.88%。 关键词：UHMWPE 纤维； 聚氨酯； 角联锁织物； 抗冲击性能 研究类型：应用基础 Abstract Ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) fibers have higher specific strength and specific modulus, lower elongation at break, and higher crystallinity. They are widely used in defense, military, aerospace and ot