【摘 要】
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防刺服能够保护人体免受锐器的穿刺威胁,不仅要具备出色的防刺性能,还应满足人们对舒适性和灵活性的需求。柔性防刺服的研发切合人民需求,是目前的研究热点,也是防刺产品的未来发展趋势。高性能纤维织物/树脂柔性复合材料具有轻质高强、舒适柔软、可设计性强、易规模化生产等优势,是柔性防护服制备原料的绝佳选择。针织物独特的线圈结构能够“锁紧”刀具阻止刺入,在防御刀具刺伤方面具有特殊优势。向针织物中衬入平行伸直的高
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防刺服能够保护人体免受锐器的穿刺威胁,不仅要具备出色的防刺性能,还应满足人们对舒适性和灵活性的需求。柔性防刺服的研发切合人民需求,是目前的研究热点,也是防刺产品的未来发展趋势。高性能纤维织物/树脂柔性复合材料具有轻质高强、舒适柔软、可设计性强、易规模化生产等优势,是柔性防护服制备原料的绝佳选择。针织物独特的线圈结构能够“锁紧”刀具阻止刺入,在防御刀具刺伤方面具有特殊优势。向针织物中衬入平行伸直的高性能长丝纱,能进一步提高机械性能。沙林树脂柔韧性好、耐冲击性强、撕裂强度高、耐针孔性优异、热粘结性能出色。本文以纬编衬纬织物为增强体,沙林树脂为基体,通过热压方式实现两者的紧密复合,制备纬编衬纬织物/沙林树脂柔性复合材料。首先,本论文通过控制衬纬纱、地组织、纱线捻度等单一变量,在电脑横机上制备了一系列纬编衬纬织物,并研究了这些变量对织物准静态防刺性能的影响。试验结果表明,当无捻AF-1作地纱、无捻AF-2作衬纬纱、1+1双罗纹组织作地组织时,纬编衬纬织物具有最佳的准静态防刺性能。当刀具穿刺角度为90°时,单层织物表现出最好的防御刀具刺伤能力。此外,还讨论了多层织物的叠层方式和刀具穿刺角度对多层织物系统性能的影响。研究发现,叠层方式3可以赋予多层织物系统相对更高、更均衡的多向防护性能,最适合应用于防刺产品制备。其次,本论文通过改变预混料中树脂薄膜的叠放层数,制备具有不同树脂含量的复合材料。发现热压复合通过增强载荷扩散、约束纱线移动等方式显著地提高了试样的防刺性能。树脂含量为55%的复合材料具有最出色的防刺性能:比峰值载荷比织物提高了1倍,比能量吸收比织物提高了1.6倍。热压温度、热压压力和保压时间通过提高树脂在织物中的渗透程度,进而提高防刺效果。但是,过高的热压温度、热压压力和保压时间反而会对复合材料的防刺性能产生负面影响。在预混料叠层顺序为3M1F3M、热压温度为150℃、热压压力为9MPa、预热时间为3min和保压时间为20min的热压工艺下,复合材料防刺性能最出色。最后,本论文通过叠层和共固化两种方式,以沙林树脂薄膜、纬编衬纬织物和单层纬编衬纬织物/沙林树脂复合材料为原料,进行不同的组合设计,研究了叠层数量、制备方式和叠层顺序对多层系统防刺性能的影响。实验结果表明,多层柔性复合材料系统在准静态防刺性能测试中的峰值载荷、能量吸收与叠层数量之间存在线性关系。面密度相近时,共固化复合材料防刺性能最好,但是共固化方式所能制备的复合材料厚度受限;单层复合材料叠加形成的多层系统防刺性能次之,薄膜和织物叠加形成的多层系统防刺性能最差。织物/复材叠层多层系统中,4C2F和1F4C1F的叠层顺序能赋予多层系统更优异的准静态穿刺载荷防护能力。此外,本论文通过分析穿刺载荷-刺入深度曲线和试样穿刺破坏区域的微观形态,研究纬编衬纬织物及其复合材料的破坏机理。发现复合材料的破坏区域远小于织物。纬编衬纬织物及其复合材料都能通过纱线的剪切和拉伸断裂、摩擦和变形耗散穿刺能量。此外,复合材料还具备长丝的受压劈裂、织物/基体脱粘和基体分层等耗散能量的途径。
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