高性能防弹复合材料是轻量化防弹头盔和防弹装甲的重要组成材料。目前单一纤维增强复合材料的防弹头盔及防弹装甲在防弹防护性能和耐环境稳定性能等方面存在诸多问题。本文以超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）混杂结构防弹复合材料制备及应用关键技术为研究内容,首先,以提升UHMWPE/碳纤维（CF）混杂纤维结构（UHMWPE/CF）防弹复合材料基础原料性能为目标,建立纤维表面处理工艺、模压成型工艺与复合材料界面胶粘特性的关联关系;接着,从防弹复合材料制备关键技术出发,开发UHMWPE纤维复合材料防弹头盔的最佳制备方案,揭示头盔性能提升防弹机制;之后,从防弹复合材料仿真设计及验证出发,探索混杂结构防弹装甲的弹丸侵彻过程,并进行弹道冲击实验验证。从基础理论、制备应用及仿真验证多角度提升UHMWPE混杂结构防弹复合材料的综合性能。通过设计不同表面处理实验,确定适于UHMWPE纤维复合材料制备的表面处理方案。实验结果表明:NaOH预处理不仅能够去除纤维表面杂质灰分及对苯二酚,还可改善纤维力学特性。分别使用H2O2、KMnO4和K2Cr2O7氧化组合液对纤维进行表面处理,分析结果显示,经K2Cr2O7氧化组合液处理后纤维表面产生的含氧官能团更多,氧化效果最佳。将纤维表面氧化处理时间设定为10min、20min和30min,测试结果显示,当氧化处理20min时,纤维表面含氧官能团最多。采用K2Cr2O7氧化组合液超声辅助处理后的纤维样品相比未超声样品,纤维表面极性官能团增加。纤维在K2Cr2O7混合溶液中超声处理20min后,进一步进行KH550表面偶联处理,测试结果表明,纤维表面氧含量和含氧官能团均增加,说明表面氧化/涂层多重改性处理有利于纤维后续与树脂基体有效结合。针对高性能UHMWPE纤维增强特种膜状树脂复合材料,以UHMWPE/CF混杂纤维复合材料为研究对象,改变UHMWPE纤维表面处理工艺,调整CF混杂方式,探讨其模压成型工艺参数对复合材料层间胶粘特性的影响规律。对混杂纤维复合材料进行剥离强度测试,并对其剥离面进行SEM显微分析,测试结果表明:在超声振荡辅助配合下,使用K2Cr2O7氧化组合液对UHMWPE纤维处理20min,采用KH550偶联剂进行纤维表面涂敷,可使UHMWPE纤维复合材料和UHMWPE/CF混杂纤维复合材料获得良好界面剥离强度。采用130℃模压温度、8MPa模压压强和30min模压时间对纤维和树脂进行复合成型,UHMWPE纤维复合材料和UHMWPE/CF混杂纤维复合材料剥离强度较高,由此确定了适用于UHMWPE纤维防弹复合材料和UHMWPE/CF混杂纤维防弹复合材料的最优成型工艺。以改性UHMWPE纤维单向织物为原料制备复合材料防弹头盔。基于传统UHMWPE复合材料防弹头盔成型工艺中存在的问题,研究并优化头盔盔壳成型过程中的模具设计方案、叠层压制工艺方案以及混杂结构组合设计方案,同时进行不同组合混杂结构复合材料防弹头盔的防弹性能评测和防弹机制分析。结果表明:采用整体结构头盔模具、配合一次性铺层热压成型工艺制备的单一 UHMWPE纤维增强复合材料防弹头盔,存在弹着点防弹背凸变形大、稳定性差等诸多缺陷。本文通过对组合式头盔成型模具结构进行设计优化,采用‘5-11-3’型多级铺层分次压制成型工艺方案,可有效提高UHMWPE纤维复合材料防弹头盔盔壳的弹道极限速度、比吸收能和单位厚度吸收能。此外,通过增加碳纤维复合材料刚性内衬结构,有效降低了复合材料防弹头盔内表面的背凸变形高度,该混杂结构复合材料防弹头盔的防弹综合性能良好。基于ABAQUS高速冲击软件,对混杂结构防弹装甲板的弹丸侵彻过程进行仿真模拟,研究了碳化硼陶瓷层、碳纤维复合材料层以及UHMWPE纤维复合材料层的组合设计方式对弹丸侵彻过程吸能特性的影响及变化规律。仿真及实验验证结果表明:在不同层合结构的混杂方案设计中,以UHMWPE作为外表面的层合防弹背板可获得较好弹道性能,UCUC结构层合防弹背板对子弹的抗侵彻能力最为突出。在不同的陶瓷面板/复合材料背板混杂组合结构中,最佳的吸能组合为F+C+F。考虑到装甲板生产成本及整体重量,2mm厚的陶瓷迎弹面板层综合性能最优,仿真模拟结果与弹道冲击试验吻合良好,可对防弹性能进行有效预测并指导实际生产。