轻质防弹复合材料技术发展与研究

复合材料技术的研究现状与发展趋势复合材料技术在过去几十年中有了较大的发展，创造了大量的应用场景，也极大地推动了相关行业的进步。

本文将从研究现状以及未来的发展趋势两个方面来探讨复合材料技术的发展。

一、研究现状1.复合材料的定义复合材料是指将两种或两种以上不同材料结合在一起所形成的材料，通过对其进行复合，可以有效提高其力学性能和其他性能指标。

2.制造复合材料的方法目前制造复合材料的方法有很多种，其中最常见的方法是：手工铺层法、机器成型、自动复合机材法、自动纺织机法等。

每种方法都有其特点和适用范围。

3.复合材料的应用复合材料的应用领域非常广泛，如航空航天、汽车、船舶、建筑、电子等领域。

例如，碳纤维复合材料被广泛应用于航空领域中，可以制作轻量化的飞行器部件，如机翼、尾翼、机身等。

4.复合材料的优缺点复合材料具有较高的强度、刚度和韧性，同时还具有重量轻、易成型、良好的耐腐蚀性等优点，因此得到了广泛的应用。

但是，相对于传统材料来说，复合材料的成本较高，并且其开发和制造过程中还存在一些技术难点。

二、发展趋势1.材料的多样化和复合材料的集成在未来的发展趋势中，复合材料材料的多样化和复合材料的集成将是其中的关键点。

由于不同的材料具有不同的特性，因此它们可以用于不同的应用领域。

例如，钛合金和钢可以用于制造大型飞行器，而纤维素和树脂可以用于制造家具和纸质制品。

2.制造过程的自动化和数字化制造过程的自动化和数字化也是未来发展的重要方向。

通过在制造过程中引入自动化和数字化技术，如3D打印技术，可以提高制造效率和质量，同时降低成本。

3.绿色复合材料的开发随着环保意识的不断提高，绿色复合材料的开发也将成为一个重要的方向。

目前已有一些绿色复合材料得到了广泛应用，如生物基复合材料和可降解的聚酯复合材料等。

这些材料既具有较高的性能，又能够快速降解，并对环境产生较小的污染。

4.应用领域的扩大未来，复合材料的应用领域也将不断扩大。

例如，目前一些复合材料已经被用于制造电池、太阳能电池板和医疗器械等领域。

第1期纤维复合材料㊀No.1㊀1352024年3月FIBER ㊀COMPOSITES ㊀Mar.2024UHMWPE 纤维增强防弹复合材料研究毛倩楠1,王宇皓1,安㊀苗1,张㊀娟2,刘国权1(1.国防工程研究院工程防护研究所,洛阳471023;2.陆军工程大学训练基地,徐州221004)摘㊀要㊀UHMWPE 纤维由于分子链上没有不饱和基团,对酸㊁碱和有机溶剂有很强的抗腐蚀性,耐光㊁热㊁老化性能优良,比强度和模量都很高,且能量吸收性和耐磨损性好,特别适合作为防护材料㊂文中UHMWPE 纤维防弹复合材料,是由改性聚苯乙烯树脂和UHMWPE 纤维复合而成,针对其力学性能进行表征并根据实验结果优化组分配比及合成工艺,结果显示组分配比为EVAʒST =15ʒ85㊁ABIN =0.5%和TAIC =2%时制备的树脂复合材料具有合适的拉伸㊁剥离强度,这一配比的树脂复合材料可以获得最佳的抗冲击能力㊂研究成果为改性聚苯乙烯树脂和UHMWPE 纤维复合材料用作防弹材料提供了实验基础和数据支撑㊂关键词㊀UHMWPE 纤维;聚苯乙烯树脂;复合材料;剥离强度UHMWPE Fiber Reinforced Bulletproof Composite MaterialMAO Qiannan 1,WANG Yuhao 1,AN Miao 1,ZHANG Juan 2,LIU Guoquan 1(1.Engineering Protection Research Department,Luoyang 471023;2.Training Base of Army Engineering University,Xuzhou 221004)ABSTRACT ㊀The UHMWPE fiber has strong corrosion resistance to acids,alkalis,and organic solvents due to the ab-sence of unsaturated groups on their molecular chain.The UHMWPE fiber has excellent light resistance,heat resistance,aging performance,high specific strength and modulus,and good energy absorption and wear resistance,especially suitable for protective materials.The UHMWPE fiber bulletproof composite material was composed of modified polystyrene resin and UHMWPE fiber.The mechanical properties of UHMWPE fiber were characterized and the group allocation ratio and synthe-sis process were optimized according to the