一種抗沖擊復(fù)合材料織物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于防護材料領(lǐng)域，涉及一種抗沖擊復(fù)合材料織物，特別涉及一種防止纖維滑移和開裂的混雜復(fù)合材料織物，可應(yīng)用于抗沖擊材料的芯層以及金屬和非金屬材料的連接部件。
【背景技術(shù)】
[0002]高性能纖維抗沖擊織物的抗沖擊機理主要是:纖維受沖擊時，會把沖擊波能量快速擴散開、纖維斷裂時需吸收斷裂能、板材整體彎曲變形及其層間滑移等過程中都要吸收沖擊物的能量，這些機制共同將沖擊物(如彈頭、破片等高速運動的物體)的動能消耗殆盡，從而達到抗沖擊的目的。但是纖維與纖維交織處由樹脂粘結(jié)在一起，受沖擊物沖擊時極易發(fā)生滑移和松動，導(dǎo)致裂紋快速擴展，沖擊波能量擴散受阻，導(dǎo)致高性能纖維不能充分發(fā)揮自身的優(yōu)點。目前，復(fù)合材料抗沖擊編織物主要存在如下問題:1、與金屬部件連接的部位比較薄弱，且導(dǎo)熱性差；2、纖維之間極易發(fā)生滑移和松動，沒有充分發(fā)揮高性能纖維斷裂時能夠吸收大量能量的優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，特別是針對現(xiàn)有抗沖擊織物導(dǎo)熱差、不耐高溫、連接部位薄弱的缺點，提供一種可有效防止纖維之間的滑移和裂紋的快速擴展、避免織物受沖擊后網(wǎng)孔的脹大和變形、導(dǎo)熱好、耐高溫的抗沖擊復(fù)合材料織物。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種抗沖擊復(fù)合材料織物，所述抗沖擊復(fù)合材料織物是由鋼絲網(wǎng)骨架和捆綁于所述鋼絲網(wǎng)骨架上的柔性纖維束構(gòu)成。
[0005]上述的抗沖擊復(fù)合材料織物中，優(yōu)選的，所述柔性纖維束為高性能柔性纖維束，所述高性能柔性纖維束的拉伸強度彡2000MPa，斷裂韌性彡1500mN/tex，斷裂伸長率彡3%。
[0006]上述的抗沖擊復(fù)合材料織物中，更優(yōu)選的，所述高性能柔性纖維束的拉伸強度為2500MPa?3000MPa，斷裂韌性為1500mN/tex?2500mN/tex，斷裂伸長率為3%?5%。
[0007]上述的抗沖擊復(fù)合材料織物中，優(yōu)選的，所述柔性纖維束包括尼龍纖維、芳綸纖維和超高分子量聚乙烯(UHMffPE)纖維中的一種或多種。
[0008]上述的抗沖擊復(fù)合材料織物中，優(yōu)選的，所述柔性纖維束是以纏繞打結(jié)的方式捆綁于所述鋼絲網(wǎng)骨架上。
[0009]上述的抗沖擊復(fù)合材料織物中，優(yōu)選的，所述柔性纖維束在所述鋼絲網(wǎng)骨架的網(wǎng)孔單元內(nèi)呈“N”型編織構(gòu)形。
[0010]上述的抗沖擊復(fù)合材料織物中，優(yōu)選的，所述鋼絲網(wǎng)骨架是由合金鋼纖維編織而成；所述合金鋼纖維的彈性模量為200GPa?210GPa，抗剪切強度為450MPa?600MPa，耐熱性為 800 °C~ 1000Co
[0011 ] 上述的抗沖擊復(fù)合材料織物中，優(yōu)選的，所述合金鋼纖維為不銹鋼纖維。
[0012]上述的抗沖擊復(fù)合材料織物中，優(yōu)選的，所述鋼絲網(wǎng)骨架的織造紋理包括平紋、斜紋或緞紋。
[0013]本發(fā)明中，所有的范圍均包括端點值。
[0014]本發(fā)明的原理如下:
傳統(tǒng)抗沖擊織物(如傳統(tǒng)抗沖擊芳綸織物)在受到?jīng)_擊時，破壞形式主要表現(xiàn)為纖維的斷裂和織物網(wǎng)孔的變形、脹大，如圖1所示。纖維的斷裂可以吸收大量的能量，這對抗沖擊性能是有利的，但是織物網(wǎng)孔的變形和脹大則使織物迅速失去抗沖擊性，從而使沖擊物輕易地穿過織物?？椢飪?nèi)部單元的受力示意圖如圖2所示，單個網(wǎng)孔單元(即網(wǎng)格單元)受到向四周擠壓的力F，由于織物的模量和抗剪切強度較低，其中的纖維很容易發(fā)生變形和滑移(例如圖2中的A交織點)，不能充分發(fā)揮纖維的優(yōu)勢；同時，當其中一個網(wǎng)孔單元破壞時，會發(fā)生“抽絲”現(xiàn)象，整個織物的抗沖擊性迅速下降，最終發(fā)生較大變形進而失效。
[0015]為了提高織物的抗變形能力，本發(fā)明提供的混雜復(fù)合材料織物采用模量高、抗剪強度高、導(dǎo)熱性好的不銹鋼纖維編織物或其它合金鋼纖維編織物為骨架，如圖3和圖4所示。當單個網(wǎng)孔單元受到向四周擠壓的力F時，由于織物的模量和抗剪切強度較高，其中的纖維不容易發(fā)生變形，會把沖擊波能量快速擴散開，同時不銹鋼或其它合金鋼的高導(dǎo)熱性可以使沖擊產(chǎn)生的熱量快速擴散，避免了局部溫度升高。
