Progrès de la recherche sur les matériaux flexibles à l'épreuve flexibles d'Aramid

Mécanisme de résistance au couteau dans les matériaux anti-lapin flexibles

Contrairement aux matériaux rigides anti-coups,, les matériaux antistabbing flexibles sont généralement composés de plusieurs couches de composites haute performance. Pendant la pénétration par une lame, le tissu composite dans le matériau flexible résiste aux coups de couteau en utilisant le frottement, la déformation de traction et d'autres mécanismes, dissipant finalement l'énergie de l'outil de couteau et verrouillant en toute sécurité sa pointe.

Le processus de résistance au couteau implique les étapes suivantes:

• Contact initial:Lorsque la lame contacte d'abord le tissu, elle exerce une force qui interagit avec la structure du tissu. Les tissus tissés, tricotés ou non tissés présentent tous une certaine étanchéité, générant une déformation pour entraver une pénétration supplémentaire jusqu'à ce que le matériau atteigne sa limite de déformation.
• Forces de friction et de cisaillement:Le bord de la lame, ayant une certaine largeur, crée des forces de traction le long du plan horizontal et des forces de cisaillement du tissu dans le plan vertical. Les forces de traction provoquent le déplacement des fibres, agrandissant la fente, tandis que les forces de cisaillement entraînent une rupture de fibres, augmentant encore l'ouverture.
• Pénétration complète:Dans l'action combinée des forces de traction et de cisaillement, le tissu est finalement percé.

Pour être efficaces, les matériaux anti-tabbage doivent résister à la fois à la traction et aux forces de cisaillement, la résistance au cisaillement étant le facteur dominant.

Structures de base de matériaux anti-landes araminiques flexibles

1 et 1Tissu unidirectionnel aramide:
Le tissu unidirectionnel est caractérisé par des fibres droites et non tordues alignées dans une seule direction. Il n'a pas de points d'interlimentation sur la surface, permettant aux ondes de contrainte de se propager sans réflexion, permettant une absorption rapide d'énergie. Le tissu unidirectionnel aramide est un matériau flexible couramment laminé orthogonalement (0 ° / 90 °) avec des adhésifs pour améliorer la résistance au couteau. Les adhésifs servent à fixer les fibres en place et à réduire la profondeur de pénétration.
Par exemple, Wu Zhongwei et al. Tissu unidirectionnel aramide modifié avec résine de polyuréthane d'origine hydrique pour développer des matériaux antistabbing flexibles. Ils ont optimisé la résistance au couteau en ajustant les quantités, la pression et la température des matières premières, atteignant une densité de surface de 7,65 kg / m², répondant aux normes de résistance au sabot GA68-2008. Cependant, en raison de l'utilisation de modificateurs adhésifs, le matériau résultant avait une mauvaise flexibilité, ce qui le rend inapproprié pour les vêtements antistabbing flexibles.

2Tissu non tissé aramide:
Contrairement aux tissus unidirectionnels, non tissétissus aramidesDÉPARTIQUEZ LES FIBRES OFFICHÉES AVANTES, Fournir des propriétés isotropes et des structures plus denses. Ces qualités offrent une meilleure résistance contre les objets tranchants. Les tissus non tissés sont également plus simples à produire, respectueux de l'environnement et économes en énergie.
Par exemple, Li TT et ses collègues ont mélangé les fibres de kevlar avec des fibres de polypropylène dans un rapport de poids 70:30, en utilisant un coup de poing à l'aiguille et une pressage à chaud pour créer des tissus non tissés composites Kevlar / PP. À une température de pressage à chaud de 170 ° C, le matériau a démontré une excellente résistance au couteau. Cependant, la disposition des fibres internes en vrac et la faible force de liaison des tissus non tissés limitent leur résistance globale de coupe lorsqu'ils sont utilisés indépendamment.

3 et 3Tissu tissé aramide:
Les tissus tissés aramides sont formés par des fils de chaîne et de trame entrelacés, créant une structure serrée qui entrave efficacement la pénétration.

• TEAVEMENT PLAIS: dispose de fils parallèles et de structures serrées, offrant une résistance équilibrée.
• Twill Weave: utilise des fils plus grossiers et des structures plus lâches, généralement pour les tissus lourds.
• Satin tissage: a moins de points d'interlimentation, ce qui rend les fibres sujettes à glisser sous force.
  Alors que les tissus tissés offrent un entrelacage serré, une fois que la lame coupe à travers la chaîne ou les fils de trame, l'ouverture agrandie considérablement, réduisant la résistance au couteau.

