Исследование прогресса гибких статей-надежных материалов Aramid

Механизм сопротивления статей в гибких антитабирующихся материалах

В отличие от жестких анти-стабибирующихся материалов, гибкие анти-стабибирующие материалы обычно состоят из нескольких слоев высокопроизводительных композитов. Во время проникновения лезвием композитная ткань внутри гибкого материала противостоит удару, используя трение, деформацию растяжения и другие механизмы, в конечном итоге рассеивая энергию инструмента удара и надежно запирая его наконечник.

Процесс сопротивления статей включает в себя следующие этапы:

• Первоначальный контакт:Когда лезвие впервые контактирует с тканью, он оказывает силу, которая взаимодействует со структурой ткани. Плетеной, вязаной или нетканой ткани-все они демонстрируют определенную плотность, генерируя деформацию, чтобы препятствовать дальнейшему проникновению до тех пор, пока материал не достигнет своего предела деформации.
• Силы трения и сдвига:Край лезвия, имеющий определенную ширину, создает растягивающие силы вдоль горизонтальной плоскости ткани и сил сдвига в вертикальной плоскости. Растягивающие силы заставляют волокна сдвигаться, увеличивая щель, в то время как силы сдвига приводят к разрушению волокна, что еще больше увеличивает отверстие.
• Полное проникновение:Под объединенным действием растягивающих и сдвиговых сил ткань в конечном итоге пронзится.

Чтобы быть эффективным, анти-стабибирующие материалы должны противостоять как растягиванию, так и сдвигу, при этом устойчивость к сдвигу является доминирующим фактором.

Базовые структуры гибких арамидных анти-стабибирующихся материалов

1Арамида однонаправленная ткань:
Однонаправленная ткань характеризуется прямыми, опровергнутыми волокнами, выровненными в одном направлении. Он не имеет переплетенных точек на поверхности, что позволяет напряжению волн распространяться без отражения, что позволяет быстро поглощать энергию. Арамидная однонаправленная ткань представляет собой гибкий материал, обычно ламинированный ортогонально (0 °/90 °) с клеями, чтобы повысить устойчивость к удару. Клей служат для ремонта волокон на месте и уменьшения глубины проникновения.
Например, Wu Zhongwei et al. Модифицированная арамида однонаправленная ткань с полиуретановой смолой, переносимой для воды для развития гибких анти-стабибильных материалов. Они оптимизировали сопротивление ударов, регулируя величины, давление и температуру сырья, достигнув поверхностной плотности 7,65 кг/м², соответствующей стандартам сопротивления ударов GA68-2008. Однако из-за использования модификаторов клея, полученный материал имел плохую гибкость, что делает его непригодным для гибкой анти-стабибирующей одежды.

2Арамидная нетканая ткань:
В отличие от однонаправленных тканей, не тщательныхАрамидные тканиОсобенности случайно ориентированные волокна, обеспечивающие изотропные свойства и более плотные структуры. Эти качества обеспечивают лучшее сопротивление против острых предметов. Нетканые ткани также проще производить, экологически чистые и энергоэффективные.
Например, Li TT и коллеги смешали кевларные волокна с полипропиленовыми волокнами в весовом соотношении 70:30, используя игольчатые и горячие нажаты, чтобы создать композитные ткани Kevlar/PP. При горячей нажатой температуре 170 ° C материал продемонстрировал превосходную сопротивление ударов. Тем не менее, свободное расположение внутреннего волокна и слабая сила связывания нетканых тканей ограничивают их общее сопротивление резкости при использовании независимо.

3Арамида тканая ткань:
Арамидные ткани сформируются путем переплетенной варп и уточной пряжи, создавая жесткую структуру, которая эффективно препятствует проникновению.

• Плотное плетение: особенности параллельных пряжи и плотных конструкций, предлагающих сбалансированную прочность.
• Twill Weave: использует более грубую пряжу и более свободные конструкции, обычно для тяжелых тканей.
• Сатиновое плетение: имеет меньше переплетенных точек, что делает волокна, склонные к проскальзыванию.
  В то время как тканые ткани обеспечивают жесткое взаимосвязь, после того, как лезвие прорезает пряжу варп или уток, открытие значительно увеличивается, снижая сопротивление ударов.

