周成飛

（北京市射線應(yīng)用研究中心，北京市科學(xué)技術(shù)研究院 輻射新材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100015）

0 前言

纖維-聚合物復(fù)合防彈材料是采用纖維織物或混雜纖維織物，在一定的工藝條件下與聚合物基體復(fù)合而制得的具有一定防彈性能的材料。因其具有質(zhì)量輕、動(dòng)能吸收性好且無(wú)“二次殺傷效應(yīng)”等特點(diǎn)，作為一種具有良好防彈性能的輕質(zhì)材料而得到越來(lái)越廣泛的研究和應(yīng)用［1-6］。

研究表明：復(fù)合材料的防彈性能與其能量耗散機(jī)制密切相關(guān)。彈體的侵徹和貫穿過(guò)程實(shí)際上就是復(fù)合材料靶板阻擋彈體運(yùn)動(dòng)，并耗散其能量的過(guò)程。對(duì)于不同形狀材質(zhì)的彈體、不同的彈速、不同的復(fù)合材料靶板結(jié)構(gòu)和不同的界面黏結(jié)狀態(tài)，能量耗散機(jī)制也不盡相同［7-8］。本文就纖維-聚合物復(fù)合防彈材料的能量耗散機(jī)制及其調(diào)控技術(shù)的研究進(jìn)展作一評(píng)述。

1 彈體沖擊作用下的能量耗散機(jī)制

1.1 彈體與纖維復(fù)合材料的作用機(jī)制

對(duì)纖維復(fù)合材料的抗彈機(jī)制研究主要從復(fù)合材料的沖擊響應(yīng)、破壞機(jī)制和能量吸收等方面進(jìn)行的。首先，從應(yīng)力波的傳播機(jī)制來(lái)看，纖維復(fù)合材料在彈道沖擊中，彈體與復(fù)合材料靶板接觸的瞬間產(chǎn)生的應(yīng)力波以兩個(gè)方向傳播：一是以連續(xù)的脈沖沿纖維的軸向傳播。受到?jīng)_擊的纖維通過(guò)基體聚合物及交錯(cuò)點(diǎn)的相互作用，應(yīng)力波在很多纖維上擴(kuò)散開來(lái)。二是應(yīng)力波沿靶板縱向傳播。應(yīng)力波在靶板的織物和基體界面及靶板自由面之間產(chǎn)生連續(xù)反射，使壓力變成拉應(yīng)力［9-10］。纖維復(fù)合材料沖擊波的傳播形式，如圖1所示。

圖1 纖維復(fù)合材料沖擊波的傳播形式

其次，從高速?zèng)_擊下纖維復(fù)合材料的吸能方式及破壞模式來(lái)看，防彈復(fù)合材料吸能方式主要包括纖維的變形、纖維的拉伸斷裂、分層、基體開裂、材料的剪切破壞、彈體與復(fù)合材料的摩擦和“背凸”的形成等。吸能較多的為材料的分層、纖維的拉伸斷裂及基體開裂，其他方式則相對(duì)較少［11-12］。在防彈過(guò)程中，復(fù)合材料的破壞模式有多種，主要有纖維剪切和拉伸破壞、層合板的分層等。Gower等［13］對(duì)Kevlar-29、Kevlar-129復(fù)合材料層壓板的沖擊響應(yīng)進(jìn)行了深入研究，分析了采用尖頭彈和鈍頭彈對(duì)復(fù)合材料的不同的破壞機(jī)制。另外，Naik等［14］通過(guò)沖擊波理論分析了纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的抗彈機(jī)制，認(rèn)為在彈丸沖擊過(guò)程中纖維的破壞和能量的吸收是不同的，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料背面的纖維織物為圓錐形的破壞方式，在侵徹過(guò)程中最前面的部分是剪切張力破壞，然后依次是變形破壞、基體斷裂和摩擦破壞等，并給出理論的預(yù)測(cè)公式。通過(guò)具體的彈道實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。

