防弹复合材料结构及其防弹机理.pdf

　９４　　　　　　材料工程／２０１０年Ｉ１期　　防弹复合材料结构及其防弹机理　　—　　　　　　　ＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＢｕｌｌｅｔｐｒｏｏｆＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＢａｌｌｉｓｔｉｃＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　　　　　　　　　　　陈磊，徐志伟，李嘉禄，张刘飞，陈利，吴晓青，孙　　颖，陈光伟　　　　　　　　　　　　　　（１天津工业大学复合材料研究所先进纺织复合材料教育部重点实验室，　　　　　　　　　　　天津３００１６Ｏ；２江阴出入境检验检疫局，江苏江阴２１４４００）　　　—　　—　　—　　　　ＣＨＥＮＬｅｉ，ＸＵＺｈｉｗｅｉ，ＬＩＪｉａｌｕ，ＺＨＡＮＧＬｉｕｆｅｉ，ＣＨＥＮＬｉ，　　—　　　　　—　ＷＵＸｉａｏｑｉｎｇ．ＳＵＮＹｉｎｇ．ＣＨＥＮＧｕａｎｇｗｅｉ　　　　　　　　　　　　　（１ＫｅｙＩａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＢｒａｉｄｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ），Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆ　　　　　　ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＴｉａｎｊｉｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００１６０，Ｃｈｉｎａ；２Ｊｉａｎｇｙｉｎ　　　　　　　ＥｎｔｒｙＥｘｉｔＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＱｕａｒａｎｔｉｎｅＢｕｒｅａｕ，Ｊｉａｎｇｙｉｎ２１４４００，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）　　　　　　　　　　　　　　　摘要：探讨了弹块与防弹复合材料的作用机理，分析弹块在侵彻过程中复合材料吸能方式和破坏模式的变化，提出了防　　　　　　　　　　　　弹复合材料的结构设计概念。分别研究了单根纤维性能、织物结构、树脂性能、基体含量和复合材料界面粘接强度等因　　　　　　　　　　　　素对防弹性能的影响，并指出目前存在的不足，以期为今后防弹复合材料的结构设计提供借鉴。　　　　　　　关键词：防弹复合材料；结构设计；破坏模式；织物结构；界而　　　　　中图分类号：ＴＢ３３２　　　　　文献标识码：Ａ　　　—　—　文章编号：１００１４３８１（２０１０）１１００９４０７　　　　　　　　　　　　　　—　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆｂｏｍｂｂｌｏｃｋａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｅｎｅｒｇｙ～ａｂ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｓｏｒｂｉｎｇｍｅａｎｓａｎｄｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｈｅｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂｏｍｂｂｌｏｃｋ．　　　　—　　　　　　　　—　—　Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｂｕｌｌｅｔｐｒｏｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｉｎｇｌｅｆｉｂｅｒｐｒｏｐｅｒ　　　　　　　　　—　　　ｔｉｅｓ，ｆａｂｒｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｒｅｓｉｎ，ｍａｔｒｉｘｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｎｔｈｅｂｕｌｌｅｔｐｒｏｏｆｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｓ　　　　　　　　　　　　　　—　—　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｉｔｉｓｅｘｐｅｃｔｅｄｔｈａｔｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｂｅｎｅｆｉｃｉａｌｔｏｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｂｕｌｌｅｔｐｒｏｏｆｃｏｍｐｏｓ　ｉｔｅｓ．　—　　　　　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｕｌｌｅｔｐｒｏｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎ；ｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅ；ｆａｂｒｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　　　　　　　　　　　　　２Ｏ世纪７０年代以来，复合材料开始在防护过程　　　　　　　　　　中大量使用。纤维增强复合材料由于具有轻质高强和　　　　　　　　　　　　　　高冲击损伤容限等优点，在航空航天、人体、车辆以及　　　　　　　　　　　　　　　舰船重要舱室等防护领域受到了研究人员的青睐，并　　　　　　　　得到了越来越广泛的应用ｌ１～。　　　　　　　　　　　　　子弹与复合材料作用过程中发生侵彻，表现出了　　　　　　　　　　　多种不同的破坏模式，如纤维的拉伸断裂、层合板的分　　　　　　　　　　　　　　　　层、纤维和树脂的脱粘及材料产生的背凸等。弹体动　　　　　　　　　　　　　　　能就是在这些破坏中被逐渐消耗，从而达到了防弹的　　效果。本文针对弹道冲击下子弹与复合材料的作用机　　　理和破坏模式展开了分析，并根据子弹与复合材料在　　　不同阶段的作用机理对当前国内外防弹复合材料的结　　　　　　　　　　　　　　　构设计进行了研究。此外，影响复合材料防弹性能的　　因素很多，其中主要包括增强体、基体、界面和梯度结　　　　　　　　　　　　　　　构等因素。对此，本文探讨了包括天然纤维在内的纤　　　　　　维种类、织物组织结构、面密度、基体的性能、含量、纤　　　　　　　　　　　　维与树脂间界面性能以及梯度结构设计等因素对防弹　　　　性能的影响。　　　１弹体与防弹复合材料的作用机理　　　　　　１．１应力波的传播机理　　　　　　　　　　　　　　　　应力波是应力和应变扰动的传播形式，在可变形　　　　　　　　　　　　　　　　固体介质中机械扰动表现为质点速度和相应的应力、　　　　　　　　　　　　　　　应变状态的变化。在弹道冲击中，子弹与靶板接触的　　　　　　　　　　　　　　　瞬间产生的应力波以两个方向传播，一是以连续的脉　　　　　　　　　　　　　冲沿纤维的轴向传播，受到冲击的纤维通过基体树脂　　　　　　　　　　　　及交错点的相互作用，应力波在很多纤维上扩散开来；　　　二是应力波的沿靶板纵向传播，应力波在靶板的织物　　　和基体界面及靶板自由面之间产生连续反射，使压力　　　　变成拉应力。　　