新型聚乙烯-纳米二硫化钨复合纤维防护材料

在单兵个体防护中，用于防弹的装甲材料包括氧化铝、碳化硅、 碳化硼、氮化硅、二硼化钛等。目前，常规武器发展迅速，对单兵的威胁等级逐步提高，为提高单兵的防弹生存能力和战场移动能力，必须发展轻质高效的防弹复合材料体系。

防护材料中最常用的为氧化铝、碳化硅和碳化硼等，这些陶瓷材料的特点是密度小、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，工艺成熟，采用高纯度氧化铝经过固相烧结工艺，可以得到适于防弹要求的低成本防弹陶瓷，在防弹性能和重量要求不高时，氧化铝陶瓷是较好的选择。SiC陶瓷的硬度、弹性模量较高、密度适中，整体防弹性能优于Al₂O₃陶瓷，但是SiC陶瓷在实际中并没有得到广泛的应用，其较大的脆性是制约其应用的主要因素，B₄C陶瓷密度最小、硬度最高，在防弹陶瓷中防弹性能最好，在以减重为前提的装甲系统中和追求轻量化的个体防护插板中有其优越性，但是B₄C陶瓷的制备难度大，高温致密化困难，主要靠热压烧结(＞2000℃)，生产效率低，成品价格昂贵，特别是大尺寸、 弧面形状产品的制备更加困难。

综上因素，新一代的单兵防护材料需要具备更轻、更强，更易制等特点，为此，有我国某军工企业研制出一种包含超高分子质量聚乙烯/纳米二硫化钨复合纤维的新型材料。材料采用的制造方法为：

1、将粒径为120nm的纳米WS₂浸渍于100ml硫酸和高锰酸钾的混合溶液，在回流温度下处理1.5小时，高锰酸钾在硫酸中的浓度为5g/100ml；净化处理后的纳米WS₂与3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂在乙醇中回流2小时，得到偶联剂改性后的二硫化钨。

2、将所得偶联剂改性后的WS₂利用超声波均匀地分散在石蜡油，然后在带有搅拌剪切作用的反应釜中缓慢加热WS2和UHMWPE的石蜡油溶液，搅拌剪切转速控制在75～1500转/分钟，反应温度由100℃逐渐升温至180℃，升温速度控制在1℃/分钟，在180℃反应120分钟，完成均聚聚合反应。

3)冻胶纺丝：对所充分溶解的UHMWPE/纳米二硫化钨复合溶液采用常规的冻胶纺丝法进行纺丝，纺丝温度为130℃，制备所得凝胶丝经过萃取、三次牵伸，得到复合纤维。

将纳米WS₂颗粒引入到UHMWPE纤维中，所制得的新型无机类富勒烯过渡金属硫化物二硫化钨纳米材料具有球形的嵌套中空结构，外表光滑的球形可以使应力更均匀地沿颗粒表面分布，嵌套中空结构可以大量地吸收冲击波的能量，因此这种超高分子量聚乙烯/纳米二硫化钨复合纤维具有极好的抗冲击和减震性能，可用于制造防弹衣、防弹头盔或防弹插板。

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