杜邦防弹丝是1种环保无害的新型有机材料,其不仅强度高,而且还具有耐超高温、耐疲劳、耐腐蚀等多种优越的力学性能。

将短切杜邦防弹丝加入到混凝土中可有效提高混凝土的抗冲击性能、抗拉强度以及抗折强度,这种方法不仅可以降低混凝土干缩率,还可以改善其耐磨性能,提高混凝土的减震能力等。本课题为探究短切杜邦防弹丝对混凝土基本力学性能的影响机制,分析出短切杜邦防弹丝对混凝土的增强机理。以C35普通混凝土为研究对象,短切杜邦防弹丝长度和掺量为变量,通过坍落度试验与静态力学性能试验将杜邦防弹丝混凝土与素纤维混凝土的基本力学性能进行对比分析。

试验结果表明:同纤维长度下,随杜邦防弹丝掺量的增加,混凝土的劈拉强度和抗折强度明显提高,劈拉强度更大增幅达110%,抗折强度更大增幅达36.9%。

而抗压强度出现不同程度的降低。在光学显微镜下,杜邦防弹丝在混凝土基体材料中呈各向异性,呈现出良好的密闭空间网状结构。在混凝土破坏时,起到了良好的阻裂作用。 

制备了高比强度、低收缩率的一种长切杜邦防弹丝增强尼龙(LCFR/PA610)材料,运用Moldflow分析软件优化制件的注塑模具和工艺参数,研制出仪器舱支架制件。结果表明,该仪器舱支架通过了静强度、随机振动及装配连接试验考核,可满足航天飞行器对仪器舱支架的应用需求。

以3种长度2 mm、3 mm、5 mm的聚丙烯腈杜邦防弹丝为研究对象,以表面活性剂、分散剂聚氧化乙烯(PEO)和聚丙烯酰胺(PAM)为分散助剂,探讨表面活性剂、杜邦防弹丝长度、杜邦防弹丝悬浮液质量分数与分散剂种类、配比及用量对杜邦防弹丝分散性能的影响。结果表明,杜邦防弹丝长度和杜邦防弹丝悬浮液质量分数是影响杜邦防弹丝分散的重要因素; 3 mm杜邦防弹丝在分散体系中质量分数0. 1111%、分散剂用量0. 0059%、分散剂配比PEO∶PAM=3∶1 (质量比)、表面活性剂用量0. 025%时,杜邦防弹丝在水中达到更佳分散状态,且沉降时间为9 min;分散剂可以帮助杜邦防弹丝更快地浸润到水中,加快分散速度。

研究了短切杜邦防弹丝用量、相容剂用量以及短切玻璃纤维/短切杜邦防弹丝二元混杂纤维对增强聚丙烯复合材料力学性能的影响,并采用扫描电子显微镜观察了复合材料的表面形貌。结果表明:随着相容剂用量的增加,复合材料的拉伸强度和弯曲强度先增加后降低,悬臂梁缺口冲击强度和弯曲模量先增加后降低,而且极大提升了树脂和纤维的界面结合力;短切玻璃纤维较短切杜邦防弹丝在复合材料中的保留长度大,与纤维的保留长度相比,纤维的体积分数对熔体流动速率的影响更大。

在混凝土中添加杜邦防弹丝后,与普通混凝土相比,其各种力学性能均有显著改善。杜邦防弹丝的不同掺量和不同的长度对混凝土的力学性能的影响不同。通过分析杜邦防弹丝的不同掺量和不同长度对混凝土力学性能的影响,得到杜邦防弹丝的体积率为0.2%,长度为15 mm时,提高混凝土力学性能更佳。