本文關鍵詞：Kevlar三維組合結構機織物制備及其抗沖擊性能的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于地區(qū)局勢的不穩(wěn)定,恐怖襲擊事件的頻發(fā),促進了防彈衣的發(fā)展需求。近年來,高性能纖維增強三維結構機織物復合材料在抗沖擊領域的研究越來越受關注。研究發(fā)現(xiàn)經典三維結構具有不同的性能特點,而單一的三維組織結構構成的復合材料無法全方位的滿足復合材料的性能要求,多種變化、更加復雜的三維組合結構具有更好的綜合性能。本文以Kevlar三維組合結構機織物為研究對象,探究了三維組合結構機織物的制備與抗沖擊性能,旨在研究設計出更加輕柔、防彈性能更強的防彈衣。就此,本文選用芳綸纖維(簡稱Kevlar)和高強聚乙烯纖維(簡稱UHMWPE)原料,設計并在改造后的普通織機上制備完成了1組五層經典三維結構機織物和3組五層不同結構單元數(shù)量比的正交和準正交、正交和角聯(lián)鎖、準正交和角聯(lián)鎖的三維組合結構機織物;測試分析了所制機織物的厚度、平方米克重及交織阻力,同時采用彈道侵徹測試,結合織物的厚度、克重和交織阻力從纖維原料選擇、經典三維結構、結構組合方式和垂紗接結方式四個方面深入分析三維組合結構機織物的彈道侵徹破壞形貌和彈道沖擊特征,并探究了三維組合結構機織物的防彈機理,提出了三維組合機織結構的優(yōu)化設計。本文主要得到以下結論:(1)對比Kevlar和UHMWPE纖維原料,UHMWPE經典三維結構織物的抗沖擊性能要優(yōu)于Kevlar經典三維結構織物,而Kevlar三維組合織物的抗沖擊性能優(yōu)于UHMWPE三維組合織物。(2)經典五層貫穿三維機織結構中,正交結構機織物的抗沖擊性能最優(yōu),準正交結構機織物次之,角聯(lián)鎖結構最差。(3)Kevlar三維組合結構的單元結構數(shù)量與織物的抗沖擊性能不存在線性關系,正交和準正交結構的組合表現(xiàn)出最佳的抗沖擊性能且對單一典型三維結構的抗沖擊性能有較大改善,而正交和角聯(lián)鎖結構的組合,準正交和角聯(lián)鎖結構的組合對單一經典三維結構的抗沖擊性能改善并不大。所有組合結構中,1層正交結構單元和4層準正交結構單元的組合表現(xiàn)出最佳的抗沖擊性能。(4)將垂紗貫穿性接結方式改變?yōu)槠郊y接結,對正交結構的抗沖擊性能影響不大,而準正交結構機織物的抗沖擊性能得到較大改善。(5)彈道侵徹三維組合結構機織物的沖擊破壞形貌:抗沖擊正面沖擊點附近區(qū)域微微下凹,侵徹區(qū)域為圓形的空洞,彈孔表面和內部有斷面整齊或呈犬牙狀粗糙的纖維。而抗沖擊背面沖擊點附近區(qū)域微微隆起,變形區(qū)域近似菱形或圓形,沖擊點經、緯方向上的紗線受抽拉明顯,彈孔處有明顯受抽拉而出的紗線和斷裂纖維。(6)彈體侵徹三維組合結構機織物的能量吸收形式:三維組合結構機織物對彈體動能的吸收主要表現(xiàn)為纖維沖塞剪切和紗線拉伸抽拔兩個過程。彈體在沖擊前期,由動能轉變的應力波要大于纖維斷裂功,織物抗沖擊正面表現(xiàn)出明顯的沖塞破壞,纖維受彈體剪切斷裂。在彈體沖擊后期,彈體動能轉變成應力波沿接觸紗線向經、緯方向傳播,同時又有接觸紗線向相互交織的紗線傳播,形成一個應力面。(7)三維組合機織結構的優(yōu)化設計:三維組合結構機織物沖擊面的紗線結構可選擇正交結構,以應對沖塞剪切效應;沖擊背面的紗線結構可選擇準正交結構,以應對拉伸抽拔效應;垂紗接結方式可采用分層接結,保持沖擊面紗線的挺直狀態(tài),加大沖擊背面紗線的交織緊密情況,擴大應力波的傳波面。
【關鍵詞】：三維組合結構 三維立體織造 芳綸包纏工藝 抗沖擊性能 防彈機理
【學位授予單位】：浙江理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TS101.923
