超高分子量聚乙烯纤维在防弹_防刺材料方面的应用_张艳

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1、162009年第4期殗檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱殗檱檱殗功能性纺织品及纳米技术应用檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱檱殗超高分子量聚乙烯纤维在防弹、防刺材料方面的应用1，23112张艳，周宏，杨年慈，高波，阮建明(1.湖南中泰特种装备有限责任公司，湖南临澧415211;2.中南大学材料学院，湖南长沙410083;3.总后军需装备研究所，北京100088)［摘要］介绍了超高分子量聚乙烯纤维的力学性能和在防弹、防刺材料方面的应用。重点介绍了超高分子量聚乙烯纤维在制造防弹、防刺材料方面的结构形式，以及不同结构形式对防弹、防刺性能的影响。简述了测试超高分子量聚乙烯纤维防弹、防刺材料性能的方法。［关键

2、词］超高分子量聚乙烯纤维;防弹功能;防刺功能;结构形式;试验方法［中图分类号］TQ342.61［文献标识码］A［文章编号］1003-1308(2009)04-0016-121引言超高相对分子质量聚乙烯纤维(UltraHighMolecularWeightPolyethyleneFiber，缩写为UHMWPE)又叫直链聚乙烯纤维或高强高模聚乙烯纤维(HighStrengthHighModulusPolyethyleneFiber，缩写为HSHMPE)，是一种由平均相对分子质量在100万以上的聚乙烯纺制而成的纤维，是继碳纤维和芳纶纤维之后出现的又一种高强度、高模量的高性能纤维(以下将“高性

3、能聚乙烯纤维”简称为“UHMWPE纤维”)。该纤维除了具有高强度、高模量的特点以外，还具有良好的耐化学腐蚀、比能量吸收高、电磁波透射率高、摩擦系数低、优良的耐冲击和抗切割性能，以及不吸水、与生物相容性好等特点，并且是所有高强高模纤维中相对密度最小的纤维。因此，UHMWPE纤维是制作软质防弹服、防刺衣、轻质防弹头盔、雷达防护罩、导弹罩、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、钓［1］竿、球拍以及牙托材料、医用移植物、整形缝合材料等方面的极佳材料。本文将主要介绍UHMWPE纤维的主要性能，在制作防弹、防刺材料方面的应用，包括:采

4、用UHMWPE纤维制作防弹、防刺材料的结构形式，不同结构的防弹、防刺材料的性能，防弹、防刺材料的性能分析方法等。［收稿日期］2009-11-19;［修订日期］2009-12-08《纺织科学研究》172UHMWPE纤维的主要性能［2］UHMWPE纤维，外观白色，其相对密度为0.97，是一种化学纤维中密度较小、［3］唯一能够漂浮在水面上的高性能纤维。UHMWPE纤维具有优良的力学性能，在相同质量下的抗拉强度是钢丝绳的15［4］倍，比芳纶高40%，是普通化学纤维和优质钢的10倍，仅次于特级碳纤维。表1列出了荷兰DSM公司生产的DyneemaSK66UHMWPE纤维与其它几种高性能纤维之间［5

5、］的力学性能比较。UHMWPE纤维是玻璃化转变温度低的热塑性纤维，韧性很好，可以在塑性变形过程中吸收能量，因此，它的复合材料在高应变率和低温下仍具有良好的力学性能，其抗冲击能力比碳纤维、芳纶及一般玻璃纤维复合材料还要高。UHMWPE纤维复合材料的比冲击总吸收能量分别是碳纤维、芳纶和E玻璃纤维的1.8倍、2.6倍和3.0倍，其防弹能力比芳纶装甲结构的防弹能力高2.6倍。在防弹头盔方面，防弹效果相同的UHMWPE纤维头盔的重量只有芳纶纤维头盔重量的2/3。由UHMWPE纤维制作的单向带铺层板材，在防弹性能上也明显优于由芳纶纤维或碳［1］纤维制作的板材，如表2所示。UHMWPE纤维还具有耐低

6、温、耐油、耐化学腐蚀、抗［6］紫外光、卫生无毒等一系列优点，但其也具有表面粘附性差、蠕变性高、熔点低等缺点。表1UHMWPE纤维与其它几种高性能纤维力学的性能比较DyneemaKevlar碳纤维玻璃纤维PA66(聚酰胺)项目SK662949HMLMS－2HT3相对密度(g/cm)0.971.441.451.851.782.551.14拉伸强度(GPa)3.102.672.762.303.402.000.90拉伸弹性模量(GPa)10088124390240736断裂伸长率(%)3.73.62.51.51.42.020.0522比强度(10·m/s)3.301.851.901.241.9

7、10.780.80522比模量(10·m/s)103618621013515表2三种纤维防弹材料的性能极限冲击载荷对应的极限冲击能量总能量吸收材料层数破坏形态(N)(J)(J)Spectra5735699.3114不穿透芳纶511292.714穿透高模碳纤维55922.75穿透注:Spectra为商品名，是由美国Union公司生产的超高分子量聚乙烯纤维。182009年第4期3UHMWPE纤维防弹、防刺材料的结构UHMWPE纤维在制作防弹、防刺材