观察ℱ领域内不简单的复合材料

本文摘要：（由ai生成）中国防弹装备占全球市场优势，防弹材料技术不断创新。凯夫拉、超高分子量聚乙烯纤维、液体防弹材料、碳纳米管及石墨烯等高性能材料在防弹领域应用广泛，提升防护性能与舒适度。中国在高性能纤维研发上取得突破，成为国际领先者之一。威武！威武！威武！据央视财经报道，目前中国制造的防弹衣占据了全球防弹衣市场的70%防弹头盔也在国际市场上站稳了脚跟！这就是传说中的国产QGF03头盔，它的抗弹率达到了100%！国之骄傲啊！既然提到防弹装备，那今天橡橡就跟大家聊一聊防弹材料。凯夫拉(Kevlar)70年代初，一种具有超高强度、超高模量、耐高温的合成纤维——凯夫拉(Kevlar)由美国杜邦(DuPont)公司研制成功，并很快在防弹领域得到了应用。这种高性能纤维的出现使柔软的纺织物防弹衣性能大为提高，同时也在很大程度上改善了防弹衣的舒适性。美军率先使用Kevlar制作防弹衣，并研制了轻重两种型号。新防弹衣以Kevlar纤维织物为主体材料，以防弹尼龙布作封套。其中轻型防弹衣由6层Kevlar织物构成，中号重量为3.83千克。相比尼龙和玻璃纤维防弹衣，重量减轻50%；在单位面积质量相同的情况下，其防护力至少可增加1倍，并且具有很好的柔韧性。“Kevlar”（凯夫拉）是商标名，实际材质为聚对苯二甲酰对苯二胺，它是属于一种液态结晶性棒状分子。这种液态结晶性棒状分子结构，可以在浓溶液中形成高度有序的相畴，在纺丝定向拉伸时，相畴沿着剪切方向形成几乎完美的分子取向，而赋予凯夫拉纤维极高的强度和模量。 超高分子量聚乙烯纤维UHMWPE超高分子量聚乙烯纤维（UHMWPE）是由相对分子质量在100万到500万的聚乙烯纺成的纤维，是目前世界上强度最高与比重最轻的纤维，其强度比钢丝高15倍，但是很轻，最多可比芳纶等材料轻40%。在国防军需装备方面，由于该纤维的耐冲击性能好，比能量吸收大，在军事上可以制成防护衣料、头盔、防弹材料，如直升飞机、坦克和舰船的装甲防护板、雷达的防护外壳罩、导弹罩、防弹衣、防刺衣、盾牌、降落伞等，其中以防弹衣的应用最为引人注目。它具有轻柔的优点，现已成为占领美国防弹背心市场的主要纤维。另外超高分子量聚乙烯纤维复合材料的比弹击载荷值U/p是钢的10倍，是玻璃纤维和芳纶的2倍多。国外用该纤维增强的树脂复合材料制成的防弹、防暴头盔已成为钢盔和芳纶增强的复合材料头盔的替代品。中国超高分子量聚乙烯纤维概况：中国是个化纤大国，2007年化纤产量占世界的54%，有着较为坚实的工业基础，但在高性能纤维发展方面较为滞后。自1985年中国开始超高分子量聚乙烯纤维的研究，东华大学（原中国纺织大学）、盐城超强高分子材料工程技术研究所先后加入研发行列，并取得了一系列重大理论突破，1999年突破关键性生产技术。成为继荷兰、日本、美国之后，第四个掌握这种纤维生产及应用技术的国家。发展趋势：从绳索、系缆和绳网，到生命防护应用、高性能纺织品、复合材料、层压材料，应用范围极其广泛。未来5年和10年内世界UHMWPE的年需求量将分别在6万吨和10万吨。液体防弹材料液体防弹材料(TBS)的主要成分是一种特制“剪切增稠液体(STF)”，这种液体一般由分散粒子SiO2和有机物分散介质乙烯基乙醇、聚乙二醇、局丙二醇或者矿物油等一种或几种的混合物组成。“剪切增稠液”中自由悬浮着粒子，当液体因为剧烈冲击而被搅乱时，其中的特殊粒子相互碰撞，形成了对这种搅动的抵抗力。当搅动力足够大时，这些粒子其实就已被相互“锁定”。当子弹高速撞击这种材料时，“剪切增稠液”防弹衣就会吸引撞击能量，并迅速变得极其坚硬，从而吸收子弹的冲击能量。碳纳米管碳纳米管是迄今为止发现的力学性能最好的材料之一，有着极高的拉伸强度和断裂伸长率。