experimental results,which provided experimental basis and data support for the material to be used as a protective material.KEYWORDS ㊀UHMWPE fiber;polystyrene resin;composite;peel strength通讯作者:刘国权,男,研究生硕士,正高级工程师㊂研究方向为工程材料㊂E -mail:442961927@1㊀引言近年来,由于世界各地区冲突和战争不断,恐怖事件蔓延不止,军事装备工业得到迅猛发展,因此防弹材料的开发和研究越来越受到重视,投入应用的品种也越来越多,如防弹背心㊁头盔,以及坦克㊁飞机㊁舰船等的防护部件㊂超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE),又被称为超高强-高模聚乙烯纤维(UHS -HMPE )或伸长链聚乙烯纤维(ECPE),是20世纪70年代由荷兰的Pennings 首先成功地采用 凝胶纺丝-热拉伸 的方法得到,并由DSM 公司进行工业化生产,其主要过程是将纤维复合材料2024年㊀超高分子量聚乙烯树脂热溶解于溶剂中,在速冷的条件下形成凝胶后,高温下挤出呈纤维,在经过脱溶剂化处理和拉伸取向,得到高结晶度的超高强-高模聚乙烯纤维[1-4]㊂在纺丝过程中,通过数十倍的高度拉伸时大分子链沿轴向充分舒展,形成了平行排列的伸直链结构,显著减少了内部缺陷,使UHMWPE纤维具有远高于常规PE材料的高结晶度和高取向度㊂通常其结晶度在85%以上,而取向度则高于95%㊂UHMWPE纤维不仅强度和模量比Kevlar高,而且密度比Kevlar还要低,只有0.97g/ cm3,Kevlar为1.47g/cm3,因而其应变波速比Kevlar要高出许多,纤维弹道防护性能超过了以Kevlar为代表的芳族聚酰胺纤维,断裂伸长率大于高强碳纤维,成为防弹领域里一种极具吸引力的高技术纤维[5-8]㊂但是,聚乙烯纤维是一种非极性材料,经过凝胶热拉伸后,分子链完全伸展,纤维内部高度取向和高度结晶,表面会在拉伸应力下产生一层弱界面层(约10-100nm),UHMWPE纤维表面为惰性表面,不易被树脂润湿,即不能形成力学咬合作用,这些都对复合材料中UHMWPE纤维与树脂的粘附性有着负面的影响[9-12]㊂经过研究领域分析为了充分利用UHMWPE纤维的潜能,急需优化制备工艺以便能制造一种UHMWPE纤维防弹复合材料[13-15]㊂2㊀实验制备改性树脂材料制备:先采用减压蒸馏法提纯市售的苯乙烯;将提纯后的苯乙烯树脂置于油浴温度为70ħ的烧瓶中,均匀分成八份,用电子天平按苯乙烯树脂质量比0㊁5%㊁10%㊁15%㊁20%㊁25%㊁30%㊁35%称取不同乙烯-醋酸乙烯酯(EVA),分别加入苯乙烯(ST)中,充分搅拌,使其均匀混合成8种透明溶液;按质量比0㊁1%㊁2%㊁3%㊁4%用电子天平称取三烯丙基异氰脲酸酯(TAIC),分别加入到8种透明溶液中,混合均匀后得到不同配比的EVA改性ST树脂;用YD1201N精密电子天平称取树脂胶液总量0.5%的引发剂偶氮二异丁腈(AIBN),溶于少量苯乙烯溶液中混合均匀,浇铸在预先准备好的钢制模具中,静置10min消除气泡,然后将装置密封,放入鼓风干燥箱中,升温至70ħ,保温6h;将温度升至90ħ,保温2h,冷却后脱模得到改性PS浇铸体的平板试样㊂改性聚苯乙烯树脂和UHMWPE纤维复合材料制备:防弹复合材料的制备:将超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维在改性聚苯乙烯弹性体中充分浸渍后,放置在平板模具上用真空袋密封,真空泵抽真空达到-0.08MPaʃ0.01;改性聚苯乙烯弹性体和超高分子量聚乙烯纤维织物的质量分数比约为1ʒ9;将试样放入烘箱,将烘箱温度采用梯度升温的方式,固化温度为100ħ/4h+120ħ/4h使得改性聚苯乙烯弹性体充分固化,冷却后制备得到复合材料㊂3㊀结果与讨论3.1㊀树脂基体的组成与力学性能表征EVA含量胶液在50ħ下粘度随时间变化如表1所示㊂可以看出,随着EVA含量的增加,树脂胶液的粘度迅速增大㊂聚苯乙烯(PS)的粘度在25ħ下时小于1mPa㊃s,当EVA含量增加到10%时,体系粘度增加到200mPa㊃s以上;当EVA含量增加到35%时,体系粘度增加到1000mPa㊃s以上㊂随着时间的延长,树脂胶液的粘度逐渐增大但并不明显,可以认为在60min内,树脂胶液的工艺特性变化不大㊂此阶段树脂粘度的增大可能原因有两个:一是苯乙烯在此温度下,由于AIBN的存在,进行了少量的自由基聚合;二是50ħ下,苯乙烯在开放体系中有部分挥发,导致体系的粘度增大㊂从复合材料成型工艺经验判断,EVA含量为15% -35%时,粘度为500mPa㊃s~1000mPa㊃s,均能满足复合材料湿法成型㊂表1㊀50ħʃ2ħ恒温下改性树脂的粘度EVA质量分数/%粘度/mPa㊃s0min10min20min30min40min50min60min00.780.750.710.760.780.850.9057875787982891001021421521422524124927015501503514526543566587207657827938008048138172581282683784185086087030906924933948952965970351018104610511060106710721083 