【摘 要】
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随着军事科技的飞速发展,尤其矛与盾之间的博弈对防护材料提出了更高的要求。防护材料的发展经历了硬质金属材料、软质材料以及高性能复合非金属材料3个阶段。柔性防护材料是以高强高性能纤维织物作为基材,在此基础上与其他材料以各种形式复合成为新型的防刺材料。为了满足各类不同的防护需求,研究人员在防刺材料开发过程中使用了不同的织物结构,由于织物采用了不同的结构,制成的防刺产品拥有不同的成型性能、力学性能以及防护
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随着军事科技的飞速发展,尤其矛与盾之间的博弈对防护材料提出了更高的要求。防护材料的发展经历了硬质金属材料、软质材料以及高性能复合非金属材料3个阶段。柔性防护材料是以高强高性能纤维织物作为基材,在此基础上与其他材料以各种形式复合成为新型的防刺材料。为了满足各类不同的防护需求,研究人员在防刺材料开发过程中使用了不同的织物结构,由于织物采用了不同的结构,制成的防刺产品拥有不同的成型性能、力学性能以及防护性能等。然而,防护材料很难满足某些关键部位,如肘部、腿部、膝盖、肩关节以及颈部等易暴露的部分,难以得到很好的保护,主要是因为传统的防护材料还需要与多层高性能纤维织物复合,导致材料质量重且不灵便、不易折叠的特性,使某些需经常活动的部分难以受到保护。与STF体系复合的材料常选用高强纤维织物,用于制备传统防护材料的纤维都能在柔性防护中作为基体使用。本文探讨了铝弹弹速和亚克力管侧壁开槽情况对剪切增稠液(Shear Thickening Fluid,简称:STF)增稠特性的影响以及钢弹弹速、Kevlar织物浸渍情况和Kevlar织布铺层层数对凯夫拉(Kevlar)纤维织物靶防护性能的影响,一方面在亚克力管刚性约束下对STF进行冲击加载,另一方面利用一级轻气炮对凯夫拉纤维织物靶板进行冲击加载,采用高速摄像机捕捉STF流动行为以及利用DIC技术分析Kevlar纤维织物形态的变化规律,利用示波器采集STF试样中撞击端以及Kevlar纤维织物撞击表面上PVDF的电压信号,从而得到STF试样以及Kevlar纤维织物的形变情况与应力变化,进而获得冲击条件下STF的粘度时程曲线和Kevlar纤维织物的形态与应力时程曲线,同时验证数值模拟的有效性。实验结果表明:在亚克力管侧壁未开槽的约束条件下随着铝弹速度的提高,STF所受到的应力随之波动升高,然而应变从由小变大转变为由大变小,当铝弹的速度为12.53m/s时,对应的动力粘度与运动粘度达到最大,同理入射杆的位移、速度和加速度以及STF的应变、应变率和剪切应变率均为最大值;在亚克力管侧壁开槽的约束条件下当铝弹的速度为11.52m/s时,对应的动力粘度与运动粘度达到峰值,同理撞击入射杆的位移、速度与加速度以及STF在槽口处的溢出位移、溢出速度与剪切应变率均为最大值,因此随着铝弹速度的提升STF具有明显的增稠效应。对于凯夫拉纤维织物靶的防护性能,将纯Kevlar纤维织物作为靶板,当Kevlar织布铺层为4层时,随着钢弹速度的提高,纯Kevlar纤维织物所受到的应力随之迅速升高而后缓慢下降,而织物在轴向与径向上的形变则一直增加,当钢弹速度依次提升时,对应的Kevlar织物靶均穿透,当4层浸渍Kevlar纤维织物作为靶板,其中弹速为124m/s时未穿透,其余穿透后的剩余速度明显降低,而且与纯Kevlar纤维织物相比形变在轴向上增加较小而在径向上增加较大,因此浸渍Kevlar纤维织物的防护性能提升的很明显,有效验证了浸渍情况下Kevlar纤维织物抗冲击性能的提升是由于STF分散体系内部粒子从有序的排列结构转变成无序的排列结构,破坏了原来体系的平衡状态,促使粒子瞬间相互聚集形成“粒子簇”,从而提升了STF中Kevlar纤维的强度。
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