新型聚乙烯-納米二硫化鎢複合纖維防護材料

在單兵個體防護中，用於防彈的裝甲材料包括氧化鋁、碳化矽、 碳化硼、氮化矽、二硼化鈦等。目前，常規武器發展迅速，對單兵的威脅等級逐步提高，為提高單兵的防彈生存能力和戰場移動能力，必須發展輕質高效的防彈複合材料體系。

防護材料中最常用的為氧化鋁、碳化矽和碳化硼等，這些陶瓷材料的特點是密度小、硬度高、模量高；其中，Al₂O₃具有中等的密度、模量和硬度，原料易得，工藝成熟，採用高純度氧化鋁經過固相燒結工藝，可以得到適於防彈要求的低成本防彈陶瓷，在防彈性能和重量要求不高時，氧化鋁陶瓷是較好的選擇。SiC陶瓷的硬度、彈性模量較高、密度適中，整體防彈性能優於Al₂O₃陶瓷，但是SiC陶瓷在實際中並沒有得到廣泛的應用，其較大的脆性是制約其應用的主要因素，B₄C陶瓷密度最小、硬度最高，在防彈陶瓷中防彈性能最好，在以減重為前提的裝甲系統中和追求輕量化的個體防護插板中有其優越性，但是B₄C陶瓷的製備難度大，高溫緻密化困難，主要靠熱壓燒結(＞2000℃)，生產效率低，成品價格昂貴，特別是大尺寸、 弧面形狀產品的製備更加困難。

綜上因素，新一代的單兵防護材料需要具備更輕、更強，更易制等特點，為此，有我國某軍工企業研製出一種包含超高分子品質聚乙烯/納米二硫化鎢複合纖維的新型材料。材料採用的製造方法為：

1、將粒徑為120nm的納米WS₂浸漬於100ml硫酸和高錳酸鉀的混合溶液，在回流溫度下處理1.5小時，高錳酸鉀在硫酸中的濃度為5g/100ml；淨化處理後的納米WS₂與3-氨丙基三乙氧基矽烷偶聯劑在乙醇中回流2小時，得到偶聯劑改性後的二硫化鎢。

2、將所得偶聯劑改性後的WS₂利用超聲波均勻地分散在石蠟油，然後在帶有攪拌剪切作用的反應釜中緩慢加熱WS2和UHMWPE的石蠟油溶液，攪拌剪切轉速控制在75～1500轉/分鐘，反應溫度由100℃逐漸升溫至180℃，升溫速度控制在1℃/分鐘，在180℃反應120分鐘，完成均聚聚合反應。

3)凍膠紡絲：對所充分溶解的UHMWPE/納米二硫化鎢複合溶液採用常規的凍膠紡絲法進行紡絲，紡絲溫度為130℃，製備所得凝膠絲經過萃取、三次牽伸，得到複合纖維。

將納米WS₂顆粒引入到UHMWPE纖維中，所制得的新型無機類富勒烯過渡金屬硫化物二硫化鎢納米材料具有球形的嵌套中空結構，外表光滑的球形可以使應力更均勻地沿顆粒表面分佈，嵌套中空結構可以大量地吸收衝擊波的能量，因此這種超高分子量聚乙烯/納米二硫化鎢複合纖維具有極好的抗衝擊和減震性能，可用於製造防彈衣、防彈頭盔或防彈插板。