25ħ下不同EVA含量改性树脂的粘度如表2631㊀1期UHMWPE纤维增强防弹复合材料研究所示,相比50ħ时,高EVA含量的体系粘度急剧增加,当EVA含量达到30%时粘度高达6800mPa ㊃s,已经不适合手糊工艺㊂因此,从工艺性来考虑,改性树脂中EVA含量不宜大于20%㊂表2㊀25ħʃ2ħ恒温下改性树脂的粘度FVA含量/%05101520253035粘度/mPa㊃s0.826530854412212278680112000树脂的力学性能与复合材料的防弹性能密切相关,当复合材料受到子弹冲击时,为了能够最大范围内吸收子弹的冲击能量,所用树脂基体要能够与纤维保持同步伸长和断裂,进而发挥其抗弹作用㊂不同EVA质量分数下改性树脂的力学性能如表3所示,可以看出,随着EVA质量分数的逐渐增加,改性树脂的拉伸强度也相应增大,拉伸模量和弯曲模量逐渐降低,弯曲强度先增加后降低,断裂延伸率逐渐增大㊂改性树脂浇铸体拉伸强度和断裂延伸率随EVA含量的增加而增加是因为EVA和聚苯乙烯二者的模量相差较大,EVA的加入使得树脂的韧性增强,拉伸性能得到提高㊂同时改性树脂良好的柔韧性也使其具有很高的断裂延伸率㊂弯曲强度随EVA含量先增加后下降,由于PS是典型的脆性材料,当柔韧性好的EVA含量较低时,和PS共固化过程中,能改善其脆性,增加韧性,使得试样弯曲强度升高,当EVA含量超过20%时,改性PS由强韧材料转变成橡胶状态,使得承载能力下降㊂因此,从改性PS的力学性能来看,EVA含量在15-20%较为合适㊂表3㊀不同EVA质量分数下改性树脂的力学性能EVA质量分数/%05101520253035拉伸强度/MPa33.644.757.864.467.567.969.672.7拉伸模量/GPa 2.712.642.412.261.870.75--断裂延伸率/%2.622.743.613.898.9955.610461231弯曲强度/MPa67.471.680.889.772.5---弯曲模量/GPa 2.642.602.342.211.67---为了进一步考察树脂组成对浇铸体力学性能的影响,选用EVA含量为10%㊁15%㊁20%和25%的体系作为研究对象,研究了不同TAIC含量对树脂体系拉伸强度和弯曲强度的影响,如表4所示㊂可以发现,随着TAIC添加量的增加,树脂浇铸体的拉伸强度和弯曲强度先增大后减小,当TAIC含量达到2%时,各EVA含量的浇铸体拉伸和弯曲强度均能达到较大值㊂出现这种现象的原因是随着交联剂TAIC含量的增多,树脂基体交联度增大,树脂中以化学键链接的分子链增多,抵抗外力的变形能力增强,因此材料抗外界载荷能力有所提升㊂随着交联剂TAIC含量的继续增加,复合材料交联度过高,材料内部应力不能均匀载荷,容易集中于局部结构中,分子链之间难以发生相对滑移,链段间发生化学键交联产生更多易断的短链,树脂脆性增大,抗拉变形能力下降,导致改性聚苯乙烯树脂的强度降低㊂表4㊀不同TAIC添加量下改性树脂的拉伸性能TAIC含量/%10%EVA树脂强度/MPa15%EVA树脂强度/MPa20%EVA树脂强度/MPa25%EVA树脂强度/MPa 拉伸强度弯曲强度拉伸强度弯曲强度拉伸强度弯曲强度拉伸强度弯曲强度060.877.364.489.767.572.567.9-163.581.466.390.469.575.469.420.1 267.180.570.289.471.684.372.742.2 365.478.262.685.164.585.165.155.6 460.277.157.968.665.368.865.158.93.2㊀UHMWPE/改性PS复合材料的力学性能表征不同EVA:ST比例下复合材料拉伸强度和拉伸模量如表5所示㊂可见,当交联剂TAIC含量为2%时,随着EVA:ST比例的增大,复合材料拉伸强度有一定增大㊂原因是随着EVA含量的提高树脂韧性更好㊁与材料的界面粘接性也越好,在受到拉力时树脂的应力传递效果更好能更多地吸收能量,使拉伸强度增大㊂复合材料拉伸模量随EVA 含量增加的变化不大,基本保持在10GPa以上,其原因主要是改性PS与UHMWPE纤维的界面结合相对于传统玻璃纤维与环氧的界面要差一些,在拉伸作用下纤维没有断裂界面就破坏了㊂除了树脂中EVA与ST的比例外,交联剂含量也是影响复合材料力学性能的因素㊂不同EVA含量㊁AIBN添加量为0.5%时,不同交联剂TAIC添加量下复合材料的731纤维复合材料2024年㊀拉伸和弯曲性能实验数据如表6和表7所示㊂随着TAIC含量的增加,复合材料的拉伸强度和拉伸模量呈现先增大后减小的趋势㊂这是因为随着交联剂含量的增加,树脂基体交联度增加,当TAIC添加量为2%时,复合材料的拉伸和弯曲强度基本达到最大值㊂随着TAIC添加量的继续增加,复合材料的拉伸和弯曲强度下降㊂这是因为交联度过高时,材料内部应力不能均匀承载,易集中于局部结构,分子链间的相对滑移逐渐困难,导致复合材料拉伸和弯曲强度降低㊂表5㊀不同EVA含量复合材料的拉伸强度和拉伸模量(TAIC=2%,ABIN=0.5%)EVA含量/%拉伸强度/MPa拉伸模量/GPa1016312.11516910.42017011.12519911.0表6㊀不同TAIC含量下复合材料的拉伸强度和模量(ABIN=0.5%)TAIC含量%10%EVA复合材料15%EVA复合材料20%EVA复合材料25%EVA复合材料拉伸强度MPa拉伸模量GPa拉伸强度MPa拉伸模量GPa拉伸强度MPa拉伸模量GPa拉伸强度MPa拉伸模量GPa016011.316412.016710.917610.8 