4Tissu tricoté aramide:
Les tissus tricotés aramides sont constitués de boucles et de Pays de Galles. Lorsqu'une lame pénètre, les boucles glissent, resserrant les boucles adjacentes et augmentant la friction entre les fibres, entravant ainsi une nouvelle pénétration. Au cours de ce processus de resserrement, une certaine énergie d'impact est absorbée. Une fois que les boucles sont entièrement tendues, le tissu atteint un état "auto-bloquant", empêchant une nouvelle pénétration.
Li ning et ses collègues ont étudié le phénomène "auto-verrouillé" dans les tissus tricotés, constatant que les structures de côtes offraient la meilleure résistance aux couteau, suivie de tricots de trame et de tricots Purl. La séquence de structures en couches a également influencé les performances, les structures de côtes placées sur la couche la plus externe, obtenant des résultats optimaux.

Modification des matériaux anti-lapin flexibles Aramid

3.1 Modification du revêtement de surface

Les particules de revêtement ou les couches minces à la surface des fibres d'aramide améliorent la frottement inter-fibres, améliorant leur résistance aux coups de couteau en émoussant les lames métalliques tranchantes par abrasion. Par exemple, Nayak R et al. Les particules de carbure de bore appliquées pour modifiertissu aramide 1414Surfaces, atteignant une force de résistance aux coups de couteau de 14 N à une profondeur de pénétration de 17 mm, contre seulement 4 N pour le tissu non enduit. L'amélioration de la résistance à la pénétration a été attribuée à l'effet protecteur supplémentaire fourni par le revêtement. De même, Javaid Mu et al. a étudié le mécanisme anti-tabbant des tissus revêtus de Sio₂. Les tissus non couchés ont montré des interactions isolées entre les fils et la lame, conduisant à une coupe facile. En revanche, les revêtements Sio₂ ont augmenté la friction entre les fils, réduisant le déplacement du fil et améliorant la résistance aux coups de couteau.

Les revêtements en céramique durs combinés à des tissus à haute résistance empêchent également la pénétration des impacts externes. Par exemple, Gadow R et al. Appliqué des revêtements en céramique en céramique et en oxyde sur les tissus aramides à l'aide de techniques de pulvérisation thermique. Les tests de coups de couteau statiques ont révélé des performances antistabbing considérablement améliorées pour les tissus avec des revêtements en céramique durs. Des résines organiques ont également été utilisées pour les modifications de revêtement. Par exemple, Zhuang Q et al. Composites en tissu aramide / résine époxy préparés, réduisant la profondeur de pénétration de 37,3 mm à 4,8 mm, améliorant considérablement les performances antistabbing. L'effet a été en outre amplifié avec des composites multicouches.

Les nanoparticules inorganiques et les résines organiques sont souvent combinées en synergie pour améliorer les performances anti-stabbing des matériaux flexibles aramides. Par exemple, Xia Minmin et al. ont découvert que les tissus de carbure de bore / époxy en carbure / époxy sont enrobé de résine 1414 ont augmenté la résistance à la déchirure de 50 N à environ 300 N. Rubin W et al. Fibres d'aramide revêtues avec du carbure de silicium dans une matrice de résine en ester vinyle, atteignant des performances antistabbing optimales à une teneur en carbure de silicium à 20% en poids. De même, Xayun Z et al. a développé des matériaux antistabbants flexibles en enrobant des tissus d'aramide avec du polyuréthane thermoplastique / silice / liquide d'épaissage de cisaillement (STF). Les tissus recouverts d'une solution contenant 3% de silice fumeuse ont démontré une forte résistance aux forces de couteau et de perforation.

3.2 Modification d'imprégnation du liquide d'épaissage du cisaillement (STF)

STF est un fluide non newtonien composé de phases et de supports dispersés. Lorsque les fibres d'aramide modifiées avec STF sont soumises à des forces externes, la viscosité de la STF augmente fortement, se comportant comme une protection anti-gaspillage et offrant une protection antistabbing. Une fois la force supprimée, la viscosité revient à son état initial de type liquide, offrant une flexibilité pour les matériaux de protection. Li Danyang et al. Préparé des matériaux antistabbants flexibles en imprégnant des tissus aramides avec STF. Ils ont trouvé des améliorations significatives des performances anti-stabbing à travers diverses structures de tissu, avec de plus grandes améliorations observées avec une augmentation des points d'ouverture du tissu.

