التقدم البحثي للمواد المقاومة للطعن المرن Aramid

آلية مقاومة الطعنة في مواد مرنة مضادة للتشجيع

على عكس المواد الصلبة المضادة للتشجيع ، تتكون المواد المرنة المضادة للتشجيع عادة من طبقات متعددة من مركبات عالية الأداء. أثناء الاختراق بواسطة الشفرة ، يقاوم النسيج المركب داخل المادة المرنة الطعن من خلال استخدام الاحتكاك ، وتشوه الشد ، وغيرها من الآليات ، في نهاية المطاف تبديد طاقة أداة الطعن وقفل طرفها بشكل آمن.

تتضمن عملية مقاومة الطعنة المراحل التالية:

• الاتصال الأولي:عندما تتصل النصل أولاً بالنسيج ، فإنه يمارس قوة تتفاعل مع بنية النسيج. تظهر الأقمشة المنسوجة أو المحبوكة أو غير المنسوجة جميعها ضيقة معينة ، مما يولد تشوهًا لإعاقة تغلغل مزيد من الاختراق حتى تصل المادة إلى حد تشوهها.
• قوات الاحتكاك والقص:حافة الشفرة ، التي لها عرض معين ، تخلق قوى الشد على طول الطائرة الأفقية للقماش وقوى القص في الطائرة العمودية. تسبب قوات الشد في تحول الألياف ، وتوسيع الشق ، بينما تؤدي قوى القص إلى كسر الألياف ، مما يزيد من الفتحة.
• الاختراق الكامل:في ظل الإجراء المشترك لقوى الشد والقص ، يتم ثقب النسيج في النهاية.

لكي تكون فعالة ، يجب أن تقاوم المواد المضادة للتشجيع كل من قوى الشد والقص ، مع كون مقاومة القص هي العامل المهيمن.

الهياكل الأساسية للمواد المضادة للتشجيع المرنة

1.النسيج aramid أحادي الاتجاه:
يتميز النسيج أحادي الاتجاه بالألياف المستقيمة غير المحددة في اتجاه واحد. لا يوجد لديه نقاط متشابكة على السطح ، مما يتيح أن ينتشر موجات الإجهاد دون انعكاس ، مما يسمح بامتصاص الطاقة السريع. النسيج أحادي الاتجاه aramid هو مادة مرنة شائعة التصفيع (0 °/90 °) مع المواد اللاصقة لتعزيز مقاومة الطعنة. تعمل المواد اللاصقة على إصلاح الألياف في مكانها وتقليل عمق الاختراق.
على سبيل المثال ، وو تشونغوي وآخرون. تعديل النسيج أحادي الاتجاه مع راتنجات البولي يوريثان المنقولة عن طريق المياه لتطوير مواد مرنة مضادة للتشجيع. قاموا بتحسين مقاومة الطعنة عن طريق ضبط كميات المواد الخام والضغط ودرجة الحرارة ، وتحقيق كثافة السطح من 7.65 كجم/م² ، وتلبية معايير مقاومة الطعنة GA68-2008. ومع ذلك ، نظرًا لاستخدام المعدلات اللاصقة ، فإن المادة الناتجة كانت مرونة ضعيفة ، مما يجعلها غير مناسبة للملابس المضادة للتشجيع المرنة.

2.النسيج غير المنسوج أراميد:
على عكس الأقمشة أحادية الاتجاه ، غير منسوجةالأقمشة أراميدميزة الألياف الموجهة عشوائيا ، وتوفير خصائص الخواص والهياكل الكثيفة. توفر هذه الصفات مقاومة أفضل ضد الأشياء الحادة. الأقمشة غير المنسوجة هي أيضًا أبسط لإنتاجها وصديقة للبيئة وفعالة في الطاقة.
على سبيل المثال ، تمتزج Li TT وزملاؤه من ألياف كيفلار مع ألياف البولي بروبيلين في نسبة الوزن 70:30 ، باستخدام اللكم الإبرة والضغط الساخن لإنشاء أقمشة غير منسوجة Kevlar/PP. في درجة حرارة الضغط الساخنة من 170 درجة مئوية ، أظهرت المادة مقاومة طعنة ممتازة. ومع ذلك ، فإن ترتيب الألياف الداخلية الفضفاضة وقوة الترابط الضعيفة للأقمشة غير المنسوجة تحد من مقاومة القطع الشاملة عند استخدامها بشكل مستقل.

