连续玄武岩纤维增强复合材料的抗弹性能研究.pdf

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1、26工程塑料应用2011年，第39卷，第11期连续玄武岩纤维增强复合材料的抗弹性能研究李英建李峰曲英章金子明(中国兵器工业集团第五三研究所，济南250031)摘要通过研究环氧树脂／连续玄武岩纤维(CBF)、乙烯基酯树脂／cBF、聚氨酯树脂／cBF、酚醛树~／CBF体系的抗弹性能，发现CBF增强乙烯基酯复合材料的抗弹性能较好。考察了CBF增强乙烯基酯树脂复合材料厚度、靶板法线角对抗弹性能的影响，并对CBF增强复合材料的抗弹机理进行了分析。关键词连续玄武岩纤维乙烯基酯树脂抗弹性能抗弹机理连续玄武岩纤维(CBF)是以天然玄武岩矿石任公司。作为原料，将其破碎后加入熔窑中，在1450～

2、1500~C1．3试样制备熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板制成的连续纤将CBF浸渍不同的树脂基体制成面密度为维_1j。自1985年乌克兰研制出CBF以来，各国300g／m的单向布。采用层压成型工艺制备靶板，科学家也都致力于开发高性能的cB州J。近年来，纤维含量为42％。其中层压成型工艺参数为：升温国内CBF制造技术逐渐成熟并且已经拥有自主知到7080℃，在3MPa压力下，保压保温1h。然识产权的CBF制造技术及工艺，这极大地促进了后在5O℃烘箱内后固化72h。我国CBF复合材料的研究。CBF及其复合材料可1．4性能测试以较好地满足国防建设、交通运输、建筑、石油化工、(1)抗弹试验

3、环保、电子、航空、航天等领域结构材料的需求，对国用54式12．7nllTI弹道枪、4．5g碎片模拟弹进防建设、重大工程和产业结构升级具有重要意义。行抗弹试验，采用红外光幕测速系统记录子弹速度。近年来，我国对芳纶纤维、超高分子量聚乙烯(2)测试纤维、玻璃纤维等增强复合材料的抗弹性能研究较即一定面密度的复合材料靶板在贯穿／防多，但对CBF复合材料的抗弹性能研究较少。开展住弹丸的概率为50％时弹丸的入射速度。能科CBF复合材料抗弹性能研究不仅对开发利用CBF学表征一定面密度靶板的抗弹性能。具有重要意义，而且对抗弹复合材料的发展具有重(3)面密度和比吸能要的推动作用。面密度是抗弹材料

4、轻量化的重要指标，在满足1实验部分防护要求的条件下，面密度应尽量小些，以减轻质量1．1主要原材料和降低成本。用分度值为10g的天平称量靶板质CBF：密度2．73g／cm，上海俄金玄武岩纤维量，用分度值为1rfLr／1的直尺量取靶板的长和宽，有限公司；按式(1)计算得到面密度P。乙烯基酯树脂：ARZ3001，密度1．1g／cm，无pA=M／s(1)锡市阿尔兹化工有限公司；式中为靶板质量，S为靶板面积。环氧树脂：北京天德玻璃钢制品有限公司；比吸能是评价抗弹性能的一个重要指标，是靶聚氨酯：泰和树脂有限公司；板所吸收的能量与靶板面密度的比值。复合材料的酚醛树脂：自制。比吸能越高，抗弹

5、性能越好。比吸能Sea计算公式1．2主要仪器、设备为：液压机：YJ34F一3型，湖州欣杰森液压机床厂；Sea=my2~2pA(2)红外光幕测速系统：西安工业学院；式中m为弹丸质量，v为弹丸的入射速度。扫描电子显微镜(SEM)：QUANTA200型，美(4)SEM分析国FEI公司；弹道枪：54式12．7rain，四川华庆机械有限责收稿日期：2011-08—25李英建，等：连续玄武岩纤维增强复合材料的抗弹性能研究27用SEM分析弹体冲击下纤维的断裂形态。从。和比吸能都呈线性增加。经过回归分析，靶板面靶板上切下样品，经喷金后利用SEM进行观察并密度与靶板。、比吸能的关系可以分别表示

6、为：拍照。0=16．5pA+119．42结果与讨论Sea=0．5pA+12．72．1树脂基体对抗弹性能的影响尤其值得注意的是，靶板的比吸能也随面密度表1列出CBF增强不同树脂基体复合材料的的增加而增加，而抗弹材料研究人员常用的表征方抗弹性能。法——比吸能法的基础是以复合材料的防护性能与表1树脂基体对抗弹性能影响其面密度无关为假设条件。可见比吸能法也不能完树脂基体面密度／kg·m2／m·s比吸能／(J·m)．kg-’乙烯基酯树脂23．1499．524．3全准确反映CBF增强复合材料的抗弹性能。环氧树脂23．1454．020．1抗弹性能随面密度增加而有所提高的原因，可酚醛树脂23

7、．1473．021．8能是靶板的厚度效应造成的，这在以前的相关文献聚氨酯树脂23．1475．022．O中，还未见板厚对抗弹性能影响的分析报道。由表1可看出，CBF增强乙烯基酯树脂复合材2．3靶板法线角a与抗弹性能之间的关系料的抗弹性能较好，而CBF增强环氧树脂的抗弹性能较差。图2示出靶板法线角与抗弹性能之间的关系。85O2．2CBF增强乙烯基酯树脂复合材料的面密度与800抗弹性能之间的关系750靶板的参数及抗弹性能见表2、图l。7o0＼650表2靶板参数及靶试结果6oo厚度／mm面密度／kg-m-2／m