目前一般認(rèn)為，纖維復(fù)合材料的防彈機(jī)制是：首先，當(dāng)彈體沖擊纖維復(fù)合材料靶板時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力波，沿纖維軸向的傳播，由于受到?jīng)_擊的纖維通過(guò)基體聚合物及交錯(cuò)點(diǎn)的相互作用，應(yīng)力波在很多纖維上擴(kuò)散開來(lái)，使能量在相當(dāng)大的面積上被吸收；而沿靶板縱向的傳播會(huì)形成拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于纖維與聚合物基體之間的黏結(jié)強(qiáng)度時(shí)，導(dǎo)致靶板分層，吸收彈體部分能量。其次，隨著彈體更加深入侵徹，纖維受到拉伸變形，彈體的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維的彈性勢(shì)能，進(jìn)一步吸收彈體的能量。當(dāng)纖維的應(yīng)變大于其極限應(yīng)變時(shí)，則纖維斷裂。如果彈體仍具有多余的動(dòng)能，則進(jìn)一步侵徹下一層，直至彈體動(dòng)能完全被消耗。若靶板較薄，則被彈體擊穿。

1.2 能量耗散機(jī)制的模型理論研究

由上述的討論可知：防彈的實(shí)質(zhì)就是防彈材料將彈體的沖擊能量全部吸收，使得這類沖擊物無(wú)力繼續(xù)前進(jìn)而被阻隔，從而達(dá)到防護(hù)的目的［15］。事實(shí)上，早在1985年，Cantwell和Morton就提出了一個(gè)預(yù)測(cè)復(fù)合板著彈后吸收能量的簡(jiǎn)單模型［16］。復(fù)合材料著彈后，按照主要破壞形式的不同，其破壞過(guò)程可分為三個(gè)連續(xù)的階段，如圖2所示。這一簡(jiǎn)單模型對(duì)后來(lái)的研究發(fā)揮了一定的指導(dǎo)意義，但它忽略了纖維的性質(zhì)區(qū)別、彈擊速度、聚合物基體和復(fù)合材料面密度等因素的影響。

圖2 彈體侵徹過(guò)程中復(fù)合材料的三個(gè)破壞階段

梅志遠(yuǎn)等［17］把靶板材料分為剛性材料，如碳纖維、玻璃纖維等和韌性材料，如芳綸纖維、高強(qiáng)聚乙烯纖維等。剛性靶板，分層是能量吸收的主要方式；柔性靶板，纖維斷裂和基體開裂是主要的損傷形式，也是能量吸收的主要方式。因此，有很多學(xué)者提出一種混雜纖維復(fù)合材料的思路，來(lái)提高復(fù)合材料的彈道沖擊性能，如圖3所示。

Jacobs等［18］在比較無(wú)緯布與傳統(tǒng)的平紋機(jī)織物或者針織物時(shí)認(rèn)為：在高速侵徹過(guò)程中，一部分沖擊能量將以波的形式傳播和耗散，而無(wú)緯布的結(jié)構(gòu)消除了沖擊波在纖維交叉點(diǎn)的反射，增加了彈道沖擊響應(yīng)面積，有利于能量的擴(kuò)散，從而提高了抗彈能力。而傳統(tǒng)的平紋機(jī)織物或者針織物都有很多的交叉點(diǎn)，這些交叉點(diǎn)不利于應(yīng)力波的傳播，交叉點(diǎn)處會(huì)反射部分的應(yīng)力波，從而對(duì)局部產(chǎn)生應(yīng)力集中，使得局部產(chǎn)生破壞，影響了防彈性能。圖4為無(wú)緯布材料結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3 三維正交混雜結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 無(wú)緯布材料結(jié)構(gòu)示意圖

在纖維-聚合物復(fù)合防彈材料的彈道沖擊過(guò)程研究中，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值模擬計(jì)算方法已經(jīng)獲得很好應(yīng)用。實(shí)際上，在進(jìn)行復(fù)合材料彈道沖擊過(guò)程的精確模擬計(jì)算時(shí)，通過(guò)分析模型及其基本力學(xué)方程的建立，有效地反映材料的動(dòng)態(tài)損傷過(guò)程。目前主要的數(shù)值模擬方法包括有限差分法、有限體積法和有限單元法等［19-24］。Nandi等［24］利用連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)（continuum damage mechanics，CDM）本構(gòu)模型結(jié)合有限元程序LSDY-NA2D，模擬層壓板的彈道沖擊過(guò)程。所模擬的損傷包括分層和侵徹等。另外，Barauskas［22］運(yùn)用LS-DYNA有限元軟件來(lái)模擬彈體貫穿多層織物。采用殼單元來(lái)簡(jiǎn)化織物，殼的厚度就是織物的真實(shí)厚度，實(shí)驗(yàn)和模擬上具有很好的一致性，從而證明了模型建立的有效性，也說(shuō)明了此模型可以精確地模擬彈道貫穿侵徹過(guò)程。最近李偉等［25］為研究高強(qiáng)聚乙烯纖維層合板的防彈性能，將力學(xué)本構(gòu)模型簡(jiǎn)化為面內(nèi)“各向同性”模型和層間“節(jié)點(diǎn)力”模型，利用大型有限元軟件Abagus 6.9實(shí)現(xiàn)全部分析過(guò)程，并根據(jù)分析結(jié)果討論了高強(qiáng)聚乙烯纖維層合板的失效模式。研究表明：簡(jiǎn)化后的模型能夠較好地模擬高強(qiáng)聚乙烯纖維層合板的抗彈過(guò)程。在立方體破片高速侵徹時(shí)，靶板表現(xiàn)出明顯的三個(gè)階段破壞，彈體發(fā)生鐓粗和侵徹現(xiàn)象，剩余速度和靶板變形的凸包高度與試驗(yàn)值較為一致。