116212.616611.616811.118710.8 216312.116910.417011.119911.0 316113.216111.216411.118010.9 416012.215511.516511.116710.9表7㊀不同TAIC含量下复合材料的弯曲强度和模量(ABIN=0.5%)TAIC含量%10%EVA复合材料15%EVA复合材料20%EVA复合材料25%EVA复合材料弯曲强度MPa弯曲模量GPa弯曲强度MPa弯曲模量GPa弯曲强度MPa弯曲模量GPa弯曲强度MPa弯曲模量GPa01439.3214410.414310.11397.44 11479.611469.811429.331347.25 21519.341509.311449.281547.46 31459.1714810.01459.221468.03 41379.4014610.21509.791518.07针对不同的EVA:ST比例的复合材料试样进行剥离强度试验,据此直观量化复合材料的界面粘接性㊂不同比例的EVA:ST树脂制备的防弹复合材料剥离性能如图1所示,做等高线得到复合材料的平均剥离强度如表8所示,随着EVA与ST比例的增加,复合材料剥离强度增大㊂在复合材料加热固化过程中,UHMWPE纤维部分呈溶体状和树脂基体发生缠结,进而使两者界面粘接性增加㊂但聚苯乙烯是弱极性的,链段中只有碳碳饱和的主链和苯环侧基,当树脂中聚苯乙烯含量较高时,树脂基体较脆,因而剥离强度稍低㊂EVA是由无极性的乙烯单体和极性的乙酸乙烯单体共聚而成,随着EVA 含量的增大,树脂体系中还存在EVA接枝苯乙烯共聚物,使树脂和纤维间粘接性增大,表现为剥离强度的增加㊂831㊀1期UHMWPE纤维增强防弹复合材料研究图1㊀不同EVA:ST 比例对复合材料剥离强度的影响表8㊀不同EVA :ST 比例下复合材料的剥离强度EVA:ST 比例最大剥离强度/(N /5mm)最小剥离强度/(N /5mm)平均剥离强度/(N /5mm)EVAʒST =10ʒ9011.69.5110.6EVAʒST =15ʒ8515.710.413.7EVAʒST =20ʒ8016.210.913.6EVAʒST =25ʒ7518.411.714.8为考察交联剂添加量对复合材料剥离强度的影响,对于EVA ʒST 比例为15ʒ85㊁AIBN 含量为0.5%㊁同一固化条件下,研究了随着TAIC 添加量的增加,复合材料的剥离强度的变化趋势,如图2和表9所示㊂可以看出,随着TAIC 含量的增加,复合材料的剥离强度是逐渐下降的㊂在TAIC 添加量为2%时,复合材料的剥离强度出现添加TAIC 后的最大值㊂原因是未添加TAIC 时,树脂基体中还存在EVA 接枝苯乙烯等共聚物,与纤维的界面粘接性好;而随着TAIC 的加入,树脂的交联度增大,更多的苯乙烯交联成聚苯乙烯,虽然能够使树脂基体耐热性变好,但同时导致树脂基体变脆内聚力增强㊁和纤维的粘接作用减弱,因此复合材料剥离强度下降㊂表9㊀EVAʒST =15ʒ85下不同TAIC 含量对复合材料剥离强度的影响TAIC 含量%平均剥离强度/(N /5mm)最大剥离强度/(N /5mm)最小剥离强度/(N /5mm)015.119.610.9111.515.79.2213.216.310.0311.413.58.2410.513.17.94㊀结语(1)制备出聚苯乙烯树脂基体,探究了不同931纤维复合材料2024年㊀图2㊀EVAʒST=15ʒ85下不同TAIC含量对复合材料剥离强度的影响EVA含量对树脂体系粘度的影响,并表征了其力学性能,结果表明EVA含量在15%~20%较为合适㊂(2)进行了增强纤维材料的选择㊁复合材料制备工艺的确定,制备出改性PS/UHMWPE纤维复合材料,并研究了复合材料的拉伸性能㊁剥离性能㊂EVAʒST=15:85,ABIN=0.5%和TAIC=2%的树脂制备的复合材料具有合适拉伸㊁剥离强度,这一配比的树脂复合材料可以获得最佳的抗冲击能力㊂与传统防弹复合材料的制备相比,该防弹复合材料对固化温度和压力要求不高,成型工艺简便㊁设备简单㊁成本低廉,且便于大尺寸和异形件的一次成型,产品尺寸和形状不受限制,产品表面平滑规整㊂参考文献[1]赖娘珍,王耀先.芳纶纤维增强复合材料研究进展[J].玻璃钢/复合材料增刊,2010:5:164-167.[2]俞喜菊.防弹纤维复合材料中树脂的性能研究[D].上海交通大学,2007.[3]杨丽丽,吴晓青.不同厚度UHMWPE层合板抗侵彻性能的数值模拟[J].纤维复合材料,2014,03:36-38. 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轻质高强材料的研究与应用前景探析材料是现代科技与工业发展的基础。

