復(fù)合材料在軍事上的應(yīng)用.ppt

樹(shù)脂基復(fù)合材料在 武器上的應(yīng)用,張權(quán) 16085204210023,前言,材料的復(fù)合化是材料發(fā)展的必然趨勢(shì)之一，近代以來(lái)，由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)材料性能的要求也在日益提高，單質(zhì)材料越來(lái)越難滿足高科技對(duì)材料性能的高要求，復(fù)合材料由于其優(yōu)異的性能及其可設(shè)計(jì)性而得到人們的重視。樹(shù)脂基復(fù)合材料是目前技術(shù)比較成熟且應(yīng)用較為廣泛的一類復(fù)合材料，廣泛應(yīng)用于航空、航天、兵器、船舶、交通、體育器材、基礎(chǔ)建設(shè)等許多領(lǐng)域。,樹(shù)脂基復(fù)合材料簡(jiǎn)介,樹(shù)脂基復(fù)合材料是以樹(shù)脂材料為基體、高性能纖維為增強(qiáng)材料，通過(guò)復(fù)合工藝制備而成，具有明顯優(yōu)于原組分材料的性能的一類新材料。目前廣泛應(yīng)用的樹(shù)脂包括熱固性樹(shù)脂和熱塑性樹(shù)脂，增強(qiáng)纖維主要包括碳纖維、玻璃纖維、凱夫拉纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。,增強(qiáng)纖維簡(jiǎn)介,凱夫拉纖維：是美國(guó)杜邦公司研制的一種芳綸纖維材料，學(xué)名叫“聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺”。這種新型纖維密度低、強(qiáng)度高、韌性好、耐高溫、易于加工和成型，其強(qiáng)度為同等質(zhì)量鋼鐵的5倍,但密度僅為鋼鐵的五分之一。 超高分子量聚乙烯纖維：是目前世界上比強(qiáng)度和比模量最高的纖維，也是世界上最堅(jiān)韌的纖維。其強(qiáng)度是同等質(zhì)量鋼鐵的15倍，比碳纖維和凱夫拉纖維還要高2倍，是目前制造防彈衣的主要材料。 玻璃纖維：是一種性能優(yōu)異的無(wú)機(jī)纖維，種類繁多，優(yōu)點(diǎn)是絕緣性好、耐熱性強(qiáng)、抗腐蝕性好，機(jī)械強(qiáng)度高，但缺點(diǎn)是性脆，耐磨性較差。 碳纖維：是一種含碳量在95%以上的高強(qiáng)度、高模量纖維的新型纖維材料。并且具有耐腐蝕、高模量的特性，在國(guó)防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。,樹(shù)脂基復(fù)合材料成型的突出優(yōu)勢(shì)是良好的成形工藝性，比強(qiáng)度和比模量都較高，密度低，具有突出的減震效果，抗腐蝕性較強(qiáng)，熱導(dǎo)率不高，性能可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，便于整體成型以及綜合性能優(yōu)異，在整個(gè)軍工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。,樹(shù)脂基復(fù)合材料在武器裝備上的應(yīng)用,槍械,火箭發(fā)射器與無(wú)坐力發(fā)射器,火炮,坦克與裝甲車輛,軍用飛機(jī),導(dǎo)彈,艦船,防彈頭盔與防彈衣,1.槍械,目前，西方輕武器研制強(qiáng)國(guó)普遍采用樹(shù)脂基復(fù)合材料制造槍托、護(hù)木、彈匣等槍械部件。 (1)樹(shù)脂基復(fù)合材料槍托、護(hù)木 樹(shù)脂基復(fù)合材料制造的槍托和護(hù)木具有隔熱效果好、易加工成型、成本較低、握持舒適、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)逐漸取代木材、鋁合金等材料來(lái)制造槍托、護(hù)木。美國(guó)陸軍M16型步槍采用織物增強(qiáng)的酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料的槍托和握把，英軍L85步槍采用了石棉纖維增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料護(hù)木。,護(hù)木,槍托,鋼制彈匣,(2)樹(shù)脂基復(fù)合材料彈匣,樹(shù)脂基復(fù)合材料制造的彈匣具有質(zhì)量輕、易加工成型、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)大量用于制作槍械彈匣。俄羅斯AK74型突擊步槍采用玻璃纖維增強(qiáng)聚乙烯醇改性酚醛樹(shù)脂復(fù)合材料制造的30發(fā)裝彈的彈匣，其質(zhì)量為0.23kg，比金屬?gòu)椣惠p28.5。美國(guó)M60型7.62mm通用機(jī)槍采用樹(shù)脂基復(fù)合材料彈鏈，質(zhì)量比金屬?gòu)楁溳p30。,2.火箭發(fā)射器和無(wú)坐力發(fā)射器,樹(shù)脂基復(fù)合材料從20世紀(jì)40年代開(kāi)始在彈箭上應(yīng)用，主要包括輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)材料和熱防護(hù)材料。瑞典的AT-4單兵火箭發(fā)射筒由芳綸纖維(Kevlar)增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料制造，美國(guó)M72步兵輕型反坦克武器(LAW)發(fā)射筒由鋁合金內(nèi)襯纏繞玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂制成。,3.