[0016]但是，在較大的擠壓力F作用下，纖維交織處仍然會發(fā)生滑移，從而使網(wǎng)孔脹大，失去抗沖擊性；并且當其中一個網(wǎng)孔單元破壞時，仍然會發(fā)生“抽絲”現(xiàn)象，整個織物的抗沖擊性也會迅速下降。因此，本發(fā)明考慮將不銹鋼纖維交織處用高性能柔性纖維束進行打結(jié)捆綁，使纖維之間不再發(fā)生滑移和開裂(例如捆綁結(jié)點3無滑移)，這樣每個網(wǎng)孔單元也成為了獨立的單元，當其中一個網(wǎng)孔單元破壞時，其它單元不受影響，這也是本發(fā)明的復(fù)合材料織物具有優(yōu)越抗沖擊性能的根本原因。
[0017]高性能柔性纖維束在鋼絲網(wǎng)上的連續(xù)纏繞編織方式，不僅能夠進一步提高抗沖擊織物的強度和抗沖擊性，還可以使織物的織造實現(xiàn)機械化操作，從而實現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)。本發(fā)明提供的一種“N”型編織方式如圖4所示，獨立網(wǎng)孔單元內(nèi)的高性能柔性纖維束不僅可以大大提高網(wǎng)孔的抗擠壓能力，同時可以使四邊形的獨立單元進一步分割成為獨立穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)單元，大大提高了織物的穩(wěn)定性，從而起到很好的抗沖擊效果。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明在合金鋼纖維骨架的交織處采用高性能柔性纖維束進行纏繞打結(jié)捆綁，使鋼絲網(wǎng)的每個網(wǎng)孔成為穩(wěn)定的獨立單元，可有效地防止纖維之間的滑移和裂紋的快速擴展，避免織物受子彈沖擊后網(wǎng)孔的脹大和變形。
[0019]2、本發(fā)明的抗沖擊復(fù)合材料織物采用合金鋼纖維編織成骨架結(jié)構(gòu)，具有導(dǎo)熱好、耐高溫的效果。
[0020]3、本發(fā)明的抗沖擊復(fù)合材料織物可以用于制備曲面及其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)的部件，也可以直接打孔與其他部件進行連接。
【附圖說明】
[0021 ] 圖1為傳統(tǒng)織物受沖擊時的破壞形式示意圖。
[0022]圖2為傳統(tǒng)織物受沖擊時的受力示意圖。
[0023]圖3為本發(fā)明實施例的抗沖擊復(fù)合材料織物的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明實施例的抗沖擊復(fù)合材料織物的網(wǎng)孔單元受力示意圖。
[0025]圖5是本發(fā)明實施例的抗沖擊復(fù)合材料織物應(yīng)用于抗沖擊板的一種具體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖例說明:
1、鋼絲網(wǎng)骨架；2、高性能柔性纖維束；3、捆綁結(jié)點；4、“N”型編織單元；5、抗沖擊復(fù)合材料織物層；6、表面保護層；7、耐沖擊樹脂層。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合說明書附圖和具體優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作進一步描述，但并不因此而限制本發(fā)明的保護范圍。
[0028]以下實施例中所采用的材料和儀器均為市售。
[0029]實施例:
一種本發(fā)明的抗沖擊復(fù)合材料織物，如圖3所示，該抗沖擊復(fù)合材料織物是由鋼絲網(wǎng)骨架I和捆綁于鋼絲網(wǎng)骨架I上的高性能柔性纖維束2構(gòu)成。
[0030]本實施例中，高性能柔性纖維束2為“Kevlar-29”芳綸纖維，拉伸強度為2800MPa，斷裂韌性為2030mN/tex，斷裂伸長率為3.8%。
[0031]本實施例中，高性能柔性纖維束2是以纏繞打結(jié)的方式捆綁于鋼絲網(wǎng)骨架I上，在鋼絲網(wǎng)骨架I上形成若干捆綁結(jié)點3，在鋼絲網(wǎng)骨架I的各網(wǎng)孔單元內(nèi)形成“N”型編織單元4。如圖3所示，高性能柔性纖維束2在鋼絲網(wǎng)骨架I內(nèi)采用“N”型連續(xù)編織，纖維束的“N”型結(jié)構(gòu)有兩種，一種是豎“N”，一種是橫“N”，是由織造的方式來決定，兩種結(jié)構(gòu)交替編織。
[0032]本實施例中，鋼絲網(wǎng)骨架I是由不銹鋼纖維編織而成；不銹鋼纖維的彈性模量為207GPa、抗剪切強度為600MPa、耐熱性為1000°C。