研究发现，应力波在两种不同的材料中传播时，当　　　　　　　　　　　　　　传至两种材料的界面会产生入射波和反射波口］，而且　应力波在产生塑性变形的材料中的传递较在弹性变形　　材料中的传递规则许多＿４。应力波在纤维中传播速度　　　　主要取决于纤维的杨氏模量Ｉ５及其在复合材料中的状　　　　态。一般，材料的模量越高，质量越低，应力波传播的　　　　　　　　　　　　　　防弹复合材料结构及其防弹机理　９５　　　速度越快。关于纤维形态对应力波传播速度的影响，　　　　　　　　　　　　陈利民＿６通过对Ｋｅｖｌａｒ一２９和尼龙６６织物研究，认为　　　　　　　　　　　织物中的纤维若存在交迭点或绉缩会使应力波产生反　　　　　　　　　　　　　　　射，影响应力波在其中传播（如图１）。表１为应力波　　　　　　　　　　　　　　在几种自由纤维（皱缩率为０的纤维）和织物中的传　　　　　　　　　　　　　　　　　播速度，从表中可以看出，纤维模量越高，应力波的传　　　　播速度就越快，自由纤维传播应力波的能力明显高于　　　　　　　　　　　　　　经向纤维和纬向纤维。因此，在防弹复合材料的设计　　　　　　　　　　　　　中，需兼顾纤维的力学性能及纤维在织物中的状态。　　　Ｂａｌｌｉｓｔｉｃｉｍｐａｃｔｅｄｆｉｂｅｒ　　　　　　图１纤维增强复合材料冲击波的传播形式［］　　　　　　　　　　Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎ　　　　　ｔｈｅｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓＥ］　　　　　表１几种典型防弹纤维中的声速（Ｘ１０ｍ／ｓ）¨　］　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ１Ｓｏｕｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｓｏｍｅｔｙｐｉｃａｌｆｉｂｅｒｓ（×　　　１０ｍ／ｓ）　　　　　　　　　　　　　　ＦｉｂｅｒＵＨＭＷＰＥＫｅｖｌａｒＧｌａｓｓｆｉｂｅｒＣａｒｂｏｎｆｉｂｅｒＮｙｌｏｎ一６６ＰＢＯ　Ｆｔｅｅｆｉｂｅｒ　　９１２—　７９—　９１１—　１１１４　２　１３．５　　　Ｗａｒｐｆｉｂｅｒ一　０．９—　０．９　一　　　Ｗｅｆｔｆｉｂｅｒ　５　一　一　１　　　　　　　　　１．２高速冲击下复合材料吸能方式及破坏模式　　　　　　　　　　防弹复合材料吸能方式主要包括＿８］：纤维的变形、　　　　　　　　　　　　　　纤维的拉伸断裂、分层、基体开裂、材料的剪切破坏、弹　　　　“　”　　　　　体与复合材料的摩擦和背凸的形成等。吸能较多的　　　　　　　　　　　　为材料的分层、纤维的拉伸断裂及基体开裂，其他方式　　　　　　　　　　　　则相对较少。其中材料的分层主要取决于复合材料的　　　结构设计，纤维的断裂主要取决于纤维强度，而基体的　　　　　　　　开裂主要取决于所选基体的性能。　　　　　　　　　　评价靶板防弹性能的国际通用指标是弹道极限速　　　　　　　　　　　　　　　　度Ｖ。，它是指针对一定质量的弹块在该速度下（入射　　　　　　　　　　　　　　方向不变）穿透给定系统靶板的概率为５Ｏ。。］。在防　　　　　　　　　　　弹过程中，复合材料的破坏模式有多种，主要有纤维剪　　　　　　　　　　　　　　　　切和拉伸破坏，层合板的分层等。当弹丸开始作用于　　复合材料时，由于弹丸产生的压缩应力，织物产生了变　　　　　　　　　　　　形。随着子弹的侵彻，材料变形越为严重，紧随着的是　　　　　　　　　　　　　　　分层现象的产生。当子弹从材料背面穿过时，背部形　　成较大的鼓包并伴有原纤化的现象产生，弹体进入一　　　　　　　　　　　　　　　侧，弹孔基本为圆形，孔内呈现整齐的纤维断头，而弹　　　　　　　　　　　　　体射出面无明显弹孔，有长短不一的纤维抽脱，靶板面　　　　　　　　　　　　　　　部鼓包较小，纤维的断裂方式主要为拉伸断裂。若弹　　　　　　　　　　　“”　　　体未能穿透靶板，弹孔周围形成明显的＋，靶板背　　　　　　　　　　　　　　　面出现较大的鼓包，靶板内部出现分层。而且若靶板　　　　　　　　　　　　增强织物为单向或平纹织物，在弹体射出一侧，靶板的　　　　　　　　　　　　　　　最外层被撕起一些小窄条，撕起和脱落窄条数量与弹　　　　　　　　　　体的冲击速度和弹体的质量有关。　　　　２增强体对防弹复合材料性能的影响　　　　　　２．１增强纤维性能的影响　　　　　　　　　　　　　　　在防弹复合材料中，作为增强体的高性能纤维主　　　　　　　　　要包括高强聚乙烯纤维（ＵＨＭＷＰＥ）、芳纶纤维、炭纤　　　　　维和玻璃纤维。ＵＨＭＷＰＥ¨　　　　　　ｌ的优越性能是由于它　　　　　　　　　　　　　　　的超分子结构决定的，其传播应力波的速度相当于芳　　　　　　　　　　纶纤维的两倍口。但ＵＨＭＷＰＥ纤维在高温下使用　　　　　　　　　　　　　　强度低，其惰性的分子链就很难与通用的树脂基体粘　　　　　　　　　　　　　　接形成性能优良的复合材料。为提高ＵＨＭＷＰＥ性　　　　　　　　　　　　　　能，Ｄｅｌｌａ［１等采用碳纳米管来增强ＵＨＭｗＰＥ纤维　　　　　　　　　　　　　　以提高其防弹性能。此外，射线等外界因素也间接影　　　　　　　　　　　　　　　　响着纤维的防弹性能，Ａｌｖｅｓ＿ｌ通过加速实验发现　　　　　　　　２５０ｋＧｙ的射线辐射后ＵＨＭＷＰＥ由韧性向脆性的　　　　　　　　　　　　　　　转换，从而影响其防弹性能。芳纶纤维的化学键主要　　　　　　　　　　　　　　　　由芳环构成，这种芳环刚性高，使聚合物链呈伸展状　　　　　　　　　　　　　　　态，形成棒状结构，因而纤维具有高模量，并且具有极　　　　　　　　　　　强的韧性。但芳纶纤维是一种沿轴向排列的有规则的　　　　　　　　　　　　褶叠层结构，所以其横向强度低、压缩和剪切性能差且　　　　　　　　　　易劈裂口。玻璃纤维由于韧性较低，在防弹复合材料　　　　　　　　　　　　　中一般用于层合板的夹层，炭纤维则因为其较低的压　　　　　　　　　缩强度口。限制了它在弹道性能方面的应用。　　　　　　　　　　　　　　研究表明口，ＵＨＭＷＰＥ单位质量能量吸收是　　　　　　　　　２９．９ｋＪ／ｋｇ，炭纤维为６３．５ｋＪ／ｋｇ。与编织的芳纶／环　　　　　　　　　　氧复合材料相比，编织炭纤维布／环氧树脂复合材料具　　　　　　　　　　　　　　有较高的能量吸收能力，因此混合脆性的炭纤维与韧　　　　　　　　　　　　　性的高性能聚乙烯纤维，能使结构冲击后保持了完整　　　　　　　　　　　　　性及稳定性，但能量吸收能力有所下降。张佐光ｌ１胡等　　　　　　　　　　　　　　　　人通过对不同面密度的玻纤复合材料靶板、芳纶复合　　　　　　　　　　　　　　材料靶板以及ＤｙｎｅｅｍａＵＤ６６复合材料靶板进行了　　　　　　　　　　　　　　　靶试，发现这三种复合材料的吸能都随面密度的增加　　　　　　　　　　　而增加，但增加速度不同，芳纶纤维和高强聚乙烯纤维　　　　　明显优于玻璃纤维。　　　　　　　　　　　　　　除了高性能纤维外，天然纤维在防弹领域的应用　　　　　　　　　　　　　　　也逐渐受到人们的重视。Ｗａｍｂｕａ＿１等人曾对黄麻、　　　　　　　　　　　　　　亚麻、大麻织物增强聚丙烯的复合材料防弹性能进行　　　　　　　　　　　　　　　　研究，结果发现亚麻织物增强聚丙烯复合材料的防弹　　性能竟高于纯金属钢板，但黄麻和大麻织物防弹复合　　　　　　　　　材料的防弹性能稍逊于纯金属钢板。　９６　　　　材料工程／２０１０年１１期　　　　　　２．２二维织物结构的影响　　　　　　　　　　　Ｒｏｙｌａｎｃｅ等＇２。。指出，除了纤维的性能之外，织物　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　的组织对材料的防弹性能同样有着很大的影响。　　　　　　　　　　　　　　　