苎麻织物增强氧化石墨烯改性环氧基体复合材料的弹道性能

摘要整理

氧化石墨烯(GO)在天然纤维复合材料中的应用开创了一类性能增强的新型材料，在防弹装甲等领域具有应用前景。本研究采用0.5 vol%氧化石墨烯改性环氧树脂基体，并以30 vol%苎麻织物作为增强体，通过0.22铅弹弹道测试评估了复合材料的防弹性能。采用傅里叶变换红外光谱、热分析和X射线衍射对复合材料进行了表征。弹道测试结果显示，复合材料的吸收能量为130 J，高于其他天然纤维环氧复合材料(74~97 J)和相同厚度的纯凯夫拉(合成芳纶织物)的吸收能量(100 J)。这归因于GO改性环氧树脂提高了苎麻织物与复合基体间的界面粘结性。热分解起始温度在300 °C以上，相比常规天然纤维聚合物复合材料具有更高的工作温度。差示扫描量热法(DSC)峰显示玻璃化转变吸热事件(113~121 °C)和挥发物释放放热事件(~132 °C)中热吸收或释放量较低。傅里叶变换红外光谱在1030 cm⁻¹处的显著吸收峰对应于GO与环氧链间的相互作用，表明GO在复合基体中分布均匀。X射线衍射确认了30 vol%苎麻织物增强GO改性环氧复合材料中GO的(0 0 1)衍射峰相对于纯GO偏移了8°，这是由于环氧链插层到GO层间距中所致。通过改善苎麻织物的界面粘结性、增强环氧基体的热稳定性以及提高弹体穿透过程中的能量吸收，GO对复合材料的弹道性能起到了显著的增强作用。

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