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海南保温材料
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纤维机织布防护性能

2024-01-22 12:39:58


海南保温材料

1、 耐高温性能

对芳纶Ⅲ机织布及PI机织布分别进行高温环境试验,试验在GJB150.3A—2009《军用装备环境试验方法第3部分:高温试验》规定的70℃高温条件下进行,测试时间为5h。

经过高温试验后,对芳纶Ⅲ机织布及PI机织布的外观、结构进行目视检查,由图1可以看出,两种机织布的外观、结构完好,无硬化和脆化、无龟裂。

PI纤维是分子主链上含有酰亚胺环的一种有机纤维,具有极好的耐高温性能,兼具优异的力学、绝缘、阻燃、耐辐照、耐候性能,最 高耐温达400℃以上,在200~300℃的环境下长期使用不会改变性能,无明显熔点,可保证织物在高温环境下具有优良的力学性能和尺寸稳定性。

芳纶Ⅲ因独特的分子结构和工艺技术让其具有低密度、超高强度、超高模量、耐高温、抗冲击性好、耐磨性好等优良性能,是典型的新一代结构功能一体化新材料。其耐高温能力突出,在氮气环境温度达到538℃、空气环境温度达到520℃时,芳纶Ⅲ才会分解。


2 、阻燃性能

织物的阻燃性能存在两种评判标准:一种是织物的燃烧速率;另一种是氧指数(也称极限氧指数)法。极限氧指数表示纤维的难燃程度,通常情况下将纺织品分为易燃(极限氧指数<20%)、可燃(极限氧指数为20%~26%)、难燃(极限氧指数为26%~34%)和不燃(极限氧指数≥35%)四个等级。

考虑到高性能纤维的特性,本试验采用氧指数法。参照GB/T5454—1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》中规定的方法测试芳纶Ⅲ机织布和PI机织布的极限氧指数。在检测环境为(22±2)℃,相对湿度(65±4)%的条件下调节试样,试样方向为经向。

芳纶Ⅲ机织布试样燃烧特征为炭化,PI机织布试样燃烧特征为炭化、阴燃。根据氧指数测试结果,芳纶Ⅲ机织布试样的极限氧指数为33.7%,属于难燃材料;PI机织布试样的极限氧指数为49.6%,属于不燃材料。

由检测结果分析可知,芳纶Ⅲ机织布和PI机织布均具有良好的阻燃性能。从纤维角度上讲,由于芳纶Ⅲ具有较高的聚合度和结晶度,增大了结晶区与非晶区的间隔密度,从而起到良好的阻燃效果。而PI独特的结构让其分子键能极高,若想燃烧需要大量的热能,因此其阻燃性能极好。

另外,相比芳纶Ⅲ机织布,PI机织布的极限氧指数更高,具备更难燃烧的条件,阻燃性能更好,高温环境下无熔滴现象,明火燃烧后仅褪色,且燃烧过程中不产生有毒物质。这是因为PI稳定的环形结构使其分子键能极高,当在低氧气浓度下点燃时,纤维受热分解反应速率较慢,分解释放热量不足以维持PI纤维燃烧,因此PI表现出更好的阻燃效果。


3、 防弹性能

在固定面密度相同的情况下,测试芳纶Ⅲ机织布和PI机织布制成的软质靶片的弹道极限V50值,以评价两种机织布的防弹性能。

3.1 靶片制备

将面密度为(200±6)g/m2的芳纶Ⅲ机织布裁剪成300mm×300mm的尺寸,27层靶片铺叠,称取质量,计算面密度。将符合要求的靶片分别在上下左右四周中间位置距边10mm点固定靶片,固定线长度为20mm,点固定方式如图3所示。

将面密度为(200±6)g/m2的PI机织布裁剪成300mm×300mm的尺寸,27层靶片铺叠,称取质量,计算面密度。点固定方式如图3所示。

3.2 软质靶片V50值

软质靶片测试后相同面积纤维分层开裂的圆形通孔破坏情况如图4所示,由图4可知:芳纶Ⅲ机织布软质靶片的破坏面积相对较小;而PI机织布软质靶片的破坏面积较芳纶Ⅲ软质靶片的大,说明其弹道吸能更高,抗高速冲击性能更好。

本次试验对照组在制样的时候,应尽量减少差异影响因素,在比较纤维织造形式的差异时,同类纤维不同织造形式采用同一纤维型号,所有制样采用相同的样件尺寸,相同的固定方式。两种高性能纤维材料软质靶片1.1g弹道极限V50值的试验数据如表1所示。

由表1可以看出,PI机织布软质靶片的V50值大于芳纶Ⅲ机织布软质靶片的。这是因为PI纤维模量高、纤维密度小,制成的织物致密性高,所以在V50防护性能方面表现不俗。


4、 高温防护性能

将芳纶Ⅲ/涤纶混纺针织面料(简称芳纶Ⅲ面料)和PI/涤纶混纺针织面料(简称PI面料)裁切成400mm×400mm的尺寸,PI面料作为靶片外套外层防护层,芳纶Ⅲ面料作为外套贴身层,制成靶片外套。将PI机织布、芳纶Ⅲ机织布、芳纶Ⅲ面料和PI面料裁切成400mm×400mm的尺寸,将PI面料、PI机织布、芳纶Ⅲ机织布、芳纶Ⅲ面料由受热面到贴身面的顺序进行铺叠制成靶片试样。依据GB/T23467—2009《用假人评估轰燃条件下服装阻燃性能的测试方法》的标准中附录A的计算方法进行芳纶Ⅲ和PI纤维两种材料的耐高温烧伤级别评估结果。

由芳纶Ⅲ和PI纤维制成的靶片试样在燃烧期后火焰的强度、燃烧期后火焰的持续时间、产生的烟量、服装的物理稳定性、服装自身的燃烧程度、服装自身燃烧持续时间、假人表面的热通量、皮肤组织温度、烧伤程度检测都合格。经过组合的靶片的热通量可以达到84kW/m2,应用于特殊服装材料时能最 大限度地减少烧伤情况,更好地为作战人员提供隔热防护。


高性能纤维材料及织物结构形态是决定防爆服软质芯片防护效果的主要因素。芳纶Ⅲ的防弹因子相对较高,但其稳定性不够理想,特别是耐光性、树脂体系、织造工艺的匹配、优化问题还需要进一步解决;PI防弹性能比较优异,力学性能的主要指标也没有明显缺陷,影响其市场化推广的主要因素是价格昂贵,产能低下。

当前,国产PI纤维无论是强度还是模量都远未达到俄罗斯的5.8GPa和美国的285GPa水平。一旦国产PI纤维的强度和模量得到大幅提升,释放出产能,并破除价格壁垒,将会有极大的应用前景。从芳纶Ⅲ与PI纤维的综合分析研究中可以看出,两种材料均可作为防爆服软质防弹层芯片的理想材料,PI纤维在综合性能方面表现更优异。


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