近年來,大家對碳纖維復合材料一定耳熟能詳。昨天咱們分享了一位牛人用碳纖維制作撲克牌的視頻,實在不要太帥啊。今天咱們再來一篇碳纖維防彈衣材料的文章圖片。
碳纖維復合材料有很強的力學性能,它的比強度、比模量,比其它與之功能類似的合金高很多倍。
也就是說,在相同的抗拉強度和拉伸模量下,當產品滿足性能要求,碳纖維制品的重量要遠遠低于合金制品。
碳纖維 CFRP 的強度要明顯高于玻璃纖維 GFRP
碳纖維通常由聚丙烯腈(PAN)纖維通過氧化和更高溫度的碳化制成。碳纖維很少單獨使用,一些常見的處理技術包括:長絲纏繞、編織、預浸料(預浸漬的碳纖維)和拉擠成型等。
在制造過程中產生的長絲被絞成紗線。它可用于編織碳纖維長絲布或織物。織物上的圖案通常取決于紗線的密度和所選的編織方式。
150倍下的碳纖維可以看到由一根根絲編織起來的
其粗細和頭發絲相比直徑更小
當暴徒用槍射擊你時,千鈞一發之際,冷靜的你看看身上的碳纖維小馬甲,默默的尋思著:纖維織成的密網,類似于足球門網,無論射體觸擊到網的哪一個位置,它的沖力都會被整個網所吸收。正因為這樣,碳纖維可用于制造防彈衣:
碳纖維防彈到底靠不靠譜,咱們實測一下看看效果:
20世紀60年代,美國杜邦公司研制出一種新型芳綸纖維復合材料——芳綸1414。
杜邦將這種材料在1972年實現商品化并注冊商標為Kevlar也就是卡夫拉。凱夫拉纖維主要分為兩種:對位芳酰胺纖維(PPTA)和間位芳酰胺纖維(PMIA)。
凱夫拉的強度超過碳纖維,而質量比碳纖維還輕。美軍率先使用Kevlar制作防彈衣,并研制了輕重兩種型號。由此,美國的杜邦公司一度占據了全球防彈衣材料的過半的市場份額,上世紀80年代,美國還曾經限制杜邦把該材料出口我國,為此,我國在化纖材料的研發上早早就開始布局。
超高性能碳纖維的出現,打破了傳統碳纖維因斷裂伸長率小而不能用于防彈領域的概念,已開始應用于新型軍用防彈裝備,對提升先進武器裝備具有重大意義。
2019年11月20日,中國石化股份有限公司經過鑒定,利用16年時間突破了聚合、紡絲、工程放大等關鍵核心技術,造出了對位芳綸纖維。
下面這個小視頻就是對我國對位芳綸纖維的介紹:
當然,除了對位芳綸纖維,超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE)、液體防彈材料(TBS)、碳納米管、石墨烯、壓縮玻璃碳、人造蜘蛛絲等都可以用來作為防彈材料。
2017年我們看到央視財經發布的這樣一組數據:全世界70%的防彈衣都是中國制造。我們前面介紹直到2019年,我們才全面掌握對位芳綸纖維的技術,為什么防彈衣的制造市場份額之前這么高?
原因就是我國的防彈衣材料主要使用的超高分子量聚乙烯纖維(UHMWPE),UHMWPE是一種相比芳綸防護效果更好,而且也更便宜的優質防彈材料。目前主流的防彈衣和防彈插板等防彈裝備都是用的UHMWPE。
自1985年中國開始超高分子量聚乙烯纖維的研究,東華大學(原中國紡織大學)、鹽城超強高分子材料工程技術研究所先后加入研發行列,并取得了一系列重大理論突破,1999年突破關鍵性生產技術。目前,我國的超高分子量聚乙烯纖維產量很大,產業鏈完整齊全,市場產業健康,很多防彈衣生產企業甚至自己都能生產超高分子量聚乙烯纖維,所以,防彈衣的成本壓的比較低,在全球占據過半的份額也就不足為奇了。
除了防彈,碳纖維的用途很多,比如在汽車上使用:
在航空航天上也有大量使用:
在高爾夫球棒、網球拍、標槍、弓、自行車、釣魚竿等體育用品上的應用更是不勝枚舉。下面是碳纖維在頭盔上的應用,價格不低:
可見,優質、新型材料的出現,帶給我們的將是生活各個方面的全面提升,因此,對于新材料的研發一刻也不能停止……
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