アラミッドの柔軟な刺すような材料の研究の進歩

柔軟な停止材料における刺し抵抗のメカニズム

剛性防止材料とは異なり、柔軟な吸引材料は通常、高性能複合材料の複数の層で構成されています。刃による浸透中、柔軟な材料内の複合生地は、摩擦、引張変形、およびその他のメカニズムを利用して刺すことに抵抗し、最終的に刺すツールのエネルギーを消散させ、その先端をしっかりとロックします。

刺し抵抗プロセスには、次の段階が含まれます。

• 最初の連絡先：ブレードが最初にファブリックに接触すると、生地の構造と相互作用する力を発揮します。織り、編み物、または織物のない生地はすべて特定の緊張を示し、変形を生成して、材料が変形の制限に達するまでさらなる浸透を妨げます。
• 摩擦力とせん断力：一定の幅を持つブレードの端は、布の水平面に沿って引張力を作り出し、垂直面にせん断力があります。引張力により、繊維がシフトし、スリットが拡大され、せん断力が繊維の破損につながり、開口部がさらに増加し​​ます。
• 完全な浸透：引張力とせん断力の組み合わせ作用の下で、生地は最終的にピアスされます。

効果的であるためには、退屈材料が引張力とせん断力の両方に抵抗する必要があり、せん断抵抗が支配的な因子である必要があります。

柔軟なアラミッド停止材料のベース構造

1。アラミド一方向性ファブリック：
一方向性ファブリックは、単一の方向に整列したまっすぐな、引き継がれていない繊維によって特徴付けられます。表面にはインターレースポイントがないため、ストレス波が反射せずに伝播できるようになり、迅速なエネルギー吸収が可能になります。 Aramid単方向生地は、柔軟性のある材料であり、柔軟性のある材料（0°/90°）を備えた接着剤を備えており、刺し抵抗性を高めます。接着剤は、繊維を所定の位置に固定し、浸透深度を減らすのに役立ちます。
たとえば、Wu Zhongwei et al。柔軟な鎮静材料を開発するために、水媒介ポリウレタン樹脂を備えた修飾アラミド単方向ファブリック。彼らは、原料の量、圧力、温度を調整し、7.65 kg/m²の表面密度を達成し、GA68-2008の刺し抵抗基準を達成することにより、刺し抵抗を最適化しました。ただし、接着修飾子の使用により、結果として得られる材料の柔軟性が低かったため、柔軟な鎮静防止衣服には適していませんでした。

2。アラミッドの不織布生地：
単方向の生地とは異なり、不織布アラミッド生地等方性特性と密度の高い構造を提供するランダムに配向した繊維を特徴とします。これらの品質は、鋭利なオブジェクトに対するより良い抵抗を提供します。不織布の生地は、環境にやさしく、エネルギー効率が高く、生産がより簡単です。
たとえば、Li TTと同僚はケブラー繊維と70:30の重量比でポリプロピレン繊維をブレンドし、針パンチとホットプレスを使用してケブラー/PPコンポジットの不織布ファブリックを作成しました。 170°Cの高温押し温度で、材料は優れた刺し抵抗を示しました。ただし、ゆるい内部繊維配置と非織物の生地の弱い結合力は、独立して使用すると全体的な切断抵抗を制限します。

3。Aramid Woven Fabric：
アラミッド織物の生地は、ワープと横糸の糸を介して形成され、効果的に浸透を妨げるタイトな構造を作成します。

• プレーンウィーブ：平行した糸とタイトな構造を特徴とし、バランスの取れた強度を提供します。
• Twill Weave：通常、重い生地には、より粗い糸とゆるい構造を使用します。
• サテン織り：インターレースポイントが少ないため、繊維が滑りやすくなります。
  織物の織物は緊密なインターレースを提供しますが、ブレードがゆがんだ糸または横糸の糸を切断すると、開口部は大幅に拡大し、刺し抵抗を減らします。

4。アラミッドニットファブリック：
アラミッドニット生地はループとウェールズで構成されています。ブレードが侵入すると、ループがスライドし、隣接するループを締め、繊維間の摩擦が増加し、それによりさらなる浸透が妨げられます。この締め付けプロセス中に、いくらかの衝撃エネルギーが吸収されます。ループが完全に張力をかけたら、ファブリックは「セルフロック」状態を実現し、さらなる浸透を防ぎます。
Li Ningと同僚は、ニット生地の「セルフロック」現象を研究し、rib骨の構造が最高の刺し抵抗を提供し、その後、普通の横糸とプールニットが続くことを発見しました。層状構造のシーケンスは、パフォーマンスにも影響を与え、最適な結果を達成する最も外側の層にrib骨構造が配置されました。

アラミッドの柔軟性防止材料の修正

3.1表面コーティングの変更

アラミッド繊維の表面にある粒子または薄膜をコーティングすると、繊維間摩擦が強化され、摩耗によって鋭い金属刃を鈍らせることで刺すことに対する抵抗が改善されます。たとえば、Nayak R et al。修正するために適用された炭化ホウ素粒子Aramid 1414ファブリック表面は、17 mmの浸透深度で14 nの刺すような抵抗力を達成して、コーティングされていない生地ではわずか4 Nと比較して。改善された浸透抵抗は、コーティングによって提供される追加の保護効果に起因していました。同様に、Javaid Mu et al。 Sio₂コーティングされた生地の吸収防止メカニズムを研究しました。コーティングされていない生地は、糸と刃の間の孤立した相互作用を示し、簡単に切断しました。対照的に、sio₂コーティングは糸間の摩擦を増加させ、糸の変位を減らし、刺すことに対する耐性を高めました。

