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氮化硼纳米管是一种制备,高动能穿透物屏蔽材料和高耐磨复合材料的新一代填料

发布时间:2024-03-29
氮化硼纳米管是与其它树脂类增强填料同样,如碳纳米管 (CNT)、石墨等,可结合到聚合物、陶瓷或金属的基体中,实现对在原有性能基础之上,进行某一方向的或多种性能以上的突破。

天然材料是单一的材质,人们只能根据材料的特性选择适当的形式来确定不同的用途。而复合材料可以根据使用环境所要求来设计所需的材料和形式,突出了选材的主动性,随着航天航空,或国防科技等的发展,材料的复合化是材料发展的必然趋势之一。


宇航员在太空中出仓工作时,会遇到各种危险,微流星体便是其中一个比较大的威胁,微流星体大块碎片的碎裂物常见于太空或地球附近,因为主要成分是金属,所以在太空中这些常见的小天体就会变得极具破坏力,因为微流星体在穿越太空时会产生非常高的动能,对航天器和宇航员构成重大危险。在撞击月球表面之前,微陨石的速度可以达到每秒20公里(数据来自“月球基地环境报告”,肯尼迪航天中心,1989年7月)。


因此,需要一种使用新材料的改进保护系统,可以有效地保护航天器、结构和宇航服免受高动能穿透物的影响。此外,为了应对现代化国防任务,人们一直在寻找一种新的轻质、舒适的防弹衣,以防止子弹和弹片等高动能穿透物,同时必须满足轻量化的设计需求,以提供更高的机动性。

虽然一些非金属和金属材料早已用于防止高速穿透冲击使用,非金属保护材料包括芳纶、碳纳米管、 (Kevlar®)、超高分子量聚乙烯 (Spectra®)、Mylar®、玻璃纤维、尼龙、Nomex® 或陶瓷复合板等。

但是,碳纳米管在高于400°C 的温度下会氧化和燃烧,因此需要在经历温度高于 400°C 的环境中使用替代材料。在某些应用中,无机金属用于实现高耐磨性。但同样的,这种金属不仅增加了结构重量并降低了设备的效率。

同时,Kevlar® 和 Spectra® 等最先进的聚合保护材料显示出较差的热稳定性。金属或陶瓷保护材料非常重,导致空间应用的发射成本增加。由于重量限制,这些材料不能用于新的航天器/结构概念,例如充气栖息地和太阳帆。用这些材料制成的防弹衣提供的舒适度很低,并且极大地限制了穿戴者的行动能力。因此,它的用途通常主要限于身体躯干保护。

氮化硼纳米管最早在1995年由乔普拉•N. G.(Chopra N. G.)等人在实验中发现。与层状石墨和碳纳米管相比,层状氮化硼结构的热学性能和化学性能都更加稳定,同时,经研究发现,由氮化硼纳米管 (BNNT) 聚合物制成的复合材料,具有防穿透器穿透和高耐磨的作用。

近年来,氮化硼纳米管,作为一种新兴的防穿透材料越来越广泛地用于防护服、防弹背心、航天服以及航天器和结构的微流星体和轨道碎片防护层。


BNNT材料可广泛的适用于制备高动能穿透物屏蔽材料和高耐磨复合材料

采用BNNT纤维、纱线,织造或非织造材料用作抗穿透材料中的增韧层,以最大限度地吸收能量,以及被用作高硬度抗穿透层,用于使穿透器回弹或变形。

它们也可以用作增强夹杂物,与其他聚合物基体结合,形成复合层,如 Kevlar®、Spectra®、陶瓷和金属等典型增强纤维。通过添加氮化硼纳米材料,即使在恶劣的条件下,也可以提高耐磨性和延长使用时间,因为硬度和韧性都得到了提高。


                                                                              BNNT材料在高温环境下具有显着的优势


由于BNNTs在空气中的氧化温度超过800℃,因此此类材料可用于高温环境。目前已开发,基于氮化硼的复合材料,用作航天器和宇航服的抗微陨石层、超强系绳、人体防护装备以及车辆、头盔、防护罩和工业安全服/头盔的坚固结构材料。

大连义邦引入的纯度大于90% BNNanoBarbTM氮化硼纳米管,是一种用高硬度颗粒制造的轻质高动能穿透器保护材料,可实现最大化穿透器的回弹或穿透器的总体机械变形,并且目前已实现商业化量产。

                                                                                大连义邦氮化硼纳米管特有三维结构


特有不规则六方氮化硼结晶体的三维结构的特征,比普通氮化硼纳米管具备更强的机械性能,是一种耐高温高导热绝缘材料,其本身拥有超强的机械性能(比强度15.714*106N.M/Kg,是钢铁的90倍),导热系数2400w/(m.k)是铜的6倍,弹性模量高达1.3TPa,拉伸强度33GPa,比芳纶更坚韧,比号称“生物钢”蜘蛛丝更强韧,由其制成的纤维、纱线和织造或非织造材料可最大程度的吸收动能能量,显著提高硬度和韧性,从而提高材料的耐磨性能,延长使用时间。

我们的团队愿以开放和协作的方式寻求合作欢迎有意愿研发功能一体化复合材料的业界专家咨询洽谈,联系电话:13130080576。

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