Ｋａｒａｈａｎ￣等认为，对于机织物，由于交织的作用，纱　　线必定存在弯曲，当织物表面受到冲击作用的时候，作　　　　　　　　　　　用力就会产生水平方向以及垂直方向的分量Ｆ和Ｆ　　　　　　　　　　　（如图２所示），这会导致纱线之间相对滑移严重，产生　　　更大创伤。　　　　　图２受弹道冲击机织物纤维中的应力Ｅ２１　　　　　　　　　Ｆｉｇ．２Ｓｔｒｅｓｓｉｎｔｈｅｆｉｂｅｒｏｆｔｈｅｗｏｖｅｎ　　　　ｆａｂｒｉｃａｆｔｅｒｂａｌｌｉｓｔｉｃｉｍｐａｃｔ　　　　　　　　　自由纤维在拉伸载荷下，受力状态比较简单，仅受　　　　　　　　　　到单纯的正应力，而织物中的纤维不仅受到正应力，还　　　　　　　　　　　　　　受到了横向的拉应力（如图３所示）。图中，纤维截面　　　　　　　　上的拉应力一Ｐ／（ｎｄ。／４）＝＝＝４ｐ／（ｎｄ），弯曲力矩Ｍ—　　　　　　　　　　　　Ｐｄ／２，弯曲截面模量Ｗ一ｎｄ。／３２，弯曲应力一　　　　　Ｍ／Ｗ一（Ｐｄ／２）／（ｒｒｄ／３２）一１６Ｐ／ｎｄ。一４ａ，应力之和一　　　　　　　　　——　　　——　　　　　　＋一５（式中Ｐ拉力，纤维直径）。　　　　　　　　　　　可见此时，产生的合应力是拉应力的５倍。因此，相对　　　　　　　　　　于自由纤维，织物中的纤维更容易产生断裂。　　　｛，　　　　图３织物纤维受横向力的分析　　　　　　　　　Ｆｉｇ．３Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｉｎｔｈｅｆｉｂｅｒ　　　　　ｗｈｅｎｈｏｒｉｚｏｎｔａ１ｆｏｒｃｅｗａｓａｐｐｌｉｅｄ　　　　　　　　　　　　　由图３中可以看出，应力波在纤维巾的传递取决　　　　　　　　　于纤维的弯度以及交织点的个数。由于应力波在弯度　　　小的纤维中传播相对于弯度大的快，而应力波传递越　　　　　　　　　　　　　　　快，单位时间内传递能量越多，因此吸能效果越好，所　　　　　　　　　　　　　以无编织物（纤维间无交织的织物）较编织、针织以及　　　　　　　　　　　　　　　机织物的防弹性能好在机织物中，相对于斜纹和平　　　　　　　　　　　　纹织物，缎纹织物的防弹性能最好。而相对于普通的　　　　　　　　　　　　　　　　机织物来说，一些针织物的防弹性能较好，如李勇［２２］　　　　　　　　　　　　　　　及梁子青＿２。。。等分别对经编及纬编双轴向织物的抗冲　　　　　　　　　　　　　　　击性能进行了研究，发现机织布由于弯曲的纱线本身　　存在应力，使其承受外部剪切力的能力减少，而双轴向　　　　　　　　　　　　织物纱线呈平行排列，理论上内部应力为零，不会产生　　　　　　　　　　　　　　　　　机织布中纱线的蠕变和松弛现象，其纱线在受到冲击　　　　　　　　　　　时所有承载的应力也较机织布大。因此相对于普通机　　　　　　　　　　　　　织物，双轴向织物具有对载荷响应快的特点，在防弹中　　　　　　更受人们的青睐。　　　　　　　　　　　　　　除二维织物中纤维取向外，织物的单层面密度和　　　　　　　　　　　　　　　　　层数对复合材料的防弹性能也具有不可忽视的影响。　　　　　　　　　　　　　　　Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ［２认为炭纤维／环氧层合板弹道极限速度　　　　　　　　　　　　　　　　Ｖ。是板厚的函数，曲线初始阶段斜率较大，然后随　　　　　　　　　　　　　板厚线性增长。增加织物的层数是增加其面密度的有　　　　　　　　　　　　效途径，织物的层数增加，单层织物吸收的能量也会增　　　　　　　　　　　　加，总吸能便大大提高。而且在面密度一定的情况下，　　　　　　　　　　　　　　　　　　　层数越多，单层面密度越低，织物的防弹性能越　　　　　　　　　　　　　　　　　　好【一。］。当然，若一味地增加织物面密度，既提高了　　　成本，又增加了质量，并不利于防弹复合材料的广泛应　　用。　　　　　　　　２．３三维织物结构的影响　　　　　　　　　　　　由于三维编织复合材料细观结构比较复杂，针对　　　　　　　　　　　　三维编织防弹复合材料国内外研究目前还处于探索阶　　　　　　　　　　　　　　　　段。Ｊｅｎｑ＿２。］对玻璃纤维增强环氧四步法三维编织复　　　　　　　　　　　　　　　合材料准静态侵彻性能进行研究，指出了侵彻破坏包　　　　　　　　　　　　　　　　　括基体开裂、纤维断裂、纤维从试件背面抽拔等模式，　　　　　　　　　　　并把准静态侵彻破坏模式及破坏准则用于预测动态侵　　　　　　　彻的剩余速度和靶板的弹道极限。练军首次提出　　　　　　　　　　　　　　　了三维编织复合材料精细化的准细观模型，并采用该　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　模型有效地模拟了三维编织复合材料的弹道贯穿过　　　　　　　　　　　　　　　　程，获得了纤维和树脂抗侵彻过程中的吸能差异以及　　　　　　　　　　　　　　　　　—　子弹受力变化等实验无法得到的中间结果。Ｂａｕ　　　　ｃｏｍｌ３等还对其中含有氮气的三维多孔复合材料（也　　　　　　　　　　　　称泡沫复合材料）进行动态和准静态研究，发现三维泡　　　　　　　　　　　　沫复合材料受到弹道冲击时相对于无孔复合材料有许　　①　　　　　②　　　　　　多优点：降低了材料的重量；基体碎裂以后有一定　　　　③　　　　　　　　的偏移，增加吸能ｌ气孔给予了其中的纤维更大的可　　　　　　　　　　　　　挠曲空问。因此，防弹材料的比吸能性获得了大幅度　　　的提高。　　　　　　　　　　三维编织复合材料弹道冲击破坏形态与二维织物　　　　　相比ｌ３，破坏发生于局部，复合材料横向整体变形较　　小。细观上正面纤维的断裂面较为光滑，少部分纤维　　　　　　　　　　　　　呈原纤化状态，而反面纤维大量表现为纤维的原纤化。　　相对于层压复合材料，一般认为三维编织复合材料的　　　　　　　　　　　　　　　防弹性能要稍微逊色，主要是由于三维编织复合材料　　中，纤维的屈曲以及绉缩较多，影响了应力波在其中的　　　　　　　　　　　　　　　　—　传递，导致子弹动能无法被迅速吸收。然而，Ｆｌａｎａ　　　　　　　　　　　　　　ｇａｎ认为，ＵＨＭＷＰＥ纤维增强的三维编织织物的　　　　　　　　　　　　　　　防弹性能要优于其他形式的织物，主要是因为其中的　　　防弹复合材料结构及其防弹机理　９７　　　　　　　　　　　　　　　横向纱线的存在以及其良好的结构整体性，高的抗侵　　　　　　　　　　　　　　　　　彻性能以及低损坏。因此，关于三维编织织物和铺层　织物增强的复合材料的防弹性能的比较还有待进一步　　的考察。　　　　　　　针对缝合复合材料的防弹性能，目前也存在着一　　　　　　　　　　　　　　　　　些争议。Ｍｏｕｒｉｔｚ。通过对玻纤增强缝合复合材　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　料的研究认为，缝合并不能明显改善材料的弹道性　　　　　　　　　　　　　　　　　　　能，主要因为在弹道冲击下缝合织物的抗弯性能和　　　　　　　　　　　　　非缝合的类似。然而Ｈｏｓｕｒ［３等分别对２５．４ｍｍ和　　　　　　　　　　　　　　　１２．７ｍｍ厚的玻璃纤维增强复合材料进行研究，发现　　　　　　　　　　　　　　　　　　　相对于非缝合的复合材料，缝合复合材料的弹道性　　　　　　　　　　　　　　　　　能略有提高，且１２．７ｍｍ厚的缝合复合材料提高相　　　　　　　　　　　　　　对明显。Ｈｓｉｎ＿３等认为，在缝合的过程中，当缝合长　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　度大于缝合宽度时，复合材料的防弹性能是同等材　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　料下非缝合或其他缝合形式复合材料抗穿透性能的　　　两倍。　　　　　