کاربرد مواد فیبر UHMWPE در زمینه ضد گلوله

Jan 19, 2024 پیام بگذارید

الیاف پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMWPE) که به عنوان الیاف پلی اتیلن با مدول فوق العاده بالا (UHMPE) یا الیاف پلی اتیلن با زنجیره گسترده (ECPE) نیز شناخته می شوند، نسل سوم الیاف مدول با استحکام بالا هستند که در اوایل دهه 1990 ظاهر شدند. وزن مولکولی نسبی آن از 1 میلیون تا 6 میلیون متغیر است و شکل مولکولی آن یک ساختار زنجیره ای خطی است. جهت گیری آن نزدیک به 100٪ است و استحکام آن در بین الیاف امروزی با خواص مکانیکی خوب بالاترین است. مقایسه عملکرد با سایر الیاف الیاف UHMWPE همچنین دارای خواص عالی مانند مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش، خوردگی شیمیایی، جذب انرژی ویژه بالا، ثابت دی الکتریک پایین، عبور امواج الکترومغناطیسی بالا، ضریب اصطکاک کم، و مقاومت فوق العاده در برابر ضربه و برش هستند. بنابراین، فیبر UHMWPE یک ماده ایده‌آل برای ساخت لباس‌های ضد گلوله نرم، جلیقه‌های ضد ضربه، کلاه‌های ضد گلوله سبک وزن، پوشش‌های رادار، زره ضد گلوله برای حامل‌های پول نقد، زره ضد گلوله هلیکوپتر، کابل کشتی‌ها و کشتی‌های اقیانوس پیمایش، کانتینرهای فشار بالا سبک وزن، سازه‌های هوافضا است. قطعات، قفس‌های مقاوم در برابر باد و امواج در اعماق دریا، تورهای ماهیگیری، قایق‌های مسابقه، قایق‌های بادبانی، سورتمه‌های اسکی و غیره. بین المللی در سال های اخیر

عملکرد تراکم محوری مواد کامپوزیتی تقویت‌شده با الیاف UHMWPE نسبتاً پایین است و حتی پس از درمان، مقاومت فشاری محوری مواد کامپوزیت sK66/اپوکسی تنها 54.4 مگاپاسکال است (sK66 نام تجاری فیبر UHMWPE است). هنگامی که نمونه تا 70 درصد بار نهایی فشرده می‌شود، تغییر شکل پلاستیک شروع می‌شود و به تدریج افزایش می‌یابد که منجر به شکست برشی می‌شود تا زمانی که نمونه از کار بیفتد، اما به باز شدن ادامه نمی‌دهد. مکانیسم اصلی شکست فشاری چنین موادی، ناپایداری الیاف UHMWPE تحت فشار و جدا شدن رابط خمشی است. علاوه بر این، عملکرد خمشی مواد کامپوزیتی تقویت شده با الیاف UHMWPE نیز بسیار پایین است. به عنوان مثال، بالاترین مقاومت خمشی مواد کامپوزیت SK66/اپوکسی تیمار شده تنها 150 مگاپاسکال است که حدود 1/7 استحکام کششی است. هنگامی که ظرفیت باربری قطعه فشرده شده از مقاومت فشاری الیاف SK66 تحت ممان خمشی فراتر رود، الیاف ناپایدار می شوند و منجر به لایه برداری می شود. قسمت کششی به دلیل جدا شدن الیاف و رزین لایه لایه می شود. شکست لایه به لایه، در نهایت منجر به شکست خمشی انعطاف پذیر می شود. لایه لایه شدن خمشی مکانیزم اصلی شکست خمشی این نوع مواد است. Xian Xingjuan و دیگران چقرمگی شکست و انتشار ترک مواد کامپوزیتی تقویت شده با الیاف UHMWPE را بیشتر مطالعه کردند. آنها روش بارگذاری خمشی سه نقطه ای را با یک بریدگی یک طرفه روی نمونه اتخاذ کردند و نسبت طول شکاف (a) به عرض نمونه (w) 0.3 بود. تغییر شکل و انتشار ترک های شکستگی با استفاده از میکروسکوپ تله فوتو مشاهده و عکسبرداری شد. آزمایشات نشان داده است که ماتریس LDPE نسبت به ماتریس اپوکسی چقرمگی شکست بالاتری دارد و بنابراین می تواند انرژی بیشتری جذب کند. هنگامی که بار خمشی ماتریس LDPE به مقدار بحرانی می رسد، نوک ترک غیرفعال می شود و الیاف در نزدیکی ناحیه برشی ترک جدا شده و سفید می شوند. اگر از رزین تقویت شده با الیاف UHMWPE یک طرفه استفاده شود، ترک ها عمود بر جهت شکاف در نمونه ظاهر می شوند. با استفاده از پارچه بافته شده متعامد با الیاف UHMWPE شکل I برای تقویت رزین، غیرفعال شدن ممکن است در بالای شکاف نمونه رخ دهد و تغییر شکل پلاستیک انباشته ممکن است باعث ایجاد ترک‌های ریز، تبدیل به نقاط تمرکز تنش و منجر به شکست پلاستیک شود.