在材料科学技术的发展过程中，轻质高强材料越来越受到研究者们的关注。

轻质高强材料具有质量轻、强度高、耐腐蚀、阻燃等优良的物理化学性能。

这样材料不仅可以大大减轻各种工程结构和机械设备的重量，还可以提高其安全可靠性，从而在航空航天、交通运输、建筑工程、电子信息、医疗器械等众多领域得到了广泛应用。

本文将就轻质高强材料的研究现状和应用前景进行探讨。

一、轻质高强材料的类型及特性1. 铝合金铝合金是轻质高强材料中最具代表性的一种材料。

它具有密度低（2.7g/cm³）、强度高、抗腐蚀性强、可加工性好等优良的物理化学性能。

同时，铝合金还具有优良的导热、导电性，可以很好地用于导热设备、电子元器件等领域。

铝合金的缺点是低的耐磨性和易于腐蚀，需要进行特殊处理。

2. 碳纤维复合材料碳纤维复合材料以其轻量化、高强度、高硬度等特点，被广泛应用于航空、航天、汽车、医疗器械等领域。

碳纤维复合材料的密度只有铝合金的1/4，强度却比铝合金高3倍以上。

同时，碳纤维复合材料还具有良好的耐磨性和耐冲击性能。

缺点是其加工难度和成本较高。

3. 镁合金镁合金是一种具有物理化学性质特殊的材料，具有质量轻、强度高、比强度高、加工性能优、环保无污染等优点。

目前，镁合金被广泛用于汽车、航空等行业。

虽然镁合金的密度比铝合金低，但相对铝合金的抗腐蚀性和机械性能相对较弱，使用范围有限。

二、轻质高强材料的研究现状轻质高强材料的研究和应用已经成为当今世界材料科学领域的热点之一，研究对象包括新型合金、金属基底纳米复合材料、石墨烯增强金属材料等。

研究者们通过制备不同组成的新型材料，并在材料结构和形成过程中进行优化，从而优化材料性能。

例如，研究者们将石墨烯纳入金属基底中，利用石墨烯的高强度、高导电性和高耐腐蚀性来增强材料的性能。

此外，还有利用3D打印技术生产铝镁合金零件，通过控制晶粒尺寸实现优化强度等。

复合材料在防弹材料中的应用研究在当今社会，安全问题备受关注，防弹材料的研发和应用显得尤为重要。

复合材料凭借其独特的性能，在防弹领域展现出了巨大的潜力。

防弹材料的需求主要源于军事、执法、安保等领域。

在战场上，士兵们需要有效的防弹装备来保护生命；执法人员在执行危险任务时，防弹背心是必不可少的防护工具；而在一些重要场所的安保工作中，防弹材料也能发挥关键作用。

为了满足这些需求，材料科学家们不断探索和创新，复合材料逐渐成为了研究的焦点。

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。

常见的复合材料包括纤维增强复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料等。

这些材料在防弹应用中各有优势。

纤维增强复合材料是目前应用较为广泛的一类防弹材料。

其中，芳纶纤维和超高分子量聚乙烯纤维是最为常见的增强纤维。

芳纶纤维具有高强度、高模量、耐高温等优点，其制成的防弹材料在抵御子弹冲击时能够有效地吸收能量，减少子弹的穿透力。

超高分子量聚乙烯纤维则具有更轻的重量和更高的强度，使得防弹装备在提供良好防护性能的同时，减轻了使用者的负担。

陶瓷基复合材料在防弹领域也有着出色的表现。

陶瓷材料本身具有很高的硬度，能够有效地抵挡子弹的冲击。

