納米纖維在防彈防爆領(lǐng)域的應(yīng)用

????????警用裝備網(wǎng)訊：?防彈（爆）裝備最令人鼓舞的改進(jìn)，莫過于更輕便、更薄和更強(qiáng)。高性能纖維，如對位芳香族聚酰胺纖維（p－ARF）和超高分子量聚乙烯纖維（UHMWPEF）等的應(yīng)用，使得防彈（爆）裝備向柔性、更輕便、更薄、更強(qiáng)方向發(fā)展成為可能。近年來，納米纖維，如石墨烯和石墨烯纖維、碳納米管和碳納米管纖維、氧化鋁纖維等在防彈防爆領(lǐng)域的應(yīng)用受到關(guān)注，研究發(fā)現(xiàn)，其與上述防彈纖維復(fù)合使用可提高其綜合性能。

　　石墨烯

　　石墨烯（GP）因?yàn)槠淦矫婧穸冉踉蛹?，研究人員可控制和駕馭其性能。美國萊斯大學(xué)和馬薩諸塞大學(xué)在國防威脅降低局的支持下進(jìn)行了石墨烯抗沖擊性能研究，以驗(yàn)證石墨烯在彈丸沖擊時(shí)的吸能性。微觀彈道測試結(jié)果表明，一顆微小的硅粒以3000m/s的速度射向多層石墨烯（厚度約10～100nm），石墨烯能迅速分散沖擊力，中斷通過材料的外展波。其吸收入射能量的能力比鋼強(qiáng)10倍，是Kevlar?纖維的2倍。將石墨烯與其它輕質(zhì)高強(qiáng)材料復(fù)合，有望獲得高性能輕型裝甲系統(tǒng)。澳大利亞臥龍崗大學(xué)研究人員將石墨烯和碳納米管加入聚合物中，以濕法紡絲工藝紡制纖維，發(fā)現(xiàn)該石墨烯基纖維與現(xiàn)有的Kevlar?抗彈纖維相比，具有更高的強(qiáng)韌性，將有望替代現(xiàn)有抗彈纖維體系。

　　碳納米管

　　碳納米管是迄今為止發(fā)現(xiàn)的力學(xué)性能最好的材料之一，有著極高的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率。美國已經(jīng)制定了開展超高強(qiáng)度碳納米管纖維在防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究發(fā)展戰(zhàn)略，計(jì)劃制造出輕質(zhì)、超高強(qiáng)度、柔軟的碳納米管纖維和織物，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模制造。位于加拿大多倫多的男裝定制品牌Garrison Bespoke推出的首套時(shí)尚防彈西裝定制價(jià)格高達(dá)2萬美元，由Garrison Bespoke與美國第19特種部隊(duì)（US 19th Special Forces）合作開發(fā)，采用了與美軍在伊拉克戰(zhàn)爭中所穿防彈衣相同的材料——碳納米管材料，據(jù)稱比采用Kevlar?的防彈衣還輕50%，可以阻止常用的9mm、。22和。45口徑手槍的射擊。

　　氧化鋁納米纖維

　　美國ANF 技術(shù)公司開發(fā)了將氧化鋁納米纖維（AONF）分散至樹脂體系的專利技術(shù)，商品名為Nafen，樹脂包括環(huán)氧樹脂、聚氨酯和酚醛樹脂。AONF非采用高能耗的靜電紡絲技術(shù)生產(chǎn)，而是在熔融鋁表面上長出來的，因此不像納米硅、CNT和某些納米材料那般易凝聚和難分散。

　　氧化鋁具有很高的固有強(qiáng)度，是僅次于金剛石的最硬物質(zhì)之一，復(fù)合入樹脂中可改進(jìn)其力學(xué)性能，而添加AONF可提高復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度、彎曲韌性和抗沖擊強(qiáng)度。這種復(fù)合材料當(dāng)受攻擊開始開裂時(shí)，由于沖擊能在分子水平上就被十字形網(wǎng)格所吸收，因此可阻止裂紋漫延，正如納米纖維的3D網(wǎng)格混入該體系一樣。

　　Alchemie集團(tuán)將Nafen混入環(huán)氧樹脂中，并與其AuTxTM紗或紡織品結(jié)合起來制成胄甲復(fù)合材料。其為美國國防部生產(chǎn)的作戰(zhàn)背心通過采用AuTxTM而使防爆組合體的重量減輕27%，現(xiàn)進(jìn)一步用AuTxTM復(fù)合材料減輕了軍隊(duì)頭盔的重量。Purdue大學(xué)的測試確認(rèn)AuTxTM具有2倍于芳香族聚酰胺纖維如Kevlar? KM2和Twaron50f1000的韌性，含Nafen粒子的防彈復(fù)合材料樣品，用V50子彈測試時(shí)，其性能比對位芳綸防彈復(fù)合材料改善20%～40%。

　　AuTxTM的預(yù)成型體在－8 ～ 124 ℃內(nèi)具有極高的模量并可保留韌性，這樣就可能改變環(huán)氧樹脂體系的樹脂含量，使防彈陶瓷面復(fù)合材料的前方比后方可接受更多的樹脂增強(qiáng)體，而對采用UHMWPEF來說改變樹脂是不可能的。

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