3.النسيج المنسوج أراميد:
تتشكل الأقمشة المنسوجة من Aramid عن طريق ربط خيوط المشوهات واللحمة ، مما يخلق هيكلًا ضيقًا يعيق الاختراق بشكل فعال.

• نسج عادي: ميزات خيوط متوازية وهياكل ضيقة ، مما يوفر قوة متوازنة.
• Twill Weave: يستخدم خيوط الخشنة والهياكل الأكثر مرونة ، عادة للأقمشة الثقيلة.
• نسج الساتان: لديه عدد أقل من النقاط المتشابكة ، مما يجعل الألياف عرضة للانزلاق تحت القوة.
  في حين توفر الأقمشة المنسوجة تشابكًا ضيقًا ، بمجرد أن تتخطى الشفرة من خيوط الاعوجاج أو اللوحة ، فإن الفتح يوسع بشكل كبير ، مما يقلل من مقاومة الطعن.

4.النسيج المحبوك أراميد:
تتكون الأقمشة المحبوكة Aramid من حلقات وويلز. عندما تخترق الشفرة ، تنزلق الحلقات ، وتشديد الحلقات المجاورة وزيادة الاحتكاك بين الألياف ، مما يعيق المزيد من الاختراق. خلال عملية التشديد هذه ، يتم امتصاص بعض الطاقة. بمجرد توتر الحلقات بالكامل ، يحقق النسيج حالة "قفل" ، مما يمنع المزيد من الاختراق.
درس لي نينغ وزملاؤه ظاهرة "قفل الذاتي" في الأقمشة المحبوكة ، ووجد أن الهياكل الأضلبية قد قدمت أفضل مقاومة للطعن ، تليها حياكة اللحمة العادية والحياكة المملوءة. أثر تسلسل الهياكل ذات الطبقات أيضًا على الأداء ، مع وضع هياكل ضلع على الطبقة الخارجية التي تحقق النتائج المثلى.

تعديل مواد مضادة للتشجيع المرنة أراميد

3.1 تعديل طلاء السطح

يعزز جزيئات الطلاء أو الأفلام الرقيقة على سطح ألياف الأراميد الاحتكاك بين الألياف ، مما يؤدي إلى تحسين مقاومتها للطعن عن طريق تملق الشفرات المعدنية الحادة من خلال التآكل. على سبيل المثال ، Nayak R et al. جزيئات كربيد البورون المطبقة للتعديلAramid 1414 النسيجالأسطح ، لتحقيق قوة مقاومة للطعن من 14 N على عمق الاختراق 17 ملم مقارنة مع 4 N فقط للنسيج غير المصقول. نسبت مقاومة الاختراق المحسنة إلى التأثير الوقائي الإضافي الذي يوفره الطلاء. وبالمثل ، Javaid Mu et al. درس آلية مكافحة الطين للأقمشة المغلفة Sio₂. أظهرت الأقمشة غير المطلية تفاعلات معزولة بين الخيوط والشفرة ، مما يؤدي إلى سهولة القطع. في المقابل ، زادت الطلاء Sio₂ الاحتكاك بين الخيوط ، مما يقلل من إزاحة الغزل وتعزيز المقاومة للطعن.