将陶瓷与其他材料如纤维增强复合材料结合，可以发挥两者的优势，提高防弹效果。

例如，氧化铝陶瓷和碳化硅陶瓷常用于防弹装甲中，它们能够使子弹在撞击时发生破碎、变形，从而降低其杀伤力。

聚合物基复合材料在防弹应用中主要起到缓冲和能量吸收的作用。

常见的聚合物如聚乙烯、聚酯等具有一定的柔韧性和弹性，能够在受到冲击时通过变形来吸收能量，减轻对人体的伤害。

复合材料在防弹材料中的应用，不仅仅是材料的简单组合，更涉及到复杂的结构设计和制造工艺。

例如，采用多层结构的防弹复合材料，通过不同材料层的协同作用，可以更好地抵御子弹的攻击。

在制造工艺方面，先进的成型技术如模压成型、注塑成型等能够确保复合材料的性能和质量稳定。

轻质高强复合材料在航空航天中的应用与前景在现代的航空航天领域，材料科学的发展对于先进飞行器的设计和制造起着至关重要的作用。

其中，复合材料以其承载性能优异、重量轻、抗腐蚀性好等特点在航空航天工业中得到了广泛应用。

1. 复合材料的优势复合材料由两种或两种以上的材料组成，这些材料在物理和化学上有着不同的性质，但是它们能够有机地结合在一起，形成一种新的材料。

相比于传统的金属材料，复合材料有如下的优势：1.1 轻量化复合材料由纤维增强体和基体组成，其中纤维增强体通常选用高强度、高模量的材料，如碳纤维、玻璃纤维等。

这些纤维在基体中分布均匀，形成一些微小的单元，这使得复合材料的重量比同等尺寸的金属材料轻很多，因此在航天器制造中扮演着重要的角色。

1.2 高强度复合材料的强度高于传统的金属材料。

因为在一定的负荷作用下，纤维增强体负责承受主要的拉伸应力，而基体则承担剪切和压缩的应力，这使得复合材料的承载能力比较高。

1.3 抗腐蚀性在特殊的环境下，金属材料的使用会受到严重的腐蚀，而这种现象在复合材料中并不会出现，因为复合材料不易锈蚀，而且还可抵抗强酸、强碱等化学腐蚀。

2. 复合材料在航空航天中的应用在航空航天工业中，复合材料的应用从早期的机翼构造到现在的大型卫星电力推进系统、人造卫星载荷舱体等方面。

主要的应用领域包括飞机机身、发动机及航空电子装备等。

2.1 飞机机身目前，复合材料机身已经成为各大飞机生产厂商争相应用的方向。

它减少了氧化铝、钛合金等传统材料的使用，因此通过降低飞机的重量，极大地提高了飞机的燃油效率。

2.2 发动机在航空航天领域，发动机是复合材料很广泛的应用领域之一。

发动机的大量结构件都已经用复合材料代替传统材料，这些复合材料通常都是高温稳定型的，以满足高温和抗氧化特性等性能要求。

2.3 航空电子装备航空电子装备使用复合材料具有重要的战略意义，在航空航天电子中广泛应用的复合材料包括碳纤维增强树脂基复合材料等。

复合材料的使用范围和未来发展趋势在现代工业和科技领域中，复合材料的应用越来越广泛。

从航空航天、汽车制造、建筑、电子、体育器材等领域到医疗器械、船舶制造、防弹材料等领域，复合材料已经成为必不可少的材料之一。

本文将探讨复合材料的使用范围和未来发展趋势。

一、复合材料的使用范围1.航空航天领域在航空航天领域，复合材料的应用范围非常广泛，如机翼、尾翼、机身等部件。

复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀等特点，可以有效降低飞机的重量和空气阻力，提高飞机的耐久性。

