密度梯度碳纤维复合材料防刺性能探究

碳纤维复合材料高强高模,机械性能优异,应用范围广,但碳纤维断裂伸长率较低,对能量吸收效率差,当作为防刺材料使用时通常需要较高的纤维含有率,这大幅增加了材料的厚度和重量。为了得到轻薄、坚固的防刺复合材料,本研究制备了密度梯度碳纤维增强复合材料,探究复合材料密度配置、堆叠顺序和方式对复合材料防刺性能的影响,并利用扫描电子显微镜观察测试后复合材料的失效形式和破坏形貌,分析不同摆放位置的碳纤维板材在穿刺过程中起到的作用。实验结果表明:碳纤维布样层数对碳纤维复合材料防刺性能影响最大,纤维布面密度次之,碳纤维板材在材料整体中的摆放位置对防刺性能影响较小。当碳纤维布面密度达到280 g·m^-2,板材碳纤维布层数达到6层,且放置在最下层时,获得最优防刺性能。在刀具下落接触材料表面时,材料主要通过纤维和树脂的破碎、断裂来吸收能量,阻碍刀尖穿破材料;当刀尖刺出材料后,材料通过纤维从树脂中抽拔、剥离、拉伸断裂来吸收能量,阻碍刀具切割材料。