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1、DOI:10.16090/j.cnki.hcxw.2002.04.007专题综述合成纤维2002年7月超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料及其防弹性能的研究进展122郑震,施楣梧,周国泰(1.上海交通大学化学化工学院200240;2.中国人民解放军总后勤部军需装备研究所,北京100010)摘要:介绍了近年来,超高分子量聚乙烯纤维增强复合材料的树脂基体及其加工工艺的研究进展以及纤维与基体的粘结性能和复合材料的力学性能;分析了该复合材料的准静态力学行为和防弹性能。关键词:超高分子量聚乙烯;复合材料;防弹材料中图分类号:TQ342.75文献标识码:A文章编号:100
2、1-7054(2002)04-0020-05超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维是80(wt)酚醛树脂后,15层芳纶热压片的防弹能力与[2]年代初由荷兰的DSM公司以十氢萘为溶剂,将40层简单叠合的芳纶的防弹能力相当。同时超高分子量聚乙烯升温形成凝胶,热拉伸后纺丝防弹材料对纤维与树脂的界面粘结强度有一个范[3]得到的高性能有机纤维。这种纤维的表面化学惰围要求:粘结强度太低,容易发生界面脱粘,冲性,对酸、碱和有机溶剂有很强的抗腐蚀性;由于击应力不能经树脂进行有效传递,难以充分发挥分子链上没有不饱和基团,其耐光、热老化性能优纤维的增强作用;若粘结强度太高,当受
3、到外界物3良。纤维的密度较低,仅为0.97gcm,但轴向比体冲击时,不仅易产生并生长微裂纹,成为应力集强度和模量都很高,且能量吸收性和耐磨损性优中点,而且不能有效地利用纤维与树脂间的分层于芳纶,断裂伸长率大于高强碳纤维,因此,UH-来吸收能量,造成纤维失稳被破坏。目前,用于MWPE纤维特别适合作为防护材料,如用于安全UHMWPE纤维增强复合体系的树脂主要有环氧缆绳、安全手套、防护服装等。九十年代初,联合树脂、乙烯基酯树脂、聚乙烯树脂等。国的法国维和部队就第一次装备了全部用UH-1树脂基体的研究进展MWPE纤维增强复合材料制成的防弹衣、防弹头盔。但是,聚乙烯
4、纤维是一种非极性材料,经过凝早在70年代,Ward等人就研究了树脂基体胶热拉伸后,分子链完全伸展,纤维内部高度取向[4]对复合材料性能的影响。结果表明:采用环氧和高度结晶,表面会在拉伸压力下产生一层弱界或聚酯基体对复合材料的力学性能影响不大;对面层(约10～100nm),这些都对复合材料中UH-于低温长时间固化和高温短时间固化,如在80℃MWPE纤维与树脂的粘附性有着负面的影响。下固化5h或50℃下固化16h,也同样可以改善复例如,未处理的UHMWPE纤维在环氧树脂基体合材料的压缩性能和冲击性能。[1]中的单纤拔出强度只有0.5MPa。1.1改性环氧树脂近
5、年来,关于UHMWPE纤维增强复合材料表1列举了经过不同处理的UHMWPE纤维的研究越来越多。一方面是对UHMWPE纤维环氧树脂复合材料的力学性能。但环氧树脂的的表面进行改性,以增强纤维与树脂的粘结强度;热膨胀系数与PE纤维相差很大,热压成型后易另一方面是对常规的热固性树脂进行改性,或开形成不良界面;而且,环氧树脂在湿热条件下,其发出新型的树脂基体。树脂基体的性质和含量,特别是与纤维形成的界面层性质,直接影响到复收稿日期:2001-12-27合材料的最终力学性质。例如,预浸10%～20%作者简介:郑震(1972～),男,上海交通大学博士研究生。—20—第3
6、1卷第4期合成纤维专题综述力学性能也会下降,不能长期使用。Andreopoulos0.3Hz到50Hz,频率越高,两者的三种转变的损等人发现在湿热条件下,UHMWPE纤维环氧复失模量都越小。原因是由于LLDPE树脂的结晶合材料的弯曲强度和层间剪切强度,都有不同程度低,分子链活动的能力更强。[5]度的下降。UHMWPE纤维增强复合材料中使用UHM-表1UHMWPE环氧树脂复合材料的力学性能WPE树脂,存在以下一些困难:断裂断裂断裂抗弯抗弯剪切①取向的UHMWPE纤维的熔融温度(Tm纤维强度模量伸长强度模量拉伸=142℃)和未取向的UHMWPE树脂的熔融温MP
7、aGPa%MPaGPaMPa未处度(Tm=138℃)相差很小。使用熔融结晶的方法390.469.076.4089.1012.2714.39理在纤维上涂布树脂,可能会损坏纤维的力学性能。压延398.233.848.2292.4411.5713.25②UHMWPE树脂是高密度PE树脂,分子放电331.135.114.5094.44134.0418.49量达到数百万,因此在模压过程中因粘度高,流动处理放电困难,难以加工。187.802.648.74———压延③未处理的UHMWPE纤维和UHMWPE铬酸处理239.995.414.0989.7110.0512.47
8、树脂的粘结性相对较差。由于知识产权保护等原因,UHMWPE纤维增由