采用能量法分析的優(yōu)點(diǎn)有助于在材料層次上進(jìn)行優(yōu)化以提高層合板抗沖擊性能。在彈道沖擊下建立能量損耗模型有不同形式：模型Ⅰ見圖5。

圖5 能量損耗模型 （模型Ⅰ）

模型Ⅰ公式：

式中：EL為彈體耗散吸能；ETF為拉伸失效吸能；EC為材料單位面積拉伸失效吸能；EED為彈性形變吸能；EKE為層合板部分運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能吸能；m為彈體質(zhì)量；vS為彈體入射速度；vR為彈體出射速度；v0為彈道極限速度；V為拉伸失效的體積；RC，D為圖5中所示的幾何尺寸；T為微層合板的厚度；M為靶板材料彈性模量；ε為應(yīng)變；mC，VC分別為彈體出射后運(yùn)動(dòng)圓柱體的質(zhì)量和速度；ρ為層合板的體密度。

Morye認(rèn)為［26］侵徹過(guò)程中能量損耗由三部分組成：ETF、EED與EKE。三者相結(jié)合以確定彈道極限速度（v0）。另外，還發(fā)現(xiàn)在以上三種吸能機(jī)制中起主導(dǎo)作用的是由于復(fù)合材料的部分運(yùn)動(dòng)所消耗的動(dòng)能。這種能量模型建立的理論簡(jiǎn)單，應(yīng)用也十分方便，但模型中一些重要數(shù)據(jù)，如vS，vR，RC及vC都來(lái)源于試驗(yàn)，從而對(duì)試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)觀測(cè)要求較高。

該模型的理論依據(jù)在于Cunniff［27］對(duì)纖維單層板的吸能研究。圖6為應(yīng)力作用下單層板背部視圖。由圖6可見：當(dāng)單層板受到?jīng)_擊時(shí)，與彈體直接接觸的紗線（主紗線）產(chǎn)生橫向變形和沿纖維軸線傳播的應(yīng)變波。若定義與主紗線正交的紗線為正交紗線，則正交紗線也將被主紗線拉離原位置。這些正交紗線也會(huì)產(chǎn)生變形及應(yīng)變波。同樣地，這些紗線也會(huì)帶動(dòng)與它相交的紗線，其作用結(jié)果使得正交紗線朝著沖擊點(diǎn)方式彎曲。Roylance［28］還用數(shù)值方法驗(yàn)證了彈體沖擊的主要能量轉(zhuǎn)化為主纖維的應(yīng)變及動(dòng)能，而正交紗線吸能較少。

圖6 應(yīng)力作用下單層板背部視圖

在彈道沖擊下能量損耗模型，還有模型（Ⅱ）。

模型Ⅱ公式：

式中：Ef為彈體與靶板間摩擦吸能；Eah為局部貫穿吸能；Ed為分層吸能；Epced為預(yù)測(cè)的總貫穿能；Pf為彈體與靶板間摩擦力；t0為彈桿長(zhǎng)度；t為靶板厚度；D為彈體直徑；K0為橫向單位面積剪切斷裂能；Ad為分層面積；KⅡC為分層斷裂韌性。