此外，复合材料还可以实现快速制造和自动化生产，可以降低生产成本，提高生产效率。

2.汽车制造领域在汽车制造领域，复合材料主要应用于车身、底盘、发动机和轮毂等部件。

相比传统金属材料，复合材料具有重量轻、强度高、密度小、抗腐蚀、隔音降噪等优势，可以大幅度提升汽车的燃油经济性、安全性、舒适性和环保性能。

此外，复合材料的应用也可以为汽车制造行业提供更多创新空间，加速汽车的智能化、自动化和电动化发展。

3.建筑领域在建筑领域，复合材料主要应用于建筑外墙、屋顶、楼梯和桥梁等结构中。

复合材料具有质轻、刚性好、耐久性强、维护成本低等特点，可以大幅度提升建筑物的抗震性能和耐久性能。

此外，复合材料还可以为建筑设计和施工提供更多灵活性和创新思路，实现建筑物的可持续发展和节能减排。

4.电子领域在电子领域，复合材料主要应用于各种电子产品的外壳、散热器和线路板等部件。

复合材料具有导热性好、绝缘性好、耐化学腐蚀等特点，可以提高电子产品的使用寿命和可靠性，降低电子产品的失效率和维修成本。

5.体育器材领域在体育器材领域，复合材料主要应用于高尔夫球杆、网球拍、滑板、自行车等器材中。

复合材料具有轻质、强度高、灵活性好等特点，可以提高器材的使用性能和运动员的竞技水平。

二、复合材料的未来发展趋势随着人们对高性能、高安全性、环保性要求的提升，复合材料作为新材料具有广阔的发展前景和市场潜力。

未来复合材料的发展趋势将主要表现在以下几个方向：1.多功能化未来的复合材料将发展成具有多种性能的复合材料，如电磁屏蔽复合材料、防涂污复合材料、自修复复合材料、有机太阳能电池复合材料等，以满足不同的应用需求。

直升机陶瓷复合装甲发展现状及新型材料应用前景武岳;王旭东;刘迪;李炯利;郭建强;李文博;张海平;曹振【摘要】目前国外军用武装直升机及运输直升机上均配置了轻质装甲材料.相比之下,国内直升机装甲配置在级别类型、数量、单架机面积等方面都远不如欧美发达国家.随着新一代军用直升机对抗弹生存能力提出了更高的要求,国内外对于新型装甲材料的开发也有了较大的进展.本文综述了国内外武装直升机用复合防弹装甲的发展状况,总结了直升机用复合防弹装甲未来的发展需求,分析了目前复合防弹装甲的抗弹机理、选材原则和材料在被武器打击过程中的吸能方式,并展望了梯度功能材料、微叠层材料、石墨烯改性陶瓷等新材料在军用直升机上的应用前景.为满足我国直升机的自主发展需求,我国对于性能优异的新型先进轻质防护材料的开发需求已刻不容缓.只有开发新型装甲材料才能提高我军直升机的生存能力,满足我国武器装备的作战需求,实现与世界先进直升机水平的同步发展.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2019(039)005【总页数】11页(P34-44)【关键词】武装直升机;复合装甲;抗弹机理;梯度功能材料;微叠层材料;石墨烯改性陶瓷【作者】武岳;王旭东;刘迪;李炯利;郭建强;李文博;张海平;曹振【作者单位】中国航发北京航空材料研究院铝合金所,北京 100095;北京石墨烯技术研究院有限公司,北京 100094;北京市石墨烯及应用工程技术研究中心,北京100095;中国航发北京航空材料研究院铝合金所,北京 100095;北京石墨烯技术研究院有限公司,北京 100094;北京市石墨烯及应用工程技术研究中心,北京 100095;中国航发北京航空材料研究院铝合金所,北京 100095;北京石墨烯技术研究院有限公司,北京 100094;北京市石墨烯及应用工程技术研究中心,北京 100095;中国航发北京航空材料研究院铝合金所,北京 100095;北京石墨烯技术研究院有限公司,北京100094;北京市石墨烯及应用工程技术研究中心,北京 100095;中国航发北京航空材料研究院铝合金所,北京 100095;北京石墨烯技术研究院有限公司,北京 100094;北京市石墨烯及应用工程技术研究中心,北京 100095;中国航发北京航空材料研究院铝合金所,北京 100095;北京石墨烯技术研究院有限公司,北京 100094;北京市石墨烯及应用工程技术研究中心,北京 100095;中国航发北京航空材料研究院铝合金所,北京 100095;北京石墨烯技术研究院有限公司,北京 100094;北京市石墨烯及应用工程技术研究中心,北京 100095;中国航发北京航空材料研究院铝合金所,北京100095;北京石墨烯技术研究院有限公司,北京 100094;北京市石墨烯及应用工程技术研究中心,北京 100095【正文语种】中文【中图分类】TB3在现有立体化作战模式中，军用直升机利用它独特的空气动力特性，可以不受地形、地物的限制，做到无需起降跑道，垂直上下、空中悬停、贴地飞行，极大地提高了陆军的机动作战能力，军事上有着不可取代的特殊作用[1]。