Le type, la taille des particules, le contenu et la modification de surface des nanoparticules dans STF influencent également les performances du tissu. Par exemple, Li et al. Utilisé des particules Sio₂ avec des diamètres de 12 nm et 75 nm comme phases dispersées, ainsi que des nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT) pour préparer des composites STF / MWCNT. Les tissus aramides imprégnés de particules de Sio₂ 12 nm présentaient une résistance au couteau supérieure par rapport à celles avec des particules de 75 nm. Zhang Wangyang et al. ont constaté que les tissus d'aramide purs ont enduré une charge de 73 N à une profondeur de coup de couteau de 30 mm, tandis que les tissus imprégnés de STF contenant 30% de Sio₂ et 70% de PEG ont atteint la plus forte résistance anti-lapin dans des conditions statiques.

Malgré l'efficacité des modifications STF, ils peuvent réduire la respirabilité et la perméabilité de l'humidité, ce qui a un impact sur le confort pendant l'usure.

3.3 Modification composite de résine

Les matériaux composites anti-stabbing composites aramides combinent la résistance et le module élevé des fibres d'aramide avec les caractéristiques multifonctionnelles des matrices de résine. Mayo JB et al. ont constaté que les résines thermoplastiques (polyéthylène, méthacrylate de polyméthyle et copolymères de méthacrylate de polyéthylène-méthyl) ont considérablement amélioré les performances anti-stabbing des fibres JSP 706 kevlar. En ajustant les types de résine et les épaisseurs, des tissus avec des propriétés antistabbing variables ont été obtenus.

Liu Yulong a combiné des nanoparticules de Sio₂ avec de la résine Surlyn pour la modification composite des fibres d'aramide. À une teneur en résine de 33% en poids, 36 couches étaient nécessaires pour résister à 24 J d'énergie, alors que seulement 30 couches étaient nécessaires à une teneur en résine de 44% en poids. Kim H et al. observé que le polyéthylène à basse densité (LDPE) a amélioré le processus anti-pénétration des tissus Kevlar plus efficacement que la résine époxy, bien que les performances de LDPE soient limitées aux stades initiaux de pénétration.

La méthode d'empilement des tissus en résine et en aramide influence également les performances. Par exemple, Chen Li et Wang Botao ont appliqué du polyuréthane à des tissus à tissage nature aramide en utilisant le revêtement humide, le revêtement de transfert et les méthodes de revêtement direct sec. Parmi ceux-ci, la méthode de revêtement de transfert a fourni les meilleures performances anti-stabbing.

3.4 Modification composite de fibre

Mélanger les fibres d'aramide avec d'autres fibres utilisant des techniques de fil à talons est une autre méthode pour produire des matériaux antistabbing flexibles à haute performance. Par exemple, Tien DT et al. a étudié des tissus tissés à base de fils à noyau aramide avec des densités de surface différentes. Lorsque le rapport de poids de l'aramide / du coton était de 1: 2,5, et que les densités de chaîne et de trame étaient respectivement de 16,4 fils / cm et 8,4 fils / cm, les matériaux ont démontré une excellente accouchement et une amélioration des performances antistabbing.

Le nombre et la disposition des couches de fibres affectent également les performances. Du Lingling et al. a étudié l'influence des couches d'empilement sur les propriétés antistabbing des tissus fabriqués à partir de fils de base d'aramide et de filaments en acier inoxydable. Ils ont constaté que l'augmentation du nombre de couches améliorait la résistance au couteau.

Conclusion

Actuellement, des tissus tissés, tricotés, non tissés et unidirectionnels fabriqués à partir de fibres d'aramide sont utilisés pour produire des matériaux antistabbing flexibles. Les méthodes de modification telles que les composites de résine, les revêtements de surface et l'imprégnation STF améliorent les performances des produits textiles à haute performance, entraînant des progrès dans les matériaux antistabbing flexibles d'Aramid. Cependant, les coûts élevés et le confort réduit en raison de certaines méthodes de finition restent des défis.

En savoir plus: Statut de recherche et perspective de tissu anti-coupe Comme la fibre uhmwpe