改性芳纶织物冲击能量吸收机制与评价方法研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:coastllee
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芳纶纤维(Kevlar 49)柔性织物,具有高强度、高耐腐蚀、高吸能且轻质的特性,被广泛的应用于轻质柔性防护装备的制备领域。当平纹编织物受冲击作用时,织物纱线间会经历一系列复杂的相互作用,包括曲展伸长、摩擦滑移、纱线变形、纱线断裂等。在弹道侵彻高速冲击测试中,织物中纱线的相互作用与力学响应均高速瞬时地发生,这些典型的力学现象很难被完整地测定与评价。因此,针对芳纶纤维平纹编织物在冲击过程中的界面应力传递和能量吸收等力学问题,本文将高速的弹道侵彻测试模型化为准静态测试方法,以便更具体地针对织物的力学问题开展理论分析、实验测定和性能评估,并进一步发展硅基剪切增稠液改性织物以提升织物的能量吸收能力。首先,将弹道侵彻测试中平纹编织物受冲击纱线拔出现象模型化为准静态纱线拔出测试方法,来评价织物纱线间的界面摩擦力耗能水平。通过预设100、500、1000 mm/min三种纱线拔出速度和0、100、200N三种织物横向预紧力的实验方案,开展纱线拔出测试,应用数字图像相关标记点法对织物面内剪切变形进行测量。提出了线性-常数(L-C)及双线性(L-L)应力传递模型来分析单纱拔出过程中的能量吸收机制。结果表明:纱线拔出过程中受拉纱线的应变能与摩擦力耗能相比可以被忽略,且与纱线拔出速度不明显相关。另外,发现织物剪切变形刚度与织物试件横向预紧力水平成正比。其次,根据胶泥冲击坑三维离面位移场评价柔性织物冲击变形,提出以冲击坑体积及能量吸收率为评价柔性织物抗冲击性能的新指标。通过对单层平纹编织物进行非穿透、低速冲击测试,采用油性胶泥粘土记录了织物极限变形状态,应用多频投影条纹反相补偿法测量了胶泥冲击坑的三维形貌;发展了胶泥的压入测试来标定胶泥粘土的变形能与变形体积之间关系,提出了能量吸收效率新指标,有效评价了织物的抗冲击性能。最后,应用硅基剪切增稠液(STF)对Kevlar 49平纹编织物进行浸渍表面改性,形成STF-Kevlar双相复合材料以增强柔性织物的能量吸收能力,分析了 STF阻尼效应对于柔性织物纱线间摩擦性能及单层织物低速冲击性能的增强作用。配置质量分数分别为62、65、70wt.%的硅基剪切增稠液,浸渍Kevlar 49平纹编织物而形成双相复合材料。通过对STF-Kevlar双相复合材料进行纱线拔出测试,来评价其对于摩擦力耗能的增强作用。结果表明:纱线间界面摩擦力耗能有显著提升,与纱线拔出速度明显相关。低速冲击测试结果表明:剪切增稠液提升了织物的冲击能量吸收能力,而且增强了主纱与辅纱之间的应力传递效率。
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