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-12
• 第一章 緒論12-18
• 1.1 課題研究目的與意義12
• 1.2 三維組合結構機織物的國內外研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 Kevlar纖維的概述及其應用現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 三維結構機織物結構設計的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 三維結構機織物生產技術的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.4 三維結構機織物抗沖擊性能的研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 課題研究的主要內容17-18
• 第二章 三維結構機織物的結構設計18-25
• 2.1 基本術語18-19
• 2.2 三維組合機織結構的設計要求19-20
• 2.2.1 力學性能要求19
• 2.2.2 可織造性要求19-20
• 2.3 三維組合結構機織物的結構設計20-24
• 2.3.1 經典三維結構特征20-21
• 2.3.2 正交/準正交三維組合結構設計21-22
• 2.3.3 正交/角聯(lián)鎖三維組合結構設計22
• 2.3.4 準正交/角連鎖三維組合結構設計22-23
• 2.3.5 平紋垂紗三維結構設計23-24
• 2.4 本章小結24-25
• 第三章 三維組合結構機織物的制備工藝25-53
• 3.1 包纏線的制備25-30
• 3.1.1 實驗儀器與原料25-26
• 3.1.2 紗線包纏工藝26-27
• 3.1.3 包纏線基本性能測試27-30
• 3.2 三維組合結構機織物的制備30-44
• 3.2.1 實驗儀器與原料30
• 3.2.2 三維立體織造工藝30-39
• 3.2.3 織物基本性能測試39-44
• 3.3 三維組合結構機織物的結構特征分析44-51
• 3.3.1 織物表面特征分析44-47
• 3.3.2 織物截面特征分析47-51
• 3.4 本章小結51-53
• 第四章 三維組合結構機織物的抗沖擊性能53-63
• 4.1 實驗儀器與原料53-54
• 4.2 彈道侵徹測試實驗54-57
• 4.2.1 彈道侵徹測試系統(tǒng)54-56
• 4.2.2 彈道傾徹評價指標56-57
• 4.3 原料選擇對三維結構機織物抗沖擊性能的影響57-58
• 4.4 經典三維結構機織物的抗沖擊性能58-59
• 4.5 結構組合方式對三維結構機織物抗沖擊性能的影響59-61
• 4.6 垂紗接結方式對三維結構機織物抗沖擊性能的影響61-62
• 4.7 本章小結62-63
• 第五章 三維組合結構機織物的防彈機理63-72
• 5.1 三維組合結構機織物的破壞形貌分析63-69
• 5.1.1 經典三維結構機織物的破壞形貌63-65
• 5.1.2 三維組合結構機織物的破壞形貌65-68
• 5.1.3 平紋垂紗三維結構機織物的破壞形貌68-69
• 5.2 纖維的防彈機理分析69
• 5.3 三維組合機織結構的防彈機理分析69-70
• 5.3.1 沖塞剪切過程69
• 5.3.2 拉伸抽拔過程69-70
• 5.4 三維組合機織結構的優(yōu)化設計70
• 5.5 本章小結70-72
• 第六章 總結與展望72-75
• 6.1 課題總結72-74
• 6.2 課題展望74-75
• 參考文獻75-79
• 攻讀學位期間的研究成果79-80
• 致謝80

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本文編號：340048