الطلاء الخزفي الصلب مع الأقمشة عالية القوة تمنع أيضا الاختراق من الآثار الخارجية. على سبيل المثال ، Gadow R et al. الطلاء السيراميك المعدني المطبق وأكسيد للأكسيد لأقمشة أراميد باستخدام تقنيات الرش الحرارية. كشفت اختبارات الطعنات الثابتة عن أداء محسّن بشكل ملحوظ للأقمشة مع الطلاء الخزفي الصلب. كما تم استخدام الراتنجات العضوية لتعديلات الطلاء. على سبيل المثال ، Zhuang Q et al. أعدت مركبات الراتنجات الايبوكسي/إيبوكسي ، مما يقلل من عمق الاختراق من 37.3 ملم إلى 4.8 مم ، مما يعزز بشكل كبير الأداء المضاد للطلاء. تم تضخيم التأثير بشكل أكبر مع المركبات متعددة الطبقات.

غالبًا ما يتم دمج الجسيمات النانوية غير العضوية والراتنجات العضوية بشكل تآزري لتحسين الأداء المضاد للمواد المرنة Aramid. على سبيل المثال ، Xia Minmin et al. اكتشف أن الأقمشة البورون كربيد/ايبوكسي مغلفة بالراتنج 1414 زادت من قوة المسيل للدموع من 50 ن إلى حوالي 300 ن. روبن و et al. ألياف aramid المطلية مع كربيد السيليكون في مصفوفة راتنجات إستر فينيل ، مما يحقق أداءً مثاليًا لمضادات الطين عند محتوى كربيد السيليكون بنسبة 20 ٪ بالوزن. وبالمثل ، Xiayun Z et al. تم تطوير مواد مرنة مضادة للطلاء عن طريق طلاء أقمشة أراميد مع السائل البولي يوريثان/السيليكا/السيليكا/القص (STF). أظهرت الأقمشة المغلفة بمحلول يحتوي على 3 ٪ من السيليكا المليئة بمقاومة عالية لقوى السكين وقوى الثقب.

3.2 تعديل السائل المسموح به من القص (STF)

STF هو السائل غير النيوتوني يتكون من مراحل ووسائل الإعلام المشتتة. عندما تتعرض ألياف Aramid التي يتم تعديلها مع STF للقوى الخارجية ، تزداد لزوجة STF بشكل حاد ، وتتصرف مثل الصلبة وتوفير الحماية المضادة للطلاء. بمجرد إزالة القوة ، تعود اللزوجة إلى حالتها الأولية التي تشبه السائل ، مما يوفر مرونة للمواد الواقية. لي دانيانغ وآخرون. أعد مواد مرنة مضادة للتشجيع عن طريق تشريب الأقمشة aramid مع STF. وجدوا تحسينات كبيرة في الأداء المضاد للتشجيع عبر هياكل النسيج المختلفة ، مع وجود تحسينات أكبر مع زيادة نقاط تشابك النسيج.

يؤثر النوع وحجم الجسيمات والمحتوى والتعديل السطحي للجسيمات النانوية في STF أيضًا على أداء النسيج. على سبيل المثال ، لي وآخرون. تستخدم جزيئات Sio₂ بأقطار 12 نانومتر و 75 نانومتر كمرحلتين مشتتة ، إلى جانب أنابيب النانو الكربونية متعددة الجدران (MWCNTs) لإعداد مركبات STF/MWCNT. أظهرت أقمشة Aramid المشربين مع جزيئات Sio₂ 12 نانومتر مقاومة سكين فائقة مقارنة مع تلك التي لديها 75 نانومتر. Zhang Wangyang et al. وجدت أن أقمشة أراميد النقية تحملت حمولة 73 ن على عمق طعن قدرها 30 مم ، في حين حققت الأقمشة التي تنبعث منها STF التي تحتوي على 30 ٪ SIO₂ و 70 ٪ من PEG أعلى قوة مضادة للاستقالة في ظل ظروف ثابتة.

على الرغم من فعالية تعديلات STF ، فإنها قد تقلل من قابلية التنفس ونفاذية الرطوبة ، مما يؤثر على الراحة أثناء التآكل.