装备必须——复合防弹材料摘要：以玻璃纤维复合材料、芳纶为代表的新一代轻质防弹材料，与传统的航空防弹钢板、双硬度防弹钢板及陶瓷-轻合金防弹装甲材料相比，具有抗弹性能好、工艺方便和有明显减重的效果，也成为现代武装直升机和攻击机中使用的主要装甲材料。

一、前言：金属材料是现代装甲最重要的材料。

从普通钢装甲发展到高硬度钢装甲、双硬度钢复合装甲、乃至钛合金装甲，防护能力不断提高。

金属材料装甲对于坦克、装甲车、军舰等的防护起了重要作用。

但是对于人体近身防护和军机的防护，金属材料装甲却不适宜，因为太重，会影响战术性能的发挥。

于是在本世纪五十年代出现了轻质复合材料防弹装甲，如纤维复合材料装甲和陶瓷复合材料装甲相继问世，并得到不断发展。

二、防弹装甲结构：典型的陶瓷复合材料防弹装甲一般是以陶瓷材料作面板，纤维复合材料（典型的为碳纤维与芳纶、超高分子量聚乙烯等有机纤维的复合）为背板，中间用胶粘剂粘接复合，在陶瓷面板上铺有一层高强布作为止裂层。

陶瓷复合材料装甲是迄今为止最有效的轻质防弹装甲体系，与传统金属装甲相比，具有重量轻、防护水平高、工艺简单、可设计性好等优点。

在国外，陶瓷复合材料装甲已成为轻质航空装甲的主流，受到各国研究者的普遍重视。

三、防弹原理：(1) 破碎弹头。

这是重要的防弹机制之一。

不仅弹头破碎时耗散很多的能量，而且弹头碎块可将高度集中的能量予以分散，等效于加大着靶面积，可大大提高抗弹性能。

为了破碎弹头，装甲表面往往贴有坚硬的陶瓷面板。

（2) 靶板破坏与变形吸能。

弹丸作用于靶板，首先面板陶瓷破坏并形成倒锥作用于背板，背板将通过变形、分层和纤维断裂等吸收剩余的能量。

这里面板与背板的能量分配要合理。

面板不仅要能够破碎弹头，而且应能形成倒锥，利于背板作用的有效发挥;背板要能支撑面板，尽可能延长面板的破坏时间，充分发挥面板作用，同时应具有协同的大变形能力，这需要合理设计。

（3) 磨蚀作用。

破碎弹头进入破碎的陶瓷块中产生摩擦，弹头碎块与陶瓷碎块产生摩擦，陶瓷碎块之间由于弹头碎块的挤入，也会产生摩擦，最终结果是动能转变为热能。

基于复合工程材料的防弹设计技术第一章：引言防弹设计技术是近年来发展起来的一门重要技术，在军事、警务等领域都有广泛应用。

复合工程材料是一种具有优异机械性能、导热性能和抗冲击性能的材料，被广泛应用于防弹设计技术中。

本文将从复合工程材料的特点入手，探讨基于复合工程材料的防弹设计技术。

第二章：复合工程材料的特点复合工程材料是指由两种或以上的材料通过一定的加工工艺复合而成的材料，其特点主要包括以下几个方面：1.轻质高强复合材料由轻质材料和高强材料组成，可大大降低材料自身质量并提高其承载能力。

相对于传统材料，复合材料的重量可以降低50%以上，而强度却可提高2-3倍。

2.抗冲击性好由于复合材料的强度高，其抗冲击能力也很强。

在防弹设计中，复合材料主要承担着吸收弹头冲击能量的作用，因此抗冲击性能是非常重要的。

3.耐腐蚀性好复合材料中含有多种不同的材料，其中至少一种是不容易被腐蚀的。

因此，在防弹设计中，即使材料长时间暴露在恶劣环境中，其性能也不会受到太大影响。

第三章：基于复合工程材料的防弹设计技术基于复合工程材料的防弹设计技术主要包括以下两个方面：1.复合材料防弹板复合材料防弹板是由多层复合材料、陶瓷、金属等材料层层叠加而成的防弹材料。

其制作过程主要分为复合、压制和热处理三个阶段。

复合工程材料的高强度、轻质性以及优异的耐腐蚀性能，能够大大提高防弹板的防护能力，确保人员和设备的安全。

2.复合工程材料防护包复合工程材料防护包是一种能够提供身体防护的材料，通常用于防弹面罩、防刃背心等。

复合工程材料的高强度和轻质性能，不仅能够提供有效的防护，还可减轻穿戴者的负担，提高穿戴者的机动性。

第四章：案例分析复合工程材料防弹技术已经得到广泛应用，以下为几个案例：1.轿车安全材料汽车公司开发的高强度复合工程材料可以用于汽车的车身和底盘，提供更有效的安全保障。

2.刑侦现场安全设施警方在侦查工作中需要进入危险的现场，使用高强度复合工程材料制作的防弹面罩和防刃手套可以有效提高刑警安全。