Anvendelsen af ​​UHMWPE-fibermaterialer inden for skudsikker

Jan 19, 2024 Læg en besked

Ultra høj molekylvægt polyethylen (UHMWPE) fibre, også kendt som ultra høj modul polyethylen (UHMPE) fibre eller forlænget kæde polyethylen fibre (ECPE), er tredje generation højstyrke høj modul fibre, der dukkede op i begyndelsen af ​​1990'erne. Dens relative molekylvægt varierer fra 1 million til 6 millioner, og dens molekylære form er en lineær forlænget kædestruktur. Dens orientering er tæt på 100%, og dens styrke er den højeste blandt fibre i dag, med gode mekaniske egenskaber. Ydeevnesammenligning med andre fibre. UHMWPE-fibre har også fremragende egenskaber såsom modstand mod ultraviolet stråling, kemisk korrosion, høj specifik energiabsorption, lav dielektrisk konstant, høj elektromagnetisk bølgetransmittans, lav friktionskoefficient og fremragende slag- og skæremodstand. Derfor er UHMWPE-fiber et ideelt materiale til fremstilling af bløde skudsikre dragter, stiksikre veste, lette skudsikre hjelme, radardæksler, skudsikker panser til pengetransportører, skudsikker panser til helikoptere, kabler til skib og havgående fartøjer, lette højtryksbeholdere, strukturelle rumfart komponenter, dybhavsvind- og bølgemodstandsdygtige bure, fiskenet, racerbåde, sejlbåde, skislæder osv. På grund af UHMWPE-fibres fremragende ydeevne og enorme anvendelsespotentiale har UHMWPE-fibre og deres kompositmaterialer fået stor opmærksomhed både herhjemme og internationalt i de senere år.

Den aksiale kompressionsydelse af UHMWPE fiberforstærkede kompositmaterialer er relativt lav, og selv efter behandling er den aksiale kompressionsstyrke af sK66/epoxy kompositmaterialer kun 54,4 MPa (sK66 er handelsnavnet for UHMWPE fiber). Når prøven er komprimeret til 70 % af den ultimative belastning, begynder plastisk deformation at forekomme og øges gradvist, hvilket fører til forskydningsfejl, indtil prøven svigter, men ikke fortsætter med at åbne. Hovedmekanismen for kompressionsfejl af sådanne materialer er ustabiliteten af ​​UHMWPE-fibre under kompression og løsrivelsen af ​​bøjningsgrænsefladen. Derudover er bøjningsydelsen af ​​UHMWPE fiberforstærkede kompositmaterialer også meget lav. For eksempel er den højeste bøjningsstyrke af det behandlede SK66/epoxy-kompositmateriale kun 150 MPa, hvilket er omkring 1/7 af trækstyrken. Når den komprimerede dels bæreevne overstiger trykstyrken af ​​SK66-fibre under bøjningsmoment, bliver fibrene ustabile, hvilket fører til delaminering; Trækdelen er delamineret på grund af løsrivelse af fibre og harpiks. Fejl lag for lag, hvilket i sidste ende resulterer i duktil bøjningsfejl. Bøjningsdelaminering er den vigtigste bøjningsfejlmekanisme for denne type materiale. Xian Xingjuan og andre undersøgte yderligere brudsejheden og revneudbredelsen af ​​UHMWPE fiberforstærkede kompositmaterialer. De anvendte en trepunkts bøjningsbelastningsmetode med et enkeltsidet hak på prøven, og forholdet mellem haklængden (a) og prøvebredden (w) var 0,3. Deformationen og udbredelsen af ​​brudrevner blev observeret og fotograferet ved hjælp af et telefotomikroskop. Eksperimenter har vist, at LDPE-matrix har højere brudsejhed end epoxymatrix og derfor kan absorbere mere energi. Når bøjningsbelastningen af ​​LDPE-matrix når den kritiske værdi, bliver revnespidsen passiv, og fibrene løsnes og bliver hvide nær revnens forskydningsområde. Hvis der anvendes ensrettet UHMWPE fiberforstærket harpiks, vil der forekomme revner vinkelret på retningen af ​​hakket i prøven; Ved at bruge I-formet UHMWPE fiber ortogonalt vævet stof til at forbedre harpiksen, kan passivering forekomme i toppen af ​​hakket i prøven, og den akkumulerede plastiske deformation kan forårsage mikrorevner, blive spændingskoncentrationspunkter og føre til plastisk svigt.