其密度只有钢铁的六分之一到四分之一，单位质量上的拉伸强度，却是钢铁的276倍，弹性模量参数，碳纳米管比凯夫拉强2.4倍，综合性能远远超过目前人类发现和制造的其他任何材料。防弹效果上主要是体现在弹性模量上，也就是说碳纳米管纤维盔具或防弹衣比凯夫拉的抗击强度最起码高2.4倍。据R&D杂志2013年11月5日报道，Garrison Bespoke公司推出了首套时尚防弹西装。此防弹衣是由纳米技术制得的碳纳米管构成，最初是为在伊拉克的美军第19部队特种兵而设计开发的，专利材料更薄、更柔软，重量只有传统防弹衣使用的凯夫拉的一半，而且还可以防刺伤，通过碳纳米管硬化影响防止刀具穿透。石墨烯作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。研究石墨烯防弹衣的科学家表示，石墨烯制成的防弹衣拥有2倍于现有防弹衣技术（凯夫拉）的防护能力。虽然目前石墨烯依然不能单独制成强有力的材料，但是能多层复合到结构材料中，这样就能制止其受弹击后向外碎裂的过程。石墨烯防弹材料可广泛应用于武装直升机防护装甲、防弹衣、轻型防护装甲、防爆装备等军工产品中，在民用防弹材料市场及军用防弹材料市场均具有广阔的市场前景。压缩玻璃碳压缩玻璃碳是一种新型碳材料，具备石墨和金刚石的成键特征，是一种由sp2和sp3组成的混合杂化物，具有奇异的性能，密度和导电性与石墨相近。其压缩强度明显高于金属和陶瓷材料，比强度是碳纤维、聚晶金刚石、碳化硅和碳化硼陶瓷的2倍以上。其硬度与宝石相当，可刻划碳化硅单晶。其局部变形的压入弹性恢复率在70%以上，明显高于金属和陶瓷材料，甚至高于形状记忆合金和有机橡胶。压缩玻璃碳集轻质、超强、高硬、高弹和良好导电性于一身，具有优异的综合性能和许多潜在应用，如军用装甲和航空航天等领域。人造蜘蛛丝蜘蛛丝的弹性和柔韧性都很好，耐冲击性强，耐低温性能好，在-40℃的条件下仍能保持其弹性，是制作防弹衣的立项材料。而且，蜘蛛丝是由蛋白质组成，因而是生物可降解的，不会对环境造成污染。遗憾的是，经过漫长的探索，到现在仍无法大量生产人造蜘蛛丝，且人造蜘蛛丝的强度只能达到天然蜘蛛丝的1/3，还无法达到防弹纤维的要求。但由于蛛丝这种蛋白纤维具有合成纤维一些不具备的优点，因此美国军方组织仍然在投入经费持续这种材料的开发。八目鳗粘液八目鳗的防御性粘液主要包括两个组成部分，线状蛋白和黏蛋白。线状蛋白的长度为15厘米，在与海水混合后会膨胀，产生大量透明黏液，其中包含着大量非常薄但具有极强韧性和伸缩性的纤维。现在，美国海军的一组科学家和工程师团队已经找到了一种方法来合成八目鳗粘液，旨在为军队提供一种有价值的新材料，有望能击退鲨鱼或提供弹道防护。总体来说，防弹材料的开发在朝着舒适轻量、全方位防护和仿生化的方向快速发展。新材料的不断出现，为防弹材料的开发提供了越来越多的可能，不同的新材料，也总有最适合的应用形式和场所。但是，小编衷心地希望，这世界上的战争越来越少，防弹衣不是用来抵挡同类的伤害，而是在将来的某一天，抵御来自地球外生物的入侵和攻击。文章来源：AsiaSolution讯塑科技特别声明:公 众号部分文章和图片来源于网络，发布的目的在于传递更多信息及分享，并不代表本公 众号赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。版权归原作者所有，任何组织或个人对文章版权或内容的准确性存在疑议，请第一时间联系我们，我们会及时修改或删除。广告免责声明:为了公 众号稳定发展，本公众 号会不定时承接行业广告、产品推广、会议培训推广等广告展示方式有文章前/中/后以图片形式展示、软文展示、产品链接展示等。本公 众号只提供发布平台，对广告内容的真实性或有效性不做评价，请自行判别。所有广告内容及相关事项与本公 众号无关，特此声明。来源：碳纤维生产技术