玻璃纖維（GF）的拉伸強度高、斷裂伸長率大、沖擊性能好、抗疲勞、化學(xué)穩(wěn)定，不足之處是密度較大。GF復(fù)合材料是第一代較廉價的抗彈裝甲材料。美國“布雷德利”步兵戰(zhàn)車、俄羅斯T90S主戰(zhàn)坦克和印度“阿瓊”主戰(zhàn)坦克的裝甲都采用了GF夾層。美國海軍“黃蜂”級兩棲攻擊艦和俄羅斯“庫茲涅佐夫號”航母的干弦也采用了GF復(fù)合材料抗彈防護結(jié)構(gòu)。E-玻纖（E-GF）和S-2玻纖（S-2GF）是常被研究和應(yīng)用的兩種型號。S-2GF比E-GF有更高的強度和延伸率。

 

    Grujicic等研究了S-2GF增強酚醛樹脂/氧化鋁陶瓷裝甲的抗穿甲彈性能，發(fā)現(xiàn)此復(fù)合裝甲有極佳的陶瓷/復(fù)合