新型便携式船体的研制

【摘要】现代冲锋舟主要分为两类——橡皮舟和玻璃钢舟。橡皮舟虽然质轻、便于运输,但其承载能力较小且不够牢固,若是在使用时,遇到水中尖锐物体,则橡胶织物极易被划破,船体漏气从而导致船体下沉；玻璃钢舟虽然可以克服以上这些缺点,但是它不能拆解,具有体积较大,质量重,欠缺机动灵活的功能,不易携带和存储等缺点,且在装运时容易碰撞损坏。另外,目前的军用登陆艇的防弹性能仍不够理想,在战争中易被子弹击穿而发生船体下沉。因此,研制一种承载量适中,约为10～12人,可空投,更牢固且易携带的冲锋舟或占地空间小、质轻、能单兵携带,可随携随走、防弹性能更佳的登陆艇是至关重要的。本课题将超高分子量聚乙烯纤维与泡沫塑料相结合,研制出一种新型便携式船体。该船体可折叠、易携带、可随用随充。超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维由于其耐化学腐蚀性、耐磨性、耐候性、耐冲击性能好,比能量吸收大,在军事上的应用较多。因此在本课题中作为船体的主体材料,但由于其与胶黏剂等的粘结性能不佳,因此在使用前需要对其进行表面改性。同时,在船体超高分子量聚乙烯织物的内外两侧需涂上一层胶黏剂来提高船只总体的耐磨性能及防水性能。另外,闭孔软质泡沫塑料由于具有密度低、不吸水、比强度高、吸收冲击载荷性好等特点,因此在本课题中被作为船体内部的填充物使用,这样即使船只表面的UHMWPE纤维织物在使用中被磨破或被子弹打穿,船体内部的泡沫塑料仍能保持船体的稳定性,并不会因此发生船体下沉的现象。本文分别采用化学处理法与空气等离子体处理法对UHMWPE进行表面改性,其中,化学处理法又分为硫酸溶液处理和过氧化氢溶液处理法。通过对UHMWPE纤维处理工艺的研究,发现空气等离子体处理的最佳处理参数为压强15Pa、时间5分钟、电压15V,此时纤维与胶黏剂的粘结性能提高48.75%,而力学性能损失为9.7%；硫酸处理法的最佳处理参数为硫酸：水=4：1(质量比),处理时间为浸泡3秒,此时纤维与胶黏剂的粘结性能提高约12.7%,而力学性能损失为7.4%；过氧化氢处理法的最佳处理参数为过氧化氢：水=4：1(质量比),处理时间为20秒,此时,纤维与胶黏剂的粘结性能提高约29.9%,而力学性能损失为12.9%。因此,这三种改性方法中,空气等离子体处理法的处理效果最佳。同时,本文研究了不同固含量的水性丙烯酸胶黏剂的基本性能,实验结果表明：固含量为42%的水性丙烯酸胶黏剂的总体性能最佳。另外,通过纤维束拔出测试及1800剥离强度测试,系统地研究了固化温度、固化时间和固化压力对胶黏剂与织物复合材料粘结性能的影响,得出最佳工艺参数：当固化工艺设置为190℃、5分钟时,可满足工业化连续生产。此时,纤维束拔出测试的试验力为83.35N,而水性丙烯酸胶黏剂与超高分子量聚乙烯纤维织物复合材料间的1800剥离强度为0.67N/mm。在固化温度为150℃,固化时间为5分钟的固化条件下,在织物上增加4.9kPa的压强后,织物与胶黏剂的剥离强度与固化温度为170℃,固化时间为5分钟时织物与胶黏剂的剥离强度接近。因此,若想降低固化温度或减少固化时间,可在固化时增加一定的压力来提高复合材料间的粘结性能。另外,本文在设计船体细节构造的基础上,研究了船体的承载性能、防水性能、耐磨性能及抗冲击性能。经测试后发现,与纯UHMWPE织物制成的船体相比,采用表面涂覆胶黏剂后的UHMWPE复合织物制成的船体的防水性能、耐磨性能及抗冲击性能更佳。同时,采用此法制成的船体的承载性能,完全可满足人们的使用,也可携带一定质量的物品。
【作者】林晓霞；
【导师】王依民；
【作者基本信息】东华大学，材料工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】新型便携式船体；UHMWPE纤维；表面改性；水性丙烯酸胶黏剂；泡沫塑料；

【参考文献】
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