CN105220308B - 一种抗冲击复合材料织物 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗冲击复合材料织物，该抗冲击复合材料织物是由钢丝网骨架和捆绑于钢丝网骨架上的柔性纤维束构成。本发明的抗冲击复合材料织物可有效防止纤维之间的滑移和裂纹的快速扩展，避免织物受冲击后网孔的胀大和变形，导热好，耐高温，可广泛用作抗冲击材料的芯层以及金属和非金属材料的连接部件。

Description

一种抗冲击复合材料织物

技术领域

本发明属于防护材料领域，涉及一种抗冲击复合材料织物，特别涉及一种防止纤维滑移和开裂的混杂复合材料织物，可应用于抗冲击材料的芯层以及金属和非金属材料的连接部件。

背景技术

高性能纤维抗冲击织物的抗冲击机理主要是：纤维受冲击时，会把冲击波能量快速扩散开、纤维断裂时需吸收断裂能、板材整体弯曲变形及其层间滑移等过程中都要吸收冲击物的能量，这些机制共同将冲击物（如弹头、破片等高速运动的物体）的动能消耗殆尽，从而达到抗冲击的目的。但是纤维与纤维交织处由树脂粘结在一起，受冲击物冲击时极易发生滑移和松动，导致裂纹快速扩展，冲击波能量扩散受阻，导致高性能纤维不能充分发挥自身的优点。目前，复合材料抗冲击编织物主要存在如下问题：1、与金属部件连接的部位比较薄弱，且导热性差；2、纤维之间极易发生滑移和松动，没有充分发挥高性能纤维断裂时能够吸收大量能量的优点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，特别是针对现有抗冲击织物导热差、不耐高温、连接部位薄弱的缺点，提供一种可有效防止纤维之间的滑移和裂纹的快速扩展、避免织物受冲击后网孔的胀大和变形、导热好、耐高温的抗冲击复合材料织物。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种抗冲击复合材料织物，所述抗冲击复合材料织物是由钢丝网骨架和捆绑于所述钢丝网骨架上的柔性纤维束构成。

上述的抗冲击复合材料织物中，优选的，所述柔性纤维束为高性能柔性纤维束，所述高性能柔性纤维束的拉伸强度≥2000MPa，断裂韧性≥1500mN/tex，断裂伸长率≥3%。

上述的抗冲击复合材料织物中，更优选的，所述高性能柔性纤维束的拉伸强度为2500MPa～3000MPa，断裂韧性为1500mN/tex～2500mN/tex，断裂伸长率为3%～5%。

上述的抗冲击复合材料织物中，优选的，所述柔性纤维束包括尼龙纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维中的一种或多种。

上述的抗冲击复合材料织物中，优选的，所述柔性纤维束是以缠绕打结的方式捆绑于所述钢丝网骨架上。

上述的抗冲击复合材料织物中，优选的，所述柔性纤维束在所述钢丝网骨架的网孔单元内呈“N”型编织构形。

上述的抗冲击复合材料织物中，优选的，所述钢丝网骨架是由合金钢纤维编织而成；所述合金钢纤维的弹性模量为200GPa～210GPa，抗剪切强度为450MPa～600MPa，耐热性为800℃～1000℃。

上述的抗冲击复合材料织物中，优选的，所述合金钢纤维为不锈钢纤维。

上述的抗冲击复合材料织物中，优选的，所述钢丝网骨架的织造纹理包括平纹、斜纹或缎纹。

本发明中，所有的范围均包括端点值。

本发明的原理如下：

传统抗冲击织物（如传统抗冲击芳纶织物）在受到冲击时，破坏形式主要表现为纤维的断裂和织物网孔的变形、胀大，如图1所示。纤维的断裂可以吸收大量的能量，这对抗冲击性能是有利的，但是织物网孔的变形和胀大则使织物迅速失去抗冲击性，从而使冲击物轻易地穿过织物。织物内部单元的受力示意图如图2所示，单个网孔单元（即网格单元）受到向四周挤压的力F，由于织物的模量和抗剪切强度较低，其中的纤维很容易发生变形和滑移（例如图2中的A交织点），不能充分发挥纤维的优势；同时，当其中一个网孔单元破坏时，会发生“抽丝”现象，整个织物的抗冲击性迅速下降，最终发生较大变形进而失效。

为了提高织物的抗变形能力，本发明提供的混杂复合材料织物采用模量高、抗剪强度高、导热性好的不锈钢纤维编织物或其它合金钢纤维编织物为骨架，如图3和图4所示。当单个网孔单元受到向四周挤压的力F时，由于织物的模量和抗剪切强度较高，其中的纤维不容易发生变形，会把冲击波能量快速扩散开，同时不锈钢或其它合金钢的高导热性可以使冲击产生的热量快速扩散，避免了局部温度升高。

但是，在较大的挤压力F作用下，纤维交织处仍然会发生滑移，从而使网孔胀大，失去抗冲击性；并且当其中一个网孔单元破坏时，仍然会发生“抽丝”现象，整个织物的抗冲击性也会迅速下降。因此，本发明考虑将不锈钢纤维交织处用高性能柔性纤维束进行打结捆绑，使纤维之间不再发生滑移和开裂（例如捆绑结点3无滑移），这样每个网孔单元也成为了独立的单元，当其中一个网孔单元破坏时，其它单元不受影响，这也是本发明的复合材料织物具有优越抗冲击性能的根本原因。