[0033]本實施例中，鋼絲網(wǎng)骨架I的織造紋理為平紋織造。
[0034]本發(fā)明的抗沖擊復(fù)合材料織物與傳統(tǒng)純芳綸織物相比，最大破壞變形量可減小30%，更加有效地保護人身安全，破壞時吸收的能量可增加140%，可在600°C溫度下長期使用，耐熱性可提高150%左右，具有更加優(yōu)越的防護效果。
[0035]將本發(fā)明的抗沖擊復(fù)合材料織物可應(yīng)用于抗沖擊板中，作為抗沖擊板的芯層，如圖5所示，該抗沖擊板由上至下依次包括表面保護層6 (如剛性受彈層)、周期性交替排列的抗沖擊復(fù)合材料織物層5/耐沖擊樹脂層7 (共6個周期)、耐沖擊樹脂層7 (即第七層耐沖擊樹脂層)和表面保護層6。
[0036]本發(fā)明的抗沖擊復(fù)合材料織物還可以廣泛應(yīng)用于抗沖擊插板、抗沖擊裝甲板、抗沖擊頭盔或抗沖擊盾牌等眾多抗沖擊材料中，發(fā)揮優(yōu)異的抗沖擊性能。
[0037]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)該指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下的改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種抗沖擊復(fù)合材料織物，其特征在于，所述抗沖擊復(fù)合材料織物是由鋼絲網(wǎng)骨架和捆綁于所述鋼絲網(wǎng)骨架上的柔性纖維束構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗沖擊復(fù)合材料織物，其特征在于，所述柔性纖維束為高性能柔性纖維束，所述高性能柔性纖維束的拉伸強度多2000MPa，斷裂韌性多1500mN/tex,斷裂伸長率彡3%。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗沖擊復(fù)合材料織物，其特征在于，所述高性能柔性纖維束的拉伸強度為2500MPa?3000MPa，斷裂韌性為1500mN/tex?2500mN/tex，斷裂伸長率為3% ?5% ο4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的抗沖擊復(fù)合材料織物，其特征在于，所述柔性纖維束包括尼龍纖維、芳綸纖維和超高分子量聚乙烯纖維中的一種或多種。5.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的抗沖擊復(fù)合材料織物，其特征在于，所述柔性纖維束是以纏繞打結(jié)的方式捆綁于所述鋼絲網(wǎng)骨架上。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗沖擊復(fù)合材料織物，其特征在于，所述柔性纖維束在所述鋼絲網(wǎng)骨架的網(wǎng)孔單元內(nèi)呈“N”型編織構(gòu)形。7.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項所述的抗沖擊復(fù)合材料織物，其特征在于，所述鋼絲網(wǎng)骨架是由合金鋼纖維編織而成；所述合金鋼纖維的彈性模量為200GPa?210GPa，抗剪切強度為 450MPa ?600MPa，耐熱性為 800°C ?1000°C。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抗沖擊復(fù)合材料織物，其特征在于，所述合金鋼纖維為不銹鋼纖維。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的抗沖擊復(fù)合材料織物，其特征在于，所述鋼絲網(wǎng)骨架的織造紋理包括平紋、斜紋或緞紋。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抗沖擊復(fù)合材料織物，該抗沖擊復(fù)合材料織物是由鋼絲網(wǎng)骨架和捆綁于鋼絲網(wǎng)骨架上的柔性纖維束構(gòu)成。本發(fā)明的抗沖擊復(fù)合材料織物可有效防止纖維之間的滑移和裂紋的快速擴展，避免織物受沖擊后網(wǎng)孔的脹大和變形，導(dǎo)熱好，耐高溫，可廣泛用作抗沖擊材料的芯層以及金屬和非金屬材料的連接部件。
【IPC分類】D03D13/00, D03D15/02
【公開號】CN105220308
【申請?zhí)枴緾N201510699630
【發(fā)明人】文桂林, 錢秀洋
【申請人】湖南大學
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月26日