4Арамид вязаная ткань:
Вязаные ткани Арамида состоят из петли и Уэльса. Когда лезвие проникает, петли скользят, затягивая прилегающие петли и увеличивая трение между волокнами, тем самым препятствуя дальнейшему проникновению. Во время этого процесса ужесточения некоторую ударную энергию поглощается. После того, как петли полностью натянуты, ткань достигает «самозащитного» состояния, предотвращая дальнейшее проникновение.
Ли Нин и его коллеги изучали феномен «самозащитного» в трикотажных тканях, обнаружив, что ребра структуры обеспечивают наилучшее сопротивление ударов, с последующими простыми вязаными вязальными вязаными и вязальными вязаными уткой. Последовательность слоистых структур также повлияла на производительность, причем ребра структуры помещены на самый внешний слой, достигающий оптимальных результатов.

Модификация гибких анти-стабибильных материалов Арамида

3.1 Модификация поверхностного покрытия

Частицы покрытия или тонкие пленки на поверхности волокон Арамида усиливают межволокновое трение, улучшая их сопротивление нанести удар путем приковающих острых металлических лезвий посредством истирания. Например, Nayak R et al. применяемые частицы карбида бора для модификацииАрамид 1414 ТканьПоверхности, достижение силы сопротивления ударов 14 Н на глубине проникновения 17 мм по сравнению с 4 Н для ткани без покрытия. Улучшенное сопротивление проникновения было связано с дополнительным защитным эффектом, обеспеченным покрытием. Точно так же Javaid MU et al. изучал анти-стабибильный механизм тканей с сио-покрытием. Ткани без покрытия показали изолированные взаимодействия между пряжей и лезвием, что приводит к легкой резке. Напротив, Sio₂ покрытия увеличивали трение между пряжей, уменьшая смещение пряжи и повышая устойчивость к нанесению удара.

Жесткие керамические покрытия в сочетании с высокопрочными тканями также предотвращают проникновение от внешних ударов. Например, Gadow R et al. Прикладываемые металлические керамические и оксидные керамические покрытия к арамидным тканям с использованием методов термического распыления. Статические испытания нанесения ударов выявили значительно улучшенные противодействие тканям с твердыми керамическими покрытиями. Органические смолы также использовались для модификаций покрытия. Например, Zhuang Q et al. Подготовленные композиты из арамидной ткани/эпоксидной смолы, снижая глубину проникновения с 37,3 мм до 4,8 мм, что значительно повысит противодействие. Эффект был дополнительно усилен с помощью многослойных композитов.

Неорганические наночастицы и органические смолы часто объединяются синергетически, чтобы улучшить анти-стабибильные характеристики гибких материалов Aramid. Например, Xia Minmin et al. Обнаружено, что карбид бора/эпоксидные смолы, покрытые арамидом 1414, увеличивали прочность разрывов с 50 Н до приблизительно 300 N. Rubin W et al. покрытые арамидными волокнами с карбидом из кремния в матрице виниловой эфирной смолы, достигая оптимальной анти-стабибильной производительности при содержании карбида кремния 20 мас.%. Точно так же Xiayun Z et al. Разработали гибкие анти-стабибирующие материалы путем покрытия арамидных тканей термопластичным полиуретаном/жидкостью с умирающейся сдвигом/сдвигом (STF). Ткани, покрытые раствором, содержащим 3%, продемонстрировали высокую устойчивость к ножам и проколам.

3.2 Модификация пропитки жидкости (STF).

STF-это не-ньютоновская жидкость, состоящая из диспергированных этапов и средств массовой информации. Когда арамидные волокна, модифицированные с помощью STF, подвергаются внешним силам, вязкость STF резко возрастает, ведя себя как твердое вещество и обеспечивая защиту от стабильщиков. Как только сила удаляется, вязкость возвращается в свое начальное жидкоподобное состояние, предлагая гибкость для защитных материалов. Li Danyang et al. Подготовлены гибкие анти-стабибирующие материалы, пропитывая арамидные ткани с STF. Они обнаружили значительные улучшения анти-стабибильных характеристик в различных структурах ткани, с большими улучшениями, наблюдаемыми при увеличении точек переплетения ткани.

