剪切增稠柔性防护材料及其动态力学行为研究

轻质、柔性是防护材料的发展方向，本项目利用剪切增稠原理，以高性能纤维织物为基材，通过剪切增稠流体（STF）浸渍，使其具有可逆变形增强功能；利用分散相纳米颗粒种类、形态、尺寸、浓度和分散介质种类、分子量等变化制备流变和动态力学响应可控的STF；利用纳米颗粒表面改性增进其与纤维表面的结合，增强颗粒与纤维间、纤维与纤维间和织物与弹片间的摩擦，提高动能吸收性能；利用改进分离式霍普金森压杆研究STF和STF-纤维织物复合材料在高应变速率条件下的动态力学响应行为，优化STF和复合材料的制备工艺；通过弹道和抗刺实验，研究复合材料的破坏模式与子弹/刀侵彻速度之间的关系；通过对复合材料在侵彻过程中的数学建模与计算机模拟，预测复合材料的动态力学行为和防护性能；研究STF-纤维织物复合材料的纳米、微米多尺度结构与防护性能的相关性规律。为研发具有实用价值的新型智能柔性防弹兼备防刺复合材料提供理论和技术支撑。

轻质、柔性是个体防护材料的发展方向，本项目利用剪切增稠原理，以高性能纤维织物为基材，通过剪切增稠流体（STF）浸渍，使其具有可逆变形增强功能。研究分散相纳米颗粒的制备、改性及其与分散溶剂复合制备剪切增稠流体（STF），通过纳米颗粒形态、尺寸、浓度等变化和表面改性等控制STF的流变性能；以高性能纤维织物为基材，通过STF浸渍，制备具有变形增强功能的STF-纤维织物防护材料；研究STF-纤维织物复合材料的动态力学性能。主要研究结果：（1）确定出一种适合增稠流体用的纳米SiO2的制备方法，通过表面接枝改性解决了纳米SiO2在分散介质中的悬浮稳定性问题；（2）建立了分散相颗粒质量分数、颗粒粒径、粒径分布和表面状态等因素对STF流变性能的影响规律；（3）揭示了高速与低速冲击下STF的动态力学响应规律；（4）设计了落锤式冲击试验机，可有效评价复合材料的吸能特性和防护效果；（5）通过浸渍法制备了STF/织物防护材料，建立了浸渍工艺对防护性能的影响规律，优化了制备工艺，初步揭示了STF对织物防刺性能的增强机理。本研究为开发具有实用价值的新型智能柔性防护材料提供了理论和技术支撑。