３基体对复合材料防弹性能的影响　　　　　　３．１基体材料性能的影响　　　　　　　　　防弹纤维复合材料基体树脂的性能及其含量直接　　　　　　　　　　　　　影响着冲击侵彻过程中纤维的分布和受力状态，从而　　　　　　　　　　　影响到材料的破坏模式和防弹性能。热塑性树脂韧性　　　　　　　　　　　良好的特点赋予了复合材料优异的抗冲击性能和抗损　　　　　　　　　　　　　　　伤能力，而热固性树脂基体在复合材料中交联固化为　　　　　　　　　　　　　　三维网络结构，刚度较高、脆性较大、抗冲击和抗损伤　　　　　　　　　　　的能力较差［７］。常用树脂基体主要包括聚氨酯、橡胶、　　　　　　聚乙烯和乙烯基酯树脂。　　　　　　　　　　　　　　　聚氨酯中由于含有柔性分子链，故具有极好的抗　　　　　　　　　　　　　　弯、抗冲击性能，此外它还具有较强的剥离强度和化学　　　　　　　稳定性以及优异的耐低温性能¨　　　　３。Ｌｏｄｅｗｉｊｋ等人口］　　　　　　　　　　　　　　　　研究发现，使用高性能纤维增强无定形聚氨酯防弹复　　　　　　　　　　　合材料可以防止由于受到弹击而产生大量的破损对使　　　　　用者形成的伤害。　　　　　橡胶类树脂基体由于富有韧性和抗震性，其防弹　　　　　　　　　　　　　性能整体上优于聚氨酯类基体＿３，被大量用于防弹复　　　　　　　　　　　　　　　合材料韧性层中，以提高防弹效果。赵俊山ｌ３等人曾　　　　　　　　　　　　　　　在防弹材料中加入橡胶，发现它的存在延长了弹头侵　　　　　彻过程，吸收了更多的弹体能量。由于天然橡胶具有　　　　　　　　　　　　　　　　易老化和耐有机溶剂性能不佳等缺点，人造橡胶聚苯　　　乙烯一聚乙烯一聚丁烯一聚苯乙烯（ＳＥＢＳ）在防弹材料中　　　　　　　　的使用逐渐浮出水面。俞喜菊等采用聚乙烯对　　　　　　　　　　　　　ＳＥＢＳ弹性体进行改性，结果表明，在ＳＥＢＳ中加入高　　　　　　　　　　　　　　　　密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）大大提高了复合材料的抗冲击　　　　　　　　　　强度，又赋予复合材料良好的加工流变性能及适当　　　的硬度。　　　　　　　　　　　　　　防弹领域采用的聚乙烯类树脂主要有ＨＤＰＥ和　　　　　　　　　　—　低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ）。Ａｒａｚｉ＿４等分别使用ＵＨＭ　　　　　　　　　　ＷＰＥ纤维增强ＨＤＰＥ及ＬＤＰＥ，结果表明ＨＤＰＥ由　　　　　　　　　　　于发生较多的纵裂而使得其复合材料的防弹性能会高　　　　　于ＬＤＰＥ基复合材料。　　　　　　　　　　乙烯基酯树脂因为具有酯基，密度低，综合了环氧　　　　　　　　　树脂的粘结性能和不饱和树脂的加工工艺。Ｗａｌｓｈ¨　４。］　　　　　　　　　　　　　　　在测试ＵＨＭＷＰＥ纤维增强复合材料的抗弹道侵彻　　　　　　　　　　　　　　　　的性能中发现，乙烯基酯树脂由于对纤维具有较好的　　　　　　　　　　　　　　粘结性，因此乙烯基酯复合材料的吸能性高于聚氨酯　　　　　　　　　　　　　　　基复合材料。但它作为热固性树脂（包括环氧树脂和　　　　　　　　　　　　　　　　酚醛树脂）所具有的低韧性特点限制了它在防弹复合　　　　　材料领域的应用。　　　　　３．２基体含量的影响　　　　　　　　　　　　　　　　　　熊杰＿４等人通过对芳纶层压复合材料弹道性能　　　　　　　　　　的研究，揭示了靶板的弹道极限、弹道性能指数与树脂　　　　　　　　　　　　体积含量的关系。他认为层压板的弹道极限主要取决　　　　　　　　　　　于织物层数，与树脂体积含量关系不大，然而树脂含量　　　　　　　　　　　　　　　　　太低或者太高都会对材料的防弹性能产生不利的影　　　　　　　　　　　　　　　　响。一方面树脂体积含量不能太低，防止树脂层过薄　　　　　　　　　　　　　　　　造成织物与树脂的界面黏结力过低，从而在子弹的高　　　　　　　　　　　速冲击下易产生界面粘结破坏；另一方面，树脂体积含　　　　　　　　　　　　量也不能过高，对于具有相同织物层数的层压板，树脂　　　　　　　　　　　　含量增加导致了靶板重量的增加，而且树脂含量偏高，　　　　　　　　　　　层间的树脂层变厚，而树脂层又是弱相，弹击时容易造　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　成树脂基体内聚破坏，不能充分发挥纤维的作用。　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ａｎｄｒｅｗ等认为，在两层织物之间仅需使用一层树　　　　　　　　　　　　　　　　脂薄膜，以保证树脂不会浸润到纤维之间或者穿过整　　　　　　　　　　　—　层纤维布，这样可以获得良好的弹道性能。同样Ｃｕｎ　　　　　　　　　　　　　　　ｎｉｎｇ＿４的专利也揭示了在层间铺三层树脂的复合材　　　　　　　　　　　料的防弹性能要明显逊于层间仅铺一层树脂的复合材　　　　　　　　　　　　　料。刘国权等人＿ｌ４。还分析了对于不同种类的树脂，增　　　　　加其体积含量会导致复合材料。值有不同的变化，　例如橡胶等热塑性树脂作为基体的防弹复合材料随着　　　　　　　　　　　　　基体含量的增加，Ｖ。逐渐趋向于某一个值，而不会降　　　　　　　　　　　　　　　低；而热固性树脂层合板当树脂含量增加到一定程度　　　　　　　　　　　　　　　　　　以后，随基体体积含量的增加而下降。同样，对于　　　不同纤维增强的防弹复合材料，理想树脂含量也是不　　　　　　　　　　同的。表２为不同纤维增强防弹复合材料的理想树脂　　　含量。　　　　　　　　　　　　　　　从表中可以发现，防弹复合材料所采用的树脂体　　　　　　　　　　　　　　　　积含量一般都低于３Ｏ。主要是是由于防弹复合材　　　　　　　　　　料中树脂对靶板刚性和结构整体性的主要贡献仅为树　　　　　　　　　　　　　　　脂与织物表面纤维的粘结，避免纤维在弹丸冲击下产　９８　　　材料工程／２０１０年ｌ１期　　　　表２不同纤维增强体最佳树脂基体含量　］　　　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ２Ｔｈｅｂｅｓｔｍａｔｒｉｘｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅ　　　　　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｉｂｅｒｓ　　　Ｔｈｅｂｅｓｔｍａｔｒｉｘ　Ｆｉｂｅｒ　　Ｍａｔｒｉｘ　　Ｆａｂｒｉｃｔｅｘｔｕｒｅ　　　ｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ　　　　ｔＭＷＰＥｆｉｂｅｒ　ＬＤＰＥ　（）ｒｔｈ０ｇｏｎａ１ｉｔｙ　Ｋｅｖｌａｒ　　　　　Ｐｈｅｎｏｌｉｃｒｅｓｉｎ／ＰＶＢＰｌａｉｎｗｅａｖｅ　　Ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ　Ｅｐｏｘｙ　　Ｐｌａｉｎｗｅａｖｅ　　　　　　　　　　　生滑移，充分发挥纤维高强高模特性及传递应力、均衡　　　　　　　　　　　　　　载荷等功能，树脂自身的碎裂吸能并不是弹道吸能的　　　主要方式。　　　　　　　　　复合材料的成型压力对材料的防弹性同样具有很　　　　　　　　　　　　　大的影响＿４，主要是由于成型压力直接影响了材料的　　　　　　　　　　　　面密度、体密度以及界面强度。成型压力较小时，层与　　　　　　　　　　　层之间结合不够紧密，当一部分纤维受到冲击时，无法　　　　　　　　　　　　　　通过层间耦合与其他纤维相互作用，纤维的协同效应　　　　　　　　　差，不利于应力波的传递和冲击能量的耗散，因而吸能　　　　　　　　　　　　　　较低。随着成型压力的提高，纤维间协同效应越来越　　　　　　　　　　　　强，吸能迅速提高，然而，达到最大值后，继续提高成型　　压力将使层板弯曲刚度提高，不利于纤维的拉伸变形，　　　　　　　　　　使得参与拉伸断裂的纤维数目减少，因此吸能降低。　　４界面对防弹性能的影响　　　　　　　　　　　　　　界面的作用是促使纤维和基体形成一个整体，通　　　　　　　　　　　过它传递应力［一。从微观角度看，界面是由表面原子　　　　　　　　　　　　　　　及表面亚原子构成，基体与纤维表面原子的构成取决　　　　　　　　　　　　　　于原子间的亲和力、原子和基团的大小以及复合材料　　　　　　　　　　制成后界面上产生的收缩量。对于复合材料中纤维与　　　　　　　①　　　　基体的结合，一般要满足如下性能：树脂与纤维的接　　　　　　②　　　　　　触角尽可能地小，以达到完全浸润；树脂黏度越小，　　③　　　　　　　　“　　　”　越容易浸润；用物理及化学方法清除薄弱界面并　　　　　赋予适当的粗糙度［。’　　　在防弹机理中，纤维与基体之间的界面脱粘是复　　　　　　　　　　　　　　　　合材料吸收弹体能量的一个重要方式。当界面粘　　　　　　　　　　　　接弱时，裂纹端部出现脱粘，脱粘引起的能量吸收主要　　　　　　　　　　　取决于粘接强度，当界面粘接强时，纤维被冲断和纤维　　　　端部应力松弛吸收能量。因此，适当降低界面粘接强度有利于提高冲击韧性¨　　　４。然而界面强度过低，基体　与纤维的抱合能力会下降，纤维在弹击作用下更易产　　　　　　　　　　　　　　　　生滑移，影响防弹性能［２。其中，针对表面惰性较强　　　　　　　　　　　　　　的ＵＨＭＷＰＥ纤维，人们开展了一系列表面改性研　　　　　　　　　　　　究。Ｍｏｏｎ通过氧等离子体刻蚀聚乙烯纤维表面，获　　　　　　　　　　　　　　　　　　得了满意的界面性能；Ｃｏｈｅｎ［将具有一定张力的　　　　　　　　　　　℃　ＵＨＭＷＰＥ纤维浸在石蜡油中并加热，发现在１４９　　　　　　　　　　　　左右时，纤维仅仅是表面膨胀而不会发生溶解，结果纤　维表面更加粗糙的同时避免了纤维性能的明显下降，　　　　　　　　　　　　由该纤维增强的乙烯基酯复合材料具备了更加良好的　　　　　　　　　　　　吸能性；郑震胡等人发现电晕法可使纤维表面氧化产　　　　　　　　　　　　　生微坑、表面交联等，消除了弱边界层，增大了表面能。　　　　　　　　　　　　　　　　这些方法均具有两方面的作用，一是通过对纤维表面　　　　　　　　　　　　的蚀刻作用，形成力学咬合力，另一方面是在纤维表面　　　　　　　　　　弓１人含氧基团，增强了纤维与树脂的作用力Ｅｓ４７。　　　　５防弹复合材料的结构设计　　　　　　　　　　　　防弹材料自问世以来就以迅猛的速度向前发展，　　由早期的普通金属防弹板到单层的纤维增强树脂基体　　　　　　　　　　　　　的防弹复合材料，再发展到当今多层次、梯度化结构复　　　　　　　　　合材料。表３为部分国内外关于防弹复合材料的结构　　　设计。　　　　　表３部分防弹复合材料的结构设计方法　　　　　　　　　Ｔａｂｌｅ３Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｓｏｍｅｂａｌｌｉｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　　从表３中不难看出，织物表层多采用压缩强度较　　　　　　　　　　　　　　　强的纤维，而内层多采用拉伸强度较大的纤维。除增　　强材料之外，树脂基体的性能也是结构设计考虑的重　　　　　　　　　　　　　要因素之一。ＣｕｎｎｉｎｇＨ朝认为，当里层纤维的韧性及　　　　　　　　　　　　　　　　断裂伸长率远远小于表层纤维，层与层之间所采用的　　　　　　　　　　　　　　树脂模量不低于４８．３ＭＰａ时，可获得优良的抗弹性　　　　　　　　　　　　　能。Ｐｒｅｖｏｒｓｅｋ［６１］认为在防弹材料的外表缠绕两层互　相正交的无纬布，可显著提高材料的弹道侵彻性能。　　　由于防弹材料正面以纤维压缩、剪切破坏为主，反　　　面以拉伸破坏为主，因此，正面材料单向板应该采用压　　　　　　　　　　　　缩强度较大的纤维如陶瓷纤维、高强玻纤等，背面则应　　　　　　　　　　　　　　　采用拉伸强度较大的纤维，如芳纶、ＵＨＭＷＰＥ纤维　　　　　　　　　　　　　等。背板若采用三维编织增强的复合材料ｌ６，可减少　　　　　　　　　　　　分层以及穿透现象。考虑到应力波的传递和织物组织　　　　　　　　　　　　　　　　及吸能的关系，可采用无编织物作为增强材料。在铺　一　　４　　２　　防弹复合材料结构及其防弹机理　９９　　　　　　　　　　　　　层过程中，可错配辅层角，有利于材料的防弹，主要由　　　　　　　　　　于裂纹穿过某层到达与相邻纤维辅层角不同的层之间　　　　　　　　　　　的界面时，由于相邻层中纤维织物辅层角的变化，对裂　　　　　　　　　　　　　　　　纹沿厚度方向扩散起到了阻碍作用，因而迫使裂纹转　　　　　　　　　　　　　向薄弱的界面扩展，这样辅层角不同的靶板受到的损　　　　　　　“　　伤相对较小且吸能较多。　　　６结束语　　　　　　　　　　　　　　防弹复合材料作为高性能防弹材料具有质量轻、　　　　　　　　　　　　　　　成本低和吸能性好等优点，已经广泛应用到防弹的各　　　　　　　　　　　　　　　　　个领域，并有着广阔的发展前景。但是随着武器装备　　　　　　　　　　　　的不断更新换代，对防弹复合材料也提出了新的挑战，　　　　　　　　　　　　　　仍有许多问题有待于进一步的解决，主要体现在以下　　　几个方面：　　　　　　　　　　　（１）对增强体的结构进行优化设计，研究增强体材　　　　　　　　　　　　　　　料的结构对复合材料细观结构和宏观性能的影响，尤　　　　　　　　　其是针对三维编织结构的研究还很少。　　（２）分析树脂基体与增强纤维的匹配性，针对不同　　　　　　　　的结构部位提出合适的基体树脂。　　　　　　　　　　　　　（３）研究复合材料界面粘接强度与防弹极限速率　　　　　　　　　的对应关系，建立相应的数学模型。　　　　　　　　　　　　（４）根据弹块在侵彻过程中复合材料的不同破坏　　　　　　　　　　　　　　　　模式，建立系统、详实的数据库，为防弹复合材料的设　　　　　计提供理论依据。　参考文献　　　　　　　　　　［１］梅志远，朱锡，刘燕红，等．纤维增强复合材料层合板弹道冲击　—　研究进展ＥＪ］．力学进展，２００３，３３（０３）：３７５３８８．　　　　　　　　［２］ＡＢＲＡＴＥＳ．Ｉｍｐａｃｔｏｎｌａｍｉｎａｔｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：ｒｅｃｅｎｔａｄｖａｎｃｅｓ　　　—　［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓＲｅｖｉｅｗ，９９４，４７（１１）：５１７５４４．　　　　　　　　　［３］ＡＢＲＡＴＥＳ．Ｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｒｍｏｒ　　　—　［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌＤｅＰｈｙｓｉｑｕｅＩＶ，２００３，１１０：６５７６６２．　　　　　　　　　［４］ＴＡＳＤＥＭＩＲＣＩＡ，ＨＡＬＬＩＷ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　　　　　—　—　ｏｎｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｉｎｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａ　　　　　　—　ｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｍｐａｃｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００７，３４（１１）：１７９７　１８１３．　　　　　　　　　　　［５］曾黎明．功能复合材料及其应用［Ｍ］．北京：化学工业出版社，　２００６．　　　　　　　　　［６］陈利民．织物特性对防弹复合材料弹道性能的影响［Ｊ］．纤维复　—　合材料，１９９５（０３）：６１０．　　　　　　　　［７］俞喜菊．防弹纤维复合材料中树脂的性能研究［Ｄ］．上海：上海　　　交通大学硕士学位论文，２００６．　　　　　　　　　ｒ８］ＮＡＩＫＮＫ，ＳＨＲＩＲＡＯＰ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｕｎｄｅｒｂａｌｌｉｓｔｉｃ　　　—　ｉｍｐａｃｔ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００４，６６（１４）：５７９５９０．　　　　　　　　［９］李琦，龚烈航，张庚申，等．芳纶与高强聚乙烯纤维叠层组合对　　—　弹片的防护性能［Ｊ］．纤维复合材料，２００４，（０３）：３５．　　　　　　　　　　［１０］金子明，沈峰，曲志敏，等．纤维增强复合材料抗弹性能研究　［１１］　［１２］　［１３］　［１４］　［１５］　［１６］　［１７］　［１８］　［１９］　［２Ｏ］　［２１］　［２２］　［２３］　［２４］　［２５］　［２６］　［２７］　［２８］　［２９］　［３０］　　—　［Ｊ］．纤维复合材料，１９９９，（３）：５９．　　　　　　孙志杰，张佐光，沈建明，等．ＵＤ７５防弹板工艺参数与弹道性　　　—　能的初步研究口］．复合材料学报，２００１，１８（２）：４６４９．　　　　　　黄玉松，陈跃如，邵军，等．超高分子量聚乙烯纤维复合材料的　　　　研究进展口］．工程塑料应用，２００５，（１１）：６９７３．　　　　　　　　　　　ＤＥＬＬＡＣＮ，ＳＨＵＤ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏ　　　　　　　ｔｕｂｅｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｕｌｔｒａｈｉｇｈｍｏｌｅｃｕｌａｒｗｅｉｇｈｔｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ口］．Ａｄ　　　　—　　ｖａｎｃｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄＦｕｎｃｔｉｏｎａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００８，１３６：４５５０．　　　　　　　　ＡＬＶＥＳＡ，ＮＡＳＣＩＭＥＮＴＯ１，ＳＵＲＡＲＺＥＪ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆ　　　　　　　　　　ｗｅａｔｈｅｒｉｎｇａｎｄｇａｍｍａｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｂａｌｌｉｓｔｉｃ　　　　　　ｂｅｈａｖｉｏｒｏｆＵＨＭＷＰＥｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｒｍｏｒ［Ｊ］．ＰｏｌｙｍｅｒＴｅｓｔｉｎｇ，　　　２００５，２４（１）：１０４１１３．　　　　王荣国，武卫莉，谷万里．复合材料概论［Ｍ］．哈尔滨：哈尔滨　　　工业大学出版社，２００１．　　　　　　　　　ＳＫ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｐｏｌｙｍｅｒｉｃａｎｄ　—　　　ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｓａｎｏｖｅｒｖｉｅｗ［Ｊ］．ＳＡＭＰＥｑｕａｒｔｅｒｌｙ，１９８９，２０（２）：—　　３８．　　　　　　　　薛璞，陶肖明，余同希．纺织复合材料能量吸收性能的研究进—　展［Ｊ］．力学进展，２０００，３０（Ｏ２）：２２７２３８．　　　　　张佐光，霍刚，张大兴，等．纤维复合材料的弹道吸能研究［Ｊ］．　　　　复合材料学报，１９９８，１５（２）：７４８０．　　　　　　　　　　　　—　ＷＡＭＢＵＡＰ，ＶＡＮＧＲ１ＭＤＥＢ，Ｌ０ＭＯＶＳ，ｅｔａＩ．Ｔｈｅｒｅ　　　　　　　　　　　ｓｐｏｎｓｅｏｆｎａｔｕｒａｌｆｉｂｒｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｏｂａｌｌｉｓｔｉｃｉｍｐａｃｔｂｙｆｒａｇｍｅｎｔ　　　ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔｉｌｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００７，７７（２）：——　２３２２４０．　　　　　　　　　—　ＲＣ）ＹＬＡＮＣＥＤ，ＷＩＬＤＥＡ，ＴＯＣＣＩＧ．Ｂａｌｌｉｓｔｉｃｉｍｐａｃｔｏｆｔｅｘ　　　　ｔｉｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＴｅｘｔｉｌｅＲｅｓｅａｒｃｈＪｏｕｒｎａｌ，１９７３，４３（１）：３４　４１．　　　　　　　　　　ＫＡＲＡＨＡＮＭ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｂａｌｌｉｓｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｅｎｅｒｇｙ　　　　　　　　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｏｆｗｏｖｅｎａｎｄｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌａｒａｍｉｄｆａｂｒｉｃｓ　　—　［Ｊ］．ＴｅｘｔｉｌｅＲｅｓｅａｒｃｈＪｏｕｒｎａｌ，２００８，７８（８）：７１８７３０．　　　　　李勇，陈南梁．机织平纹布和经编双轴向布层合材料抗冲击性　　—　能研究［Ｊ］．产业用纺织品，２００４，２２（Ｏ２）：２６２９．　　　　　　　梁子青，邱冠雄，周庆，等．纬编双轴向织物复合材料的弹道冲　　　　　　击响应［Ｊ］．纺织学报，２００３，２４（０３）：２１７２１９．　　　　　　　—　ＧＯＩＤＳＭＩＴＨＷ，ＣＨＡＮＧＨ，ＤＨＡＲＡＮＣＫＨ．Ｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃ　　　　　　　ａｎｄｂａｌｌｉｓｔｉｃｐｅｒｆｏｒａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｌａｍｉｎａｔｅｓ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａ　　　　　　　ｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌｉｄｓＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，１９９５，３２（１）：８９１０３．　　　　　　　　　　　ＬＥＥＬＢ，ＳＯＮＧＷＪ，ＷＡＲＤＴＥ．Ｆａｉｌｕｒｅｏｆｓｐｅｃｔｒａｐｏｌｙｅｔｈｙ　　　　　　　ｌｅｎｅｆｉｂｅｒ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｕｎｄｅｒｂａｌｌｉｓｔｉｃｉｍｐａｃｔｌｏａｄｉｎｇ　　　—　［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，１９９４，２８（１３）：１２０２１２２６．　　　　　　　　　　　ＧＡＢＲＩＥＬＬＡＦＣ．Ａｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｂａｌｌｉｓｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｏｒｎ　—　ｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＭａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒＳｙｍｐｏｓｉａ，２００６，２３９（１）：２１７２２６．　　　　张佐光，宋焕成，梁志勇．复合材料弹道性能的实验与估算［Ｊ］．　　　　—　　材料工程，１９９４，（６）：２８３１　　　　　　　　　　ＪＥＮＱＳＴ，ＫＵ０ＪＴ，ＳＨＥＵＬＴ．Ｂａｌｌｉｓｔｉｃｉｍｐａｃｔｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆ　　　　　　　—　３Ｄｆｏｕｒｓｔｅｐｂｒａｉｄｅｄｇｌａｓｓ／ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＫｅｙＥｎｇｉ　　　—　—　　ｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，ｌ９９８，１４１１４３：３４９３６６．　　　　　　练军．三维编织复合材料弹道侵彻模拟［Ｄ］．上海：东华大学博　　　　　　士学位论文，２００５．　　　　　　　—　ＢＡＵＣＯＭＪＮ，ＺＩＫＲＹＭＡ，ＱＩＵＹ．Ｄｙｎａｍｉｃａｎｄｑｕａｓｉｓｔａｔｉｃ　　　　　　　　ｆａｉｌｕｒｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆ３Ｄｗｏｖｅｎｃｅｌｌｕｌａｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．　　　　　　ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓａｎｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，２００４，２３（５）：　１Ｏ０　　　材料工程／２０１０年１１期　　４７ｌ一４８１．　　　　　　　［３１］徐静怡，顾伯洪．编织复合材料弹道冲击破坏形态及模式ＥＪ］．　　　　—　弹道学报，２００２，１４（２）：３９４３．　　　　　　　　　　　—　［３２１ＦＬＡＮＡＧＡＮＭＰ，ＺＩＫＲＹＭＡ，ＷＡＬＬＪＷ，ｅｔａ１．Ａｎｅｘｐｅｒｉ　　　　　　　　　—　ｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｖｅｌｏｃｉｔｙｉｍｐａｃｔａｎｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｆａｉｌ　　　　　　　—　ｕｒｅｍｏｄｅｓｉｎｔｅｘｔｉｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ３．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅ—　　ｒｉａｌｓ，１９９９，３３（１２）：１０８０１１０３．　　　　　　　　　　［３３］ＭＯＵＲＩＴＺＡＰ．Ｂａｌｌｉｓｔｉｃｉｍｐａｃｔａｎｄｅｘｐｌｏｓｉｖｅｂｌａｓｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　　　　　ｏｆｓｔｉｔｃｈｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＰａｒｔＢ－Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，—　　２０Ｏ１，３２（５）：４２９４３７．　　　　　　　　　　　１－３４３ＨＯＳＵＲＭＶ，ＫＡＲＩＭＭＲ，ＪＥＥＩＡＮＩＳ．Ｓｔｕｄｉｅｓｏｎｓｔｉｔｃｈｅｄ　　　　　　　　　ｗｏｖｅｎＳ２ｇｌａｓｓ／ｅｐｏｘｙｌａｍｉｎａｔｅｓｕｎｄｅｒｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙａｎｄｂａｌｌｉｓｔｉｃ　　　　　　—　ｉｍｐａｃｔｌｏａｄｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｓａｎｄＣｏｍｐｏｓ—　　ｉｔｅｓ，２００４，２３（１２）：１３１３１３２３．　　　　　　　　　　　　［３５１ＬＩＨＬ，ＫＷＯＮＹＤ，ＬＥＭＫＷ，ｅｔａ１．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｈａｖｉｎｇ　　　　　　　ｉｍｐｒｏｖｅｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｒＰ］．ＵＳＡＰａｔｅｎｔ：５５９１９３３，　—　　１９９７～０１７．　　　　　　　　Ｅ３６３何洋，梁国正，吕生华，等．超高分子量聚乙烯纤维复合材料用—　树脂基体的研究进展［Ｊ１．化工新型材料，２００２，３０（１０）：２９３２．　　　　　　　　［３７］ＬＯＤＥＷＩＪＫＬＪ，ＭＡＲＩＥＢＪＨ＿Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｐ］．—　—　　ＰＣＴ；Ｗ０００／２９４６８，２００００５２５．　　　　　［３８］沈春银，章忠秀，盛季生．聚合物／纳米粒子复合材料的制备及　　—　分散稳定机理［Ｊ］．化学与粘合，２０００（Ｏ４）：１７８１８１．　　　　　　　１，３９］赵俊山，王勇祥，邱桂杰，等．结构／功能一体化轻质复合防弹　—　材料研究［Ｊ］．玻璃钢／复合材料，２００５，（０１）：２２２４．　　　　　　　［４Ｏ］张小林，程金星，陶影，等．新型热塑性弹性体ＳＥＢＳ及其改性　—　的研究进展［Ｊ］．弹性体，２００５，１５（Ｏ６）：７２７６．　　　　　　［４１］ＡＲＡＺＩＺＳ，ＨＡＲＥＬＨ，ＭＡＲＯＭＧ．Ｐｏ１ｙｅｔｈｙｌｅｎｅ／ｐｏ１ｙｅｔｈｙ～　　　　　　ｌｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｂａｌｌｉｓｔｉｃｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＳＡＭＰＥ—　　Ｊｏｕｒｎａｌ（ＵＳＡ），１９９７，３３（４）：７２７５．　　　　　　　　　　　１，４２￣ＷＡＬＳＨＴＦ，ＬＥＥＢＬ，ＳＯＮＧＪＷ．Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｆａｉｌｕｒｅｏｆ　　—　　—　　Ｓｐｅｃｔｒａｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｂａｌｌｉｓｔｉｃ－ｇｒａｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　　——　［Ｊ３．ＫｅｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓ，１９９８，１４１１４３：３６７３８２．　　　　　　　　［４３１熊杰，顾伯洪，周国泰，等．防弹层压复合材料防弹性能的实验　—　研究［Ｊ］．纺织学报，２００３，２４（ｏ６）：４７４９．　　　　　　　　　［４４］ＰＡＲＫＡＤ，ＰＡＲＫＤ，ＰＡＲＫＡＪ．Ｂａｌｌｉｓｔｉｃｌａｍｉｎａｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　　　—　ｉｎｓｈｅｅｔｆｏｒｍｌ＇Ｐ］．ＵＳＡＰａｔｅｎｔ：ＵＳ７１４８１６２Ｂ２，２００６～１２０２．　　　　　　　［４５］ＣＵＮＮＩＮＧＨＡＭＤＶ．Ｕｎｉｑｕｅｂａｌｌｉｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｐ１．ＵＳＡ　—　—　　Ｐａｔｅｎｔ：Ｕ￥７４０７９００Ｂ２，２００８０８０５．　　　　　　　　　［４６］刘国权，杨大峰，梅树清．防弹用纤维复合材料最佳树脂含量　　研究ＥＪＪ．玻璃钢／复合材料，２ＯＯｌ，（２）：１３～１５．　　　　　　Ｅ４７１梁子青，周庆，邱冠雄，等．超高分子量聚乙烯纤维防弹复合材　—　料的研究［Ｊ］．天津工业大学学报，２００３，２２（２）：６９．　　　　　　［４８］张大兴，张佐光，仲伟虹，等．成型压力等因素对ＵＤ６６靶板弹　　　　　　道性能的影响ｌ，Ｊ３．北京航空航天大学学报，１９９９，２５（４）：３７８—　３８０．　　　　　　　　　　［４９１胡保全，牛晋川Ｉ．先进复合材料［Ｍ］．北京：国防工业出版社，　２００６．　　　　　　　［５Ｏ］彭刚，冯家臣，刘原栋，等．纤维增强复合材料抗弹吸能特性研　　究［Ｊ３．弹道学报，２００７，１９（Ｏ３）：ｌＯ一１４．　　　　　　　　—　　［５１］ＭＯＯＮＳＩ，ＪＡＮＧＪ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｏｘｙｇｅｎｐｌａｓｍａｔｒｅａｔｍｅｎｔ　　　　　　　　　　　　　　　ｏｆＵＨＭＷＰＥｆｉｂｅｒｏｎｔｈｅｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＵＨＭＷＰＥ－　　　　　ｆ｜ｂｅｒ／ｖｉｎｙｌｅｓｔｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈ～—　　ｎｏｌｏｇｙ，１９９９，５９（４）：４８７４９３．　　　　　　　　　Ｅｓ２］ＣＯＨＥＮＹ，ＲＥＩＮＤＭ，ＶＡＹＫＨＡＮＳＫＹＬＥ，ｅｔａ１．Ｔａｉｌｏｒｉｎｇ　　　　　　ｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｉｎｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｆｉｂｅｒ／ｍａｔｒｉｘｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：ｓｕｒｆａｃｅ～　　　　—　　ｅｎｔａｎｇｌｅｄｉｎｔｅｒｒａｃｉａｌｌａｙｅｒＥＪ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＰａｒｔＡＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉ～　　　—　　ｅｎｃｅａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，１９９９，３０（１）：１９２５．　　　　　　　　　　　　　［５３３ＺＨＥＮＧＺ，ＴＡＮＧＸｚ，ＳＨＩＭＷ，ｅｔａ１．Ａｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｉｎｆｌｕ～　　　　　　　　　　　—　ｅｎｃｅｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｃｏｒｏｎａｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎＵＨＭＷＰＥｆｉｂｒｅｓｉｎｒｅｉｎ　　　　ｆｏｒｃｅｄｖｉｎｙｌｅｓｔｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓＩ－Ｊ］．ＰｏｌｙｍｅｒＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００３，—　　５２（１２）：１８３３１８３８．　　　　　　［５４］郑震，唐小真，施楣梧，等．ＵＨＳＰＥ纤维的表面改性及其增强　　　　　复合材料防弹性能的研究Ｉ－Ｊ］．兵器材料科学与工程，２００２，２５—　　（６）：３７．　　　　　　　　［５５３张佐光，孙志杰，张大兴．一种复合材料高效高强度承力防弹　　—　板Ｉ－Ｐ１．中国专利：ＺＬ０２２５６５６２．０，２００３一１００１．　　　　　［５６］张佐光，仲伟虹，孙志杰，等．轻质复合材料防弹板［Ｐ］．中国专　——　利：ＺＬ９９２１０９８６．８，２００１１２４．　　　　　［５７］吴杨佳君．一种多层结构复合材料防弹板及防弹装置［Ｐ］．中国　——　专利：ＺＬ２００５２００３７９５４．６，２００６１２１３．　　　　　　　　　Ｅ５８］陈成泗，陈冠军．高性能ＰＥ材料与陶瓷板复合的防弹胸插板　—　［Ｐ］．中国专利：ＺＬ２００５２０１２９５１０．５，２００６～１０１８．　　　　　　　　［５９］孙志杰，张佐光，张大兴．一种复合材料防弹承力装甲板［Ｐ］．　—　中困专利：ＺＬ０２２５６７８９．５，２００３～０９１７．　　　　　　　　　—　［６０３ＨＡＲＰＥＬＬＧＡ，ＰＲＥＶＯＲＳＥＫＤＣ．Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎａｎｄｂｌａｓｔｒｅ　　　　　ｓｉｓｔａｎｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｐ］．ＵＳＡＰａｔｅｎｔ：５３７６４２６，１９９４—　　１２～２７．　　　　　　　　［６１］ＰＲＥＶＯＲＳＥＫＤＣ，ＬＥＭＫＷ，ＫＷＯＮＹＤ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ　　　　　　ｈａｖｉｎｇｉｍｐｒｏｖｅｄｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ［Ｐ］．ＵＳＡＰａｔｅｎｔ：—　—　　５５４５４５５，１９９６０８１３．　　　　　　　—　１，６２］ＧＲＯＧＡＮＪ，ＴＥＫＡＬＵＲＳＡ，ＳＨＵＫＬＡＡ，ｅｔａ１．Ｂａｌｌｉｓｔｉｃｒｅ　　　　　　　　　ｓｉｓｔａｎｃｅｏｆ２Ｄａｎｄ３Ｄｗｏｖｅｎｓａｎｄｗｉｃｈｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌｏｆ　　　　　　ＳａｎｄｗｉｃｈＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００７，９（３）：２８３～３０２．　　　　　　　　［６３］黄英，刘晓辉，李郁忠．Ｋｅｖｌａｒ织物增强复合材料层合板冲击　　　　　　　—　损伤特性研究［Ｊ］．西北工业大学学报，２００２，２０（３）：４８６　４９１．　　　　　　［６４］黄英，刘晓辉，李郁忠．玻纤织物增强复合材料层合板的冲击　—　损伤特性研究口］．机械科学与技术，１９９９，１８（０３）：４８３４８８．　　　　　　　　　　　　　　　基金项目：天津市自然基金资助项目（１０ＪＣＹＢＪＣ０２３００，　ｏ９ＪＣＹＢＪＣ０３７００）　　——　　——　收稿日期：２００９０７２７；修订日期：２０１００４１５　　　　　　　　作者简介：陈磊（１９８６～），男，硕士研究生，主要从事抗冲击复合材料的　　　　　　—　研究，联系地址：天津市河东区成林道６３号（３００１６０），Ｅｍａｉｌ：ｘｌｃｈｅｎｌｅｉ　　＠１６３．ｅｏｍ