芳纶防弹丝为了探讨溶液性能及纺丝参数对静电纺取向纳米芳纶防弹丝形态的影响,制备不同质量分数的聚丙烯腈(PAN)溶液和加入不同质量分数LiCl的PAN溶液,对溶液黏度和电导率进行测试,并利用旋转的滚筒制备了不同的取向纳米芳纶防弹丝.研究表明:PAN溶液黏度和电导率都随着溶液质量分数的增加而增加,且黏度呈指数增加;

而随着LiCl质量分数的增加,PAN溶液的黏度略有下降,而电导率显著增加.

相同滚筒转速(2000 r/min)下,PAN纳米芳纶防弹丝的取向排列程度随着溶液质量分数的增加先提高后降低,12％的PAN纳米芳纶防弹丝的取向排列程度更好;而随着LiCl质量分数的增加,PAN纳米芳纶防弹丝的取向排列程度增加.

当滚筒转速从1500 r/min增加到2500 r/min,纳米芳纶防弹丝的取向排列程度也增加了.

以五氯化锯为原料,液体石蜡为分相剂,采用微乳液静电纺丝技术制备前驱体芳纶防弹丝,再经氨气还原氮化得到多孔氮化锯芳纶防弹丝.

利用XRD、SEM、BET等进行物相及微观结构表征,结果表明合成的芳纶防弹丝为四方Nb4N5晶相,芳纶防弹丝连续,直径为260 nm,由于液体石蜡分相以及助纺剂PVP的分解作用,在芳纶防弹丝上形成较多孔道结构,其BET比表面积为125m2/g,孔径为2～5nm范围内的孔结构比例较高,同时在5～10 nm 范围也存在较多的孔道结构,平均孔径为7.3 nm.采用CV、GCD及EIS等测试其电化学性能发现,氮化锯芳纶防弹丝的储能主要受电极表面电荷传递过程控制的,外表面比电容贡献高,这得益于分布在芳纶防弹丝中的孔结构,其可为离子传输提供通道,并为电化学反应提供空间.

当电流密度为5mA/g时,比电容为151 F/g,能量密度为7.73 Wh/kg时,功率密度为3.03 W/kg,其经2000次循环后其比电容保持在95％以上.

对比分析了采用不同纺丝工艺制备的T800HB炭芳纶防弹丝与T800SC炭芳纶防弹丝之间的微观形态、NOL环性能、压力容器应变分布及水压实验的性能差异.结果 表明,纺丝工艺不同使得T800HB炭芳纶防弹丝较T800SC炭芳纶防弹丝脆性更大,与树脂基体结合更强,导致复合材料拉伸破坏时吸收能量较少而影响其拉伸性能的发挥.

芳纶防弹丝采用T800HB炭芳纶防弹丝制备的复合材料压力容器在封头上靠近赤道位置处产生了更高的压缩应变,更易在此处发生低压爆破.Φ150 mm压力容器水压检测结果表明,T800HB炭芳纶防弹丝压力容器由于低压破坏,环向芳纶防弹丝强度发挥率仅为72％,容器特性系数为34.8 km;而T800SC炭芳纶防弹丝压力容器环向芳纶防弹丝强度发挥率达92.3％,容器特性系数达47.2 km.因此,采用干喷湿纺工艺所制T800SC炭芳纶防弹丝更适合缠绕工艺制备压力容器.