Mines［29］借助于模型Ⅱ分析了復(fù)合材料在沖擊下的有關(guān)特性；認(rèn)為能量分配方式為：Eah、Ed及Ef。在計(jì)算動(dòng)態(tài)沖擊各種能量時(shí)作了如下簡(jiǎn)化與近似：Ef和Eah使用如圖7所示的靜態(tài)載荷的結(jié)果。在分層吸能方面則首先假設(shè)了分層的形式，如圖8所示。認(rèn)為分層形狀為圓形，沿厚度方向的變化則為圓臺(tái)形；在計(jì)算總的分層面積時(shí)，只需知道上下表面的損傷情況；對(duì)局部貫穿只考慮了剪切失效。拉伸失效等影響未加考慮，同時(shí)將靜態(tài)的分層臨界韌性值用于動(dòng)態(tài)的沖擊計(jì)算，如圖9所示。這種分析模型所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不十分吻合，但通過(guò)這種簡(jiǎn)單的分析可以發(fā)現(xiàn)：對(duì)于層合板的貫穿行為需要更準(zhǔn)確的失效模型。另外，在進(jìn)一步研究中，需要將通過(guò)基礎(chǔ)材料試驗(yàn)得到的材料屬性更緊密與結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)聯(lián)系起來(lái)。

圖7 典型靜載荷-位移曲線

圖8 層合板分層假設(shè)

圖9 沿層合板橫向變化的不同失效形式

2 對(duì)能量耗散的調(diào)控技術(shù)

2.1 纖維類型和編織方式的選擇

纖維自身的防彈性能可由式（10）簡(jiǎn)單表示：

式中：R為防彈性能指標(biāo)；W為纖維破裂能量吸收值；C為纖維中的聲速，由纖維的模量、密度和排列方式等決定。就單絲而言：

式中：E為纖維的模量，ρ為纖維密度［30］。從能量吸收的角度來(lái)看，聚乙烯纖維具有最大的變形能和斷裂能，其次是芳綸纖維，碳纖維最小。另外，在織物的編織結(jié)構(gòu)方面，無(wú)緯片相對(duì)于各種結(jié)構(gòu)形式的織物，其防彈效果更好［31］。

2.2 聚合物基體的優(yōu)化

纖維復(fù)合材料受到彈體沖擊作用時(shí)，聚合物基體必須與纖維一同伸長(zhǎng)、斷裂，才能使復(fù)合材料最大限度地吸收彈體的沖擊能量，起到抗彈、減震等作用。防彈復(fù)合材料采用的基體主要有熱固性和熱塑性兩種。常用的熱固性樹脂主要包括環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂等。這類復(fù)合材料的抗彈性能一般，但是結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異；而熱塑性樹脂體系則為熱塑性剛性或柔彈性樹脂體系。典型的柔彈性體系包括各種熱塑性彈性體體系。研究表明：在纖維材料和組織形式相同時(shí)，熱塑性樹脂層壓復(fù)合靶板比熱固性樹脂層壓復(fù)合靶板產(chǎn)生更大的變形，吸收更多的能量。前者的能量吸收能力主要取決于靶板的強(qiáng)度，而后者則主要取決于靶板的剛度和強(qiáng)度［32］。

相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的聚乙烯纖維／彈性體復(fù)合材料的抗彈性能比環(huán)氧樹脂的好，前者的比吸能較環(huán)氧樹脂的高43.8%。由于黏結(jié)強(qiáng)度較差，盡管聚乙烯纖維／環(huán)氧樹脂復(fù)合靶板的變形小，但分層嚴(yán)重。近年來(lái)高性能的熱塑性樹脂不斷被開發(fā)，如熱塑性聚氨酯（TPU）、苯乙烯嵌段共聚物等。與聚乙烯纖維相比，芳綸纖維與聚氨酯的黏結(jié)性能較好，但聚乙烯纖維／聚氨酯防彈復(fù)合材料不僅防AK 47子彈的比能量吸收至少達(dá)到100J·（kg-1·m-2），而且還對(duì)聲波具有一定的阻尼效果，在0.5 MHz下，可使聲強(qiáng)級(jí)降低至少20dB／cm。

還有研究指出［33-34］：防彈用纖維復(fù)合材料存在一個(gè)最佳樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)問(wèn)題。只有樹脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在合適范圍內(nèi)，纖維才可以按照預(yù)定的形式排列，在受到彈體沖擊時(shí)，基體可發(fā)揮協(xié)同作用，使沖擊能量能夠傳遞給更多的紗線，吸收更多的能量。另外，合適的層間力也能夠充分發(fā)揮纖維的拉伸斷裂能力，非常有利于能量的吸收。