火炮,樹(shù)脂基復(fù)合材料主要用于制造火炮身管、大架、搖架、熱護(hù)套等部件，能夠進(jìn)一步降低火炮質(zhì)量，提高火炮的性能。德國(guó)豹主站坦克的坦克炮采用兩段玻璃鋼熱護(hù)套，防止火炮身管因受陽(yáng)光或射擊熱量而出現(xiàn)身管彎曲，提高命中率。,熱護(hù)套,4.坦克與裝甲車輛,坦克裝甲車輛使用樹(shù)脂基復(fù)合材料的主要目的是利用其密度低、比強(qiáng)度高 、比模量高、耐腐蝕和制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，與裝甲鋼、高硬度陶瓷等材料一起制備高防護(hù)輕質(zhì)量的復(fù)合裝甲。在同體積戰(zhàn)車上使用樹(shù)脂基復(fù)合材料要比鋼件減輕 60 % 70 %, 比鋁合金減輕 30 % 50 %,且制造成本降低 20 % 30 %。,美國(guó)的 M1主戰(zhàn)坦克的主裝甲是用貧鈾合金/Kevlar-29 纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料, 同時(shí)還采用輕質(zhì)空隙陶瓷板連接前后結(jié)構(gòu)單元 ,緩沖穿甲彈的沖擊 , 吸收和分散能量 。,復(fù)合裝甲,蘇俄 T-72 、T-80 主戰(zhàn)坦克也使用了復(fù)合裝甲。T-72坦克的復(fù)合裝甲是用兩塊均質(zhì)鋼板夾一層 104mm 的酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料, 而 T-80 坦克的主裝甲是以均質(zhì)鋼為面板 , 中間為抗彈陶瓷和酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料 , 背板為均質(zhì)鋼。另 外, T-72 主 戰(zhàn)坦克頂 部披掛了 30mm 50mm 的凱夫拉纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料制作的輕型復(fù)合裝甲 ,大幅度提高了頂部防護(hù)能力 。,5.軍用飛機(jī),軍用飛機(jī)用先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，已經(jīng)從最初的非承力構(gòu)件發(fā)展到應(yīng)用于次承力和主承力構(gòu)件，可獲得減重2030的顯著效果。從用量來(lái)講，當(dāng)前先進(jìn)軍用飛機(jī)的復(fù)合材料用量己超過(guò)30，今后在用量上的比例將趨于穩(wěn)定。在軍機(jī)制造中，樹(shù)脂基復(fù)合材料可用于制造作戰(zhàn)飛機(jī)的雷達(dá)罩、機(jī)翼、機(jī)身、鴨翼、平尾和發(fā)動(dòng)機(jī)外涵道等。,鴨翼,6.導(dǎo)彈,1956年，美國(guó)“先鋒號(hào)”火箭使用的第二級(jí)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體首先采用了玻纖增強(qiáng)塑料(玻璃鋼)，接著美國(guó)在“北極星”、“雷神”、“大力神”、“宇宙”、“海神C3”、“民兵”等中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈上先后采用了玻璃鋼發(fā)動(dòng)機(jī)殼體，法國(guó)M4、M20潛地導(dǎo)彈頭部整流罩亦采用了玻璃鋼。,7. 艦船,樹(shù)脂基復(fù)合材料自問(wèn)世以來(lái)就一直在艦艇工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。國(guó)內(nèi)外對(duì)其在海軍艦艇上的應(yīng)用非常重視。樹(shù)脂基復(fù)合材料在海軍艦艇上應(yīng)用時(shí)具有如下突出的優(yōu)點(diǎn):優(yōu)良的力學(xué)性能，耐腐蝕(可耐酸、堿、海水侵蝕,水生物也難以附生)，大幅減重，透波、透聲性好,無(wú)磁性,介電性能優(yōu)良，優(yōu)良的設(shè)計(jì)、施工性能，容易維護(hù),維護(hù)費(fèi)用遠(yuǎn)低于鋼制艦艇和木制艦艇。例如，玻璃鋼因?yàn)闊o(wú)磁性且高強(qiáng)度，廣泛用于制造掃雷艇和獵雷艇。,8.防彈頭盔與防彈衣,目前先進(jìn)防彈頭盔主要由UHMWPE纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料和芳綸纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料制成，這種防彈頭盔的防彈能力強(qiáng)，防護(hù)面積大，舒適輕便，綜合性能明顯好于鋼制防彈頭盔，目前已大量裝備各國(guó)軍警。,當(dāng)前新型防彈衣由軟質(zhì)防彈背心與硬質(zhì)防彈插板兩部分組成，其中軟質(zhì)防彈背心由高強(qiáng)度纖維織物制成，而硬質(zhì)防彈插板由防彈陶瓷片和纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料背板構(gòu)成。這種防彈衣的防彈能力強(qiáng)，二次傷害小，舒適輕便，可根據(jù)任務(wù)強(qiáng)度靈活選擇配置，綜合性能明顯優(yōu)于鋼制防彈衣。,發(fā)展方向,樹(shù)脂基復(fù)合材料具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度和比模量高、耐腐蝕等特性，制造工藝成熟，應(yīng)用前景廣闊。 其在軍工領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展方向有：