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超高分子量聚乙烯(Ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维因其高强高模、断裂伸长适中、低密度、高应变波速等优点,成为目前抗冲击领域中应用的一种最有竞争力的高性能纤维。然而目前对于具有低树脂体积含量UHMWPE纤维增强复合材料的研究鲜见报导。本课题以水溶性聚氨酯、线性低密度聚乙烯(Linear-low density polyethylene,LLDPE)及乙烯基酯作为UHMWPE增强的复合材料的三种基体,制备了不同树脂体积含量的复合材料,并建立复合材料抗冲击性能与树脂体积含量以及界面强度之间的联系。
本课题首先研究了UHMWPE纤维增强几种树脂基复合材料的制备工艺,确定了UHMWPE/水溶性聚氨酯以及UHMWPE/LLDPE复合材料的成型温度及压力。并对UHMWPE/乙烯基酯复合材料复合工艺及树脂体系中的固化剂含量进行了探讨。
其次,本课题建立了UHMWPE纤维增强复合材料抗冲击性能与树脂体积含量的关系。研究发现,随着树脂体积含量的升高,几种复合材料发生主要损坏时的应力均随着树脂含量的减小而降低,而最大应变则随着树脂基体含量的减小而升高。此外,复合材料单位厚度的吸能则随着树脂体积含量的减少先升高后降低。相对于其他两种复合材料,UHMWPE/LLDPE复合材料单位厚度吸收的能量较多。
再次,本课题通过研究复合材料树脂体积含量与其界面强度的联系发现,对于这几种树脂基复合材料,随着树脂体积含量的逐渐降低,复合材料的界面强度呈现出逐渐降低的趋势。
最后,本课题建立了复合材料的抗冲击性能与界面粘接强度的联系。随着复合材料界面粘接强度的逐渐减小,这几种复合材料的发生主要损坏时的冲击应力均逐渐减小,而最大应变则逐渐增大。此外,复合材料的吸能呈现出先增大后减小的趋势。