2.3 成型方式的合理選擇

編織布與樹脂的主要成型工藝有：樹脂傳遞模塑法（RTM）、模壓成型、真空熱壓法、擠出成型和手糊成型等，其中模壓成型較為常見。研究表明：傳統(tǒng)的預(yù)浸路線與熱壓工藝對(duì)復(fù)合材料性能有較大的影響。雖然兩種工藝得到的復(fù)合材料防彈性能相同，但兩種復(fù)合材料的能量吸收機(jī)制是不同的。熱壓復(fù)合材料吸收能量主要是通過(guò)纖維斷裂和背面分層；而傳統(tǒng)預(yù)浸工藝制備的復(fù)合材料僅僅通過(guò)纖維斷裂吸能。

張佐光等［35］研究發(fā)現(xiàn)：成型壓力對(duì)纖維復(fù)合材料的彈道吸能有很大的影響。為優(yōu)化成型壓力，考察了壓力對(duì)UD 75靶板彈道吸能的影響。實(shí)驗(yàn)中固定其它參數(shù)，如面密度、含膠量、成型溫度等都不變，只改變成型壓力（P），實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

圖10 成型壓力對(duì)靶板彈道吸能的影響

由圖10可知：彈道吸能隨成型壓力出現(xiàn)兩個(gè)峰值，一個(gè)在2.5MPa左右，另一個(gè)在12.5MPa左右，12.5MPa時(shí)的吸能大于2.5MPa時(shí)的吸能。在成型壓力較小（0.5MPa～2.5MPa）時(shí)，層與層之間結(jié)合不夠緊密。壓力越小，分層越嚴(yán)重，吸能越小；壓力增大，吸能增大，到2.5MPa以后，層與層之間結(jié)合較以前的緊密。通過(guò)分層作用來(lái)消化能量的方式減少，但此時(shí)纖維受沖擊時(shí)，纖維的協(xié)同效應(yīng)很差，無(wú)法通過(guò)層件偶合與其它纖維相互作用，不利于應(yīng)力波的傳播和沖擊能量的耗散，因而此后吸能降低。當(dāng)壓力升高到一定程度后，層間比較緊密，纖維間協(xié)同作用越來(lái)越強(qiáng)，有利于應(yīng)力波的傳播和沖擊能量的耗散。壓力升高，吸能增大，到12.5MPa時(shí)，吸能達(dá)到最大值；此后，隨著壓力的增大，樹脂向?qū)娱g滲透，導(dǎo)致靶板彎曲剛度提高，不利于纖維的拉伸變形，使得參與拉伸斷裂的纖維數(shù)目減少，剪切破壞的纖維增多。由于子彈的動(dòng)能主要是通過(guò)纖維的拉伸斷裂來(lái)消耗，因而吸能下降。

2.4 纖維織物混雜技術(shù)的應(yīng)用

防彈纖維織物的組合方式對(duì)復(fù)合材料防彈性能的影響較大，因此，可以通過(guò)選擇合適的纖維混雜組合方式來(lái)調(diào)控復(fù)合材料的能量耗散機(jī)制。由于防彈復(fù)合材料在受到彈體侵徹的不同部位上，其破壞方式不同：接近彈著點(diǎn)的部位主要是剪切破壞，而較遠(yuǎn)的部分主要是拉伸破壞，故對(duì)纖維的性能要求也是不同的。所以在采用纖維混雜組合方式進(jìn)行調(diào)控時(shí)，往往將抗壓能力強(qiáng)的纖維放置在迎彈面，而將拉伸強(qiáng)度高的纖維織物放置在背面，以充分發(fā)揮纖維的性能。

Grujicic等［36-38］采用CF和芳綸的混雜組合制備了混雜纖維復(fù)合材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：CF和芳綸纖維的數(shù)量及堆積效應(yīng)對(duì)其抗彈性能有很大影響。對(duì)于一定厚度的CF和芳綸纖維混雜結(jié)構(gòu)存在最優(yōu)的結(jié)構(gòu)組合，使其具有最佳的抗彈性能。朱錫等［39］研究了Kevlar纖維和短GF（S-GF）的不同纖維狀態(tài)和混雜方式對(duì)復(fù)合材料抗彈性能的影響。通過(guò)兩組復(fù)合靶板的穿甲實(shí)測(cè)證明Kevlar用作靶板的背面，使其在彎曲變形中只受拉伸、不受壓縮，可以避免其壓縮強(qiáng)度低的特點(diǎn)。在迎彈面采用SGF，可以充分發(fā)揮其壓縮強(qiáng)度高的特點(diǎn)。梅志遠(yuǎn)等［40］通過(guò)對(duì)三種層間混雜層合板結(jié)構(gòu)的抗彈效率研究，認(rèn)為在彈道侵徹下層合板結(jié)構(gòu)橫向纖維層存在吸能變形模式和抗彈機(jī)制的差異，即存在厚度效應(yīng)。由于厚度效應(yīng)的存在，高速?zèng)_擊下混雜結(jié)構(gòu)具有優(yōu)化設(shè)置問(wèn)題。熊杰等［41］也研究了芳綸混雜高強(qiáng)維綸（PVAL）抗彈復(fù)合材料的防彈性能。當(dāng)PVAL纖維混雜的體積分?jǐn)?shù)小于20%時(shí)，混雜芳綸抗彈復(fù)合材料靶板幾乎可以獲得單一芳綸抗彈復(fù)合材料靶板相近的防彈能力。