高強度の生地と組み合わせたハードセラミックコーティングも、外部の衝撃からの浸透を防ぎます。たとえば、Gadow R et al。熱噴霧技術を使用して、アラミッド生地に適用された金属セラミックおよび酸化物セラミックコーティング。静的刺しテストでは、ハードセラミックコーティングを備えた生地の停止防止性能が大幅に改善されたことが明らかになりました。有機樹脂もコーティングの修飾に使用されています。たとえば、Zhuang Q et al。調製されたアラミッド布/エポキシ樹脂複合材料は、浸透深度を37.3 mmから4.8 mmに減らし、停止防止性能を大幅に向上させました。この効果は、多層複合材料でさらに増幅されました。

無機ナノ粒子と有機樹脂は、しばしば相乗的に組み合わされて、アラミッドの柔軟な材料の触覚防止性能を改善します。たとえば、Xia Minmin et al。炭化ホウ素/エポキシ樹脂でコーティングされたアラミッド1414生地が涙強度が50 Nから約300 Nに増加することを発見しました。RubinWet al。ビニールエステル樹脂マトリックスで炭化シリコンを備えたコーティングされたアラミッド繊維は、20 wt％炭化物の含有量で最適なアンチスタブパフォーマンスを達成します。同様に、Xiayun Z et al。熱可塑性ポリウレタン/シリカ/せん断濃縮液（STF）でアラミド生地をコーティングすることにより、柔軟な鎮静防止材料を開発しました。 3％ヒュームシリカを含む溶液でコーティングされた生地は、ナイフと穿刺力に対する高い耐性を示しました。

3.2せん断液液（STF）含浸修正

STFは、分散相と培地で構成される非ニュートン液です。 STFで変更されたアラミド繊維が外力にさらされると、STFの粘度が急激に増加し、固体のように振る舞い、停止防止保護を提供します。力が除去されると、粘度は最初の液体状態に戻り、保護材料の柔軟性を提供します。 Li Danyang et al。 Aramid FabricsにSTFを含浸させることにより、柔軟な吸引防止材料を調製しました。彼らは、さまざまなファブリック構造にわたるアンチステービングパフォーマンスの大幅な改善を発見し、織物の織りポイントの増加とともにより大きな改善が観察されました。

STFにおけるナノ粒子のタイプ、粒子サイズ、含有量、および表面修飾も、布の性能に影響します。たとえば、Li et al。 STF/MWCNT複合材料を調製するために、複数の炭素ナノチューブ（MWCNT）とともに、分散相として直径を備えたSiO₂粒子を分散相として使用しました。 12 nmのSiO₂粒子が含浸されたアラミッド生地は、75 nmの粒子を持つ粒子と比較して優れたナイフ抵抗性を示しました。 Zhang Wangyang et al。純粋なアラミッド生地は、30 mmの刺す深さで73 Nの負荷に耐え、30％のSiO₂および70％PEGを含むSTF含浸布地が静的条件下で最高の吸収強度を達成したことがわかりました。

STF修正の有効性にもかかわらず、それらは通気性と水分透過性を低下させ、摩耗中の快適性に影響を与える可能性があります。

3.3樹脂複合修正

アラミド - レシン複合酸化防止材料は、アラミッド繊維の高強度と弾性率と樹脂マトリックスの多機能特性を組み合わせています。 Mayo JB et al。熱可塑性樹脂（ポリエチレン、ポリメチルメタクリレート、およびポリエチレンメチルメタクリレートコポリマー）により、JSP 706ケブラー繊維の抗吸引性能が大幅に改善されることがわかりました。樹脂の種類と厚さを調整することにより、変化するアンチスタブ特性を持つ生地が得られました。

Liu Yulongは、アラミド繊維の複合修飾のために、Sio₂ナノ粒子とSurlyn樹脂を組み合わせました。 33重量％の樹脂含有量では、24 jのエネルギーに耐えるために36層が必要でしたが、44重量％の樹脂含有量では30層のみが必要でした。キムH等。 LDPEのパフォーマンスは浸透の初期段階に限定されていましたが、低密度ポリエチレン（LDPE）がケブラーファブリックの抗浸透プロセスをエポキシ樹脂よりも効果的に強化することが観察されました。

樹脂とアラミッドの布の積み重ね方法もパフォーマンスに影響します。たとえば、Chen LiとWang Botaoは、湿ったコーティング、トランスファーコーティング、および乾燥直接コーティング方法を使用して、ポリウレタンをアラミッドプレーンウィーブファブリックに適用しました。これらの中で、トランスファーコーティング方法は、最高の停止防止性能を提供しました。

3.4ファイバー複合変更

コアスパンヤーン技術を使用して、アラミッド繊維を他の繊維とブレンドすることは、高性能の柔軟性防止材料を生成するもう1つの方法です。たとえば、Tien Dt et al。異なる表面密度のアラミッドコットンコアスパン糸から作られた織物を研究しました。アラミッドと綿の重量比が1：2.5で、ゆがみと横糸の密度がそれぞれ16.4糸/cmと8.4糸/cmであった場合、材料は優れた摩耗性と停止防止性能の向上を実証しました。

繊維層の数と配置もパフォーマンスに影響します。 Du Lingling et al。 Aramidのステープル糸とステンレス鋼のフィラメントから作られた生地の吸引特性に対する積み重ね層の影響を調査しました。彼らは、層の数を増やすとナイフ抵抗が改善されることを発見しました。

結論

現在、アラミッド繊維から作られた織り、編み物、不織布、および単方向の布地は、柔軟な鎮静防止材料の生産に使用されています。樹脂複合材料、表面コーティング、STF含浸などの修正方法は、高性能繊維製品の性能を高め、アラミッドの柔軟な吸引材料の進歩を促進します。ただし、特定の仕上げ方法による高コストと快適性の低下は依然として課題です。

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