3.3 تعديل مركب الراتنج

تجمع المواد المضادة للطلاء المركب Aramid-resin بين القوة والمعامل العالية من ألياف Aramid مع الخصائص متعددة الوظائف لمصفوفات الراتنج. Mayo JB et al. وجدت أن الراتنجات المرنة الحرارية (البولي إيثيلين ، بوليميثيل ميثاكريلات ، و polyethylene-methyl methacrylate) تحسن بشكل كبير من الأداء المضاد للطلاء من ألياف JSP 706 Kevlar. عن طريق ضبط أنواع الراتنج وسمك ، تم الحصول على الأقمشة ذات الخصائص المتنوعة المضادة للتشجيع.

جمعت Liu Yulong الجسيمات النانوية Sio₂ مع راتنج Surlyn لتعديل ألياف Aramid المركب. عند محتوى راتنج بنسبة 33 ٪ بالوزن ، كانت هناك حاجة إلى 36 طبقة لتحمل 24 J من الطاقة ، في حين أن 30 طبقة فقط كانت مطلوبة على محتوى راتنج بنسبة 44 ٪ بالوزن. كيم هـ وآخرون. لاحظ أن البولي إيثيلين منخفض الكثافة (LDPE) عززت عملية مكافحة الاختراق للأقمشة Kevlar بشكل أكثر فعالية من راتنج الايبوكسي ، على الرغم من أن أداء LDPE كان مقصورًا على المراحل الأولية من الاختراق.

تؤثر طريقة التراص لأقمشة الراتنج والأرامد أيضًا على الأداء. على سبيل المثال ، قام Chen Li و Wang Botao بتطبيق البولي يوريثان على أقمشة نسج أراميد باستخدام الطلاء الرطب ، وطلاء النقل ، وطرق الطلاء المباشر الجافة. من بين هؤلاء ، قدمت طريقة طلاء النقل أفضل أداء مضاد للبدء.

3.4 تعديل الألياف المركبة

يمزج ألياف Aramid مع ألياف أخرى باستخدام تقنيات الغزل الأساسي هو وسيلة أخرى لإنتاج مواد مضادة للتشجيع مرنة عالية الأداء. على سبيل المثال ، Tien DT et al. درس الأقمشة المنسوجة المصنوعة من خيوط Aramid-Cotton الأساسية ذات الكثافة السطحية المختلفة. عندما كانت نسبة الوزن من Aramid إلى القطن 1: 2.5 ، وكثافة الاعوجاج واللحمة كانت 16.4 مؤشر ترابط/سم و 8.4 خيوط/سم ، على التوالي ، أظهرت المواد قابلية للارتداء الممتازة وتحسين الأداء المضاد للتشجيع.

يؤثر عدد وترتيب طبقات الألياف أيضًا على الأداء. Du Lingling et al. التحقيق في تأثير طبقات تكديس على الخصائص المضادة للأقمشة المصنوعة من خيوط أسرع Aramid وخيوط الفولاذ المقاوم للصدأ. وجدوا أن زيادة عدد الطبقات تحسن مقاومة السكين.

خاتمة

في الوقت الحالي ، يتم استخدام الأقمشة المنسوجة ، المحبوكة ، غير المنسوجة ، وغير الاتجاهية المصنوعة من ألياف أراميد لإنتاج مواد مرنة مضادة للتخلي. تعزز طرق التعديل مثل مركبات الراتنج ، وطلاءات السطح ، وتشريب STF أداء منتجات النسيج عالية الأداء ، وقيادة التطورات في مواد مضادة للتشجيع المرنة Aramid. ومع ذلك ، لا تزال التكاليف المرتفعة وخفض الراحة بسبب بعض طرق التشطيب تحديات.

اقرأ المزيد: حالة البحث واحتمال النسيج المضاد لقطار مثل ألياف Uhmwpe