2.5 其他復(fù)合結(jié)構(gòu)技術(shù)

橡膠具有良好的黏彈性。將其敷于剛性防彈材料（如陶瓷等）的背面，可起到對(duì)彈體侵徹的緩沖作用，吸收大量能量。趙俊山等［42］對(duì)陶瓷層／剛性背板層／復(fù)合材料層組成的防彈材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)，并進(jìn)行實(shí)彈靶試。研究了復(fù)合裝甲的材料與結(jié)構(gòu)形式對(duì)防彈性能的影響；指出芳綸復(fù)合材料主要是纖維撥脫導(dǎo)致芳綸材料層間分層，形成較大的變形，導(dǎo)致芳綸復(fù)合板鼔包。將橡膠引入復(fù)合防彈結(jié)構(gòu)中是其一大創(chuàng)新。其理想的面密度、良好的防彈性能等將推動(dòng)橡膠材料在防彈結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

另外，氣凝膠等多孔材料由于具有良好的能量吸收特性和能夠有效衰減應(yīng)力波等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于復(fù)合靶板的夾層中［43-44］。結(jié)果表明：當(dāng)氣凝膠與防彈纖維復(fù)合時(shí)，強(qiáng)度較低的氣凝膠夾層使防彈面板的變形有了很大的擴(kuò)展空間，防彈纖維有足夠的向后變形空間“抓住”彈體，吸收彈體動(dòng)能的能力大幅提高，同時(shí)也使得防彈纖維層的穿深減小。氣凝膠和防彈纖維復(fù)合的靶板具有較好的抗彈性能，并且可以有效防止彈體的非貫穿性損傷。

此外，采用復(fù)合材料夾層結(jié)構(gòu)作為防護(hù)結(jié)構(gòu)，不僅可以通過(guò)層壓板的防爆炸沖擊能力，而且可以起到良好的隔熱保溫和防震作用。李歡秋等［45］設(shè)計(jì)制備了如圖11所示的復(fù)合板，并研究了其防彈特性。

圖11 靶板結(jié)構(gòu)剖面圖

圖12 子彈速度和動(dòng)能隨時(shí)間的變化曲線

圖12是不同速度子彈打擊下子彈速度和動(dòng)能隨時(shí)間的變化曲線。結(jié)果表明：這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合板材存在一個(gè)最佳的防彈速度區(qū)間。在這個(gè)區(qū)間內(nèi)，靶板對(duì)在一定入射速度以內(nèi)的子彈所吸收動(dòng)能隨著彈速增加而增加；在區(qū)間之外，靶板吸收動(dòng)能隨著彈速增加而減少。

3 結(jié)語(yǔ)

纖維-聚合物復(fù)合防彈材料具有質(zhì)輕及優(yōu)良的防彈性能，作為一種高性能防彈復(fù)合材料而深受科技界，特別是國(guó)防科學(xué)界人士的重視。目前無(wú)論是制備技術(shù)還是理論研究都取得了顯著的進(jìn)展，特別是彈體沖擊作用下能量耗散機(jī)制及其調(diào)控技術(shù)所取得的研究成果為人們?cè)O(shè)計(jì)制造新型的纖維-聚合物復(fù)合防彈材料提供了很好的可借鑒依據(jù)。

然而，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)防彈材料的要求也越來(lái)越高，并且纖維-聚合物復(fù)合防彈材料也正朝著多功能化等方面發(fā)展。因此，今后需要從更寬廣的視野來(lái)深入地探討其能量耗散機(jī)制，完善其調(diào)控技術(shù)，由此發(fā)展新的理論和新的方法，以滿足防彈材料未來(lái)發(fā)展的需要。

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