考虑材料与厚度因素的仿生肌腱纤维束增强夹层复合板（SCP-BTFB）弹道性能研究

《Polymer Composites》：Study on Ballistic Performance of a Sandwich Composite Plate With Biomimetic Tendon Filament Bundles (SCP-BTFB) Considering Materials and Thickness

研究测试了五种纤维（碳、PBO、玄武岩、UHMWPE、芳纶）和两种核心厚度（10mm、15mm）的生物模拟肌腱纤维束夹层板（SCP-BTFB）对1951型铅弹（445m/s）的防弹性能。玄武岩核心10mm厚度时能量吸收率最高（49.39%），因纤维束最大位移和损伤体积（4.2cm3）。15mm虽SEA达2.6–4.17J/g但效率低于10mm，因重量增加抵消能量增益。该研究确认玄武岩作为BTFB核心材料可优化轻量化防弹装备。

　　

摘要

在防护装备领域，传统的夹层复合面板在平衡弹道性能和轻量化特性方面面临挑战，因为核心材料的能量吸收能力不足以及结构稳定性问题限制了其应用范围。先前的研究表明，采用仿生肌腱纤维束（SCP-BTFB）的夹层面板具有良好的能量吸收潜力，但核心材料和厚度对弹道性能的影响尚不明确。本研究使用五种纤维（碳纤维、PBO纤维、玄武岩纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维）以及两种核心厚度（10毫米、15毫米），在约445米/秒的速度下测试了SCP-BTFB的弹道性能，实验对象为1951型铅弹。结果表明，采用玄武岩纤维作为核心材料的面板具有最高的能量吸收率（15毫米厚度时为49.39%），这是由于纤维束被压缩得最为严重，同时产生的损伤体积也最大（4.2立方厘米）。就单位能量吸收率（SEA）而言，虽然增加核心厚度可以提高能量吸收效果，但会增加重量，因此15毫米厚度的面板总体上不如10毫米厚度的面板高效。不过，其单位能量吸收率（2.6–4.17焦耳/克）仍高于以往的研究结果。这项工作证实了玄武岩纤维作为BTFB核心材料的优势，有助于优化轻量化防弹装备和装甲的性能。

利益冲突

作者声明不存在任何利益冲突。