Тип, размер частиц, содержание и модификация поверхности наночастиц в STF также влияют на производительность ткани. Например, Li et al. Использовали частицы SIO₂ с диаметрами 12 нм и 75 нм в качестве дисперсных фаз, наряду с многостенными углеродными нанотрубками (MWCNT) для приготовления композитов STF/MWCNT. Арамидные ткани, пропитанные частицами SIO₂ 12 нм, демонстрировали превосходную стойкость ножа по сравнению с частицами с частицами 75 нм. Zhang Wangyang et al. обнаружили, что чистые арамидные ткани пережили нагрузку 73 Н на глубине удара 30 мм, в то время как ткани, пропитанные STF, содержащие 30% SIO₂ и 70% ПЭГ, достигли самой высокой прочности против становления в статических условиях.

Несмотря на эффективность модификаций STF, они могут уменьшить воздухопроницаемость и проницаемость влаги, влияя на комфорт во время износа.

3.3 Смоловая композитная модификация

Композитные анти-стабибирующие материалы арамид-резина сочетают в себе высокую прочность и модуль волокон Арамида с многофункциональными характеристиками матриц смолы. Mayo JB et al. обнаружили, что термопластичные смолы (полиэтилен, полиметилметакрилат и полиэтиленметилметакрилатные сополимеры) значительно улучшили анти-стабибирующие характеристики кевларовых волокон JSP 706. Регулируя типы смол и толщину, были получены ткани с различными антистабинными свойствами.

Лю Юлонг объединил наночастицы SIO₂ с Surlyn Saste для составной модификации волокон арамидов. При содержании смолы 33 мас.%Было необходимо 36 слоев, чтобы противостоять 24 J энергии, тогда как только 30 слоев требовалось при содержании смолы 44 мас.%. Kim H et al. Наблюдается, что полиэтилен с низкой плотностью (LDPE) усилил процесс анти-пениации кевларных тканей более эффективно, чем эпоксидная смола, хотя производительность LDPE ограничивалась начальными этапами проникновения.

Метод укладки смолы и арамидных тканей также влияет на производительность. Например, Чэнь Ли и Ван Ботао применили полиуретановые к Aramid Plain Tabrics с использованием влажного покрытия, переноса и методов сухого прямого покрытия. Среди них метод передачи покрытия обеспечил наилучшие противодействие.

3.4 Модификация составного волокна

Смешивание арамидных волокон с другими волокнами, использующими методы пряжи, является еще одним методом создания высокопроизводительных гибких анти-стабибирующихся материалов. Например, Tien DT et al. Изучили тканые ткани из ядра Aramid-Cotton Core-Spun с различной поверхностной плотностью. Когда соотношение веса арамида и хлопка составляло 1: 2,5, а плотность варпа и утка составляла 16,4 нити/см и 8,4 нити/см, соответственно, материалы продемонстрировали превосходную носимость и улучшенные анти-стабибильные характеристики.

Количество и расположение слоев волокна также влияют на производительность. Du Lingling et al. исследовал влияние слоев укладки на противодействующие свойства тканей, изготовленных из основных пряжи арамида и нитей из нержавеющей стали. Они обнаружили, что увеличение количества слоев улучшает сопротивление ножа.

Заключение

В настоящее время тканые, вязаные, нетканые и однонаправленные ткани, изготовленные из волокон Арамида, используются для производства гибких анти-стабибильных материалов. Методы модификации, такие как композиты смолы, поверхностные покрытия и пропитка STF, повышают производительность высокопроизводительных текстильных продуктов, продвижения в области гибких анти-стабибильных материалов Aramid. Тем не менее, высокие затраты и снижение комфорта из -за определенных методов отделки остаются проблемами.

Читать далее: Статус исследования и перспектива антикота ткани Такой как волокно UHMWPE