高性能柔性纤维束在钢丝网上的连续缠绕编织方式，不仅能够进一步提高抗冲击织物的强度和抗冲击性，还可以使织物的织造实现机械化操作，从而实现工业化批量生产。本发明提供的一种“N”型编织方式如图4所示，独立网孔单元内的高性能柔性纤维束不仅可以大大提高网孔的抗挤压能力，同时可以使四边形的独立单元进一步分割成为独立稳定的三角形结构单元，大大提高了织物的稳定性，从而起到很好的抗冲击效果。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明在合金钢纤维骨架的交织处采用高性能柔性纤维束进行缠绕打结捆绑，使钢丝网的每个网孔成为稳定的独立单元，可有效地防止纤维之间的滑移和裂纹的快速扩展，避免织物受子弹冲击后网孔的胀大和变形。

2、本发明的抗冲击复合材料织物采用合金钢纤维编织成骨架结构，具有导热好、耐高温的效果。

3、本发明的抗冲击复合材料织物可以用于制备曲面及其他复杂结构的部件，也可以直接打孔与其他部件进行连接。

附图说明

图1为传统织物受冲击时的破坏形式示意图。

图2为传统织物受冲击时的受力示意图。

图3为本发明实施例的抗冲击复合材料织物的结构示意图。

图4为本发明实施例的抗冲击复合材料织物的网孔单元受力示意图。

图5是本发明实施例的抗冲击复合材料织物应用于抗冲击板的一种具体结构示意图。

图例说明：

1、钢丝网骨架；2、高性能柔性纤维束；3、捆绑结点；4、“N”型编织单元；5、抗冲击复合材料织物层；6、表面保护层；7、耐冲击树脂层。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。

实施例：

一种本发明的抗冲击复合材料织物，如图3所示，该抗冲击复合材料织物是由钢丝网骨架1和捆绑于钢丝网骨架1上的高性能柔性纤维束2构成。

本实施例中，高性能柔性纤维束2为“Kevlar-29”芳纶纤维，拉伸强度为2800MPa，断裂韧性为2030mN/tex，断裂伸长率为3.8%。

本实施例中，高性能柔性纤维束2是以缠绕打结的方式捆绑于钢丝网骨架1上，在钢丝网骨架1上形成若干捆绑结点3，在钢丝网骨架1的各网孔单元内形成“N”型编织单元4。如图3所示，高性能柔性纤维束2在钢丝网骨架1内采用“N”型连续编织，纤维束的“N”型结构有两种，一种是竖“N”，一种是横“N”，是由织造的方式来决定，两种结构交替编织。

本实施例中，钢丝网骨架1是由不锈钢纤维编织而成；不锈钢纤维的弹性模量为207GPa、抗剪切强度为600MPa、耐热性为1000℃。

本实施例中，钢丝网骨架1的织造纹理为平纹织造。

本发明的抗冲击复合材料织物与传统纯芳纶织物相比，最大破坏变形量可减小30%，更加有效地保护人身安全，破坏时吸收的能量可增加140%，可在600℃温度下长期使用，耐热性可提高150%左右，具有更加优越的防护效果。

将本发明的抗冲击复合材料织物可应用于抗冲击板中，作为抗冲击板的芯层，如图5所示，该抗冲击板由上至下依次包括表面保护层6（如刚性受弹层）、周期***替排列的抗冲击复合材料织物层5/耐冲击树脂层7（共6个周期）、耐冲击树脂层7（即第七层耐冲击树脂层）和表面保护层6。

本发明的抗冲击复合材料织物还可以广泛应用于抗冲击插板、抗冲击装甲板、抗冲击头盔或抗冲击盾牌等众多抗冲击材料中，发挥优异的抗冲击性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种抗冲击复合材料织物，其特征在于，所述抗冲击复合材料织物是由钢丝网骨架和捆绑于所述钢丝网骨架上的柔性纤维束构成；

所述柔性纤维束为高性能柔性纤维束，所述高性能柔性纤维束的拉伸强度为2500MPa～3000MPa，断裂韧性为1500mN/tex～2500mN/tex，断裂伸长率为3%～5%；

所述柔性纤维束是以缠绕打结的方式捆绑于所述钢丝网骨架上；

所述钢丝网骨架是由合金钢纤维编织而成；所述合金钢纤维的弹性模量为200GPa～210GPa，抗剪切强度为450MPa～600MPa，耐热性为800℃～1000℃；

所述柔性纤维束包括尼龙纤维、芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维中的一种或多种；

所述柔性纤维束在所述钢丝网骨架的网孔单元内呈“N”型编织构形，钢丝网骨架内采用“N”型连续编织，纤维束的“N”型结构有两种，一种是竖“N”，一种是横“N”，两种结构交替编织。

2.根据权利要求1所述的抗冲击复合材料织物，其特征在于，所述合金钢纤维为不锈钢纤维。

3.根据权利要求1所述的抗冲击复合材料织物，其特征在于，所述钢丝网骨架的织造纹理包括平纹、斜纹或缎纹。