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随着新式兵器的杀伤力越来越大,对防弹材料的防弹性能要求也越来越高,各种防弹材料都朝着更安全、更轻质、更舒适的方向发展,混杂纤维增强树脂基防弹材料是未来新型防弹材料研究的热点。影响混杂纤维防弹复合材料防弹性能的因素较多,如高性能纤维的混杂种类、混杂比例、混杂方式,以及树脂的组合选用、成型工艺等都将对其防弹性能产生或多或少的影响。以防弹性能优异的超高分子量聚乙烯纤维为防弹基材,辅之以刚性较好的纤维如碳纤维提高防弹复材的刚性,可以制备出新一代性能优异的防弹复合材料。为研发出更加轻质、安全的防弹复合材料,本文从模拟和制备两方面入手。首先,设计出不同组分、不同铺层结构的纤维增强防弹复材,然后利用Virtual Performance Solution(VPS)对所设计防弹复材的抗侵彻特性进行模拟,在模拟分析的基础上,制备出纤维增强防弹复材并进行打靶实测,最后根据实测结果优化防弹复合材料设计。模拟结果显示,在相同的铺层结构及纤维体积分数条件下,PE层合板(UHMWPE纤维增强聚乙烯树脂)在较低的冲击速度325m/s下防弹特性优于CF层合板(CF增强环氧树脂),但在较高冲击速度525m/s、725m/s下CF层合板的防弹特性优于PE层合板。同时在较高弹体冲击速度525m/s、725m/s下,铺层角度对PE层合板、CF层合板的抗侵彻能力影响不大,在较低的冲击速度325m/s下,铺层角度对层合板的抗侵彻能力影响显著,[0/90/0/90]4铺层结构的抗侵彻能力明显优于[0/90/45/-45]4。在325m/s冲击速度下,在不同纤维体积分数下,PE层合板抗侵彻特性表现出与CF层合板相同的变化规律,即纤维体积分数为0.8时,抗侵彻特性最好。为了获取抗侵彻特性更好的纤维增强防弹复合材料,将CF单层板、PE单层板混合运用,取长补短。模拟结果显示,CF+PE层合板(CF单层板在弹击面)的抗侵彻特性最好,PE+CF层合板(PE单层板在弹击面)的抗侵彻特性最差,纯PE层合板抗侵彻特性仅次于CF+PE层合板,纯CF层合板抗侵彻特性劣于CF+PE层合板、纯PE层合板,优于PE+CF层合板。为了验证模拟分析的可靠性,制备出高性能的防弹复合材料。对[0/90/0/90]简单铺层结构、[0/90/0/90]双向芯包缠结构、[0/90/0/90]双向纯包缠结构、[0/90/0/90]铺缝结构,四种铺层结构的层合板进行打靶实测,结果显示[0/90/0/90]铺缝结构不仅阻断能力较好而且背衬凹陷深度数值波动幅度较小。[0/90/45/-45]铺层结构由于纤维长度分布不均,使其防弹特性较差。适当增加成型压力可以增强样品的防弹特性。与纯PE层合板相比,加入碳纤维层后不仅可以增加表面刚度,而且其每一射序的背衬凹陷深度都小于纯UHMWPE纤维的防弹插板,由此可见混杂进碳纤维层可以有效降低背衬凹陷深度,抗侵彻特性更加优异。采用模压法制备出CF/UHMWPE纤维增强复合防弹插板,通过对其弹道特性进行宏观及微观的详细研究,建立了一个全新的破坏模型。结果表明,防弹插板响应子弹侵彻的过程可分为五个特征比较明显的阶段,纤维的拉伸吸收了子弹的大部分能量,子弹的变形加速了其被阻断的速度。