超高分子量聚乙烯纤维防护机理研究综述

莫根林，刘 静，金永喜，闫文敏

(1.杭州职业技术学院，浙江 杭州 3100182；2.江苏大学 先进制造研究院，江苏 镇江 212013；3.瞬态冲击技术国防科技重点实验室，北京 102202)

1 引言

自第一次世界大战以来，防弹衣成为单兵防护装备的重要组成部分，在减少部队作战人员伤亡、提高单兵生存能力、增强作战效能方面发挥着重要作用。高性能纤维增强复合材料由于具有重量轻、防护性能高、无二次杀伤效应等优点，在软体防弹衣和硬体防弹衣中获得了广泛应用[1]。

纤维是高性能纤维增强复合材料结构的主要承载部分，它经历了从高强尼龙、高强玻璃纤维、碳纤维到芳纶、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)等特种纤维的更新换代过程。表1为各种纤维的静态拉伸力学特性，UHMWPE纤维具有较高的断裂伸长率(3.7%)，比强度是芳纶纤维的1.48倍，具有良好的能量吸收特性。同等面密度情况下，防弹能力比芳纶纤维抗弹复合材料高约25%[5-7]。在此背景下，通过研究UHMWPE纤维增强复合材料靶板的防护机理提高靶板的防护性能成为当前研究热点。

表1 纤维的静态力学特性[2-4]

2 UHMWPE纤维的力学性能

Kromm等[8]研究了应变率为0.001～0.01 s-1时70～140 ℃温度下SK75纤维束的力学特性；Huang[9]研究了UHMWPE纤维束在25 ℃、70 ℃下应变率为300 s-1和700 s-1时的力学性能；Russell等[10]研究了应变率为0.001～0.1 s-1时UHMWPE纤维束的力学特性；Koh等[11]采用Hopkinson杆研究了Spectra 900纤维束在应变率为100～400 s-1左右时的力学性能；张华鹏[12]利用Hopkinson杆研究了SK65纤维束在应变率为900 s-1时的力学性能和破坏模式，并利用弱环理论分析了纤维的强度分布特性；王庭辉等[13]采用Hopkinson杆测量了UHMWPE纤维在应变率2 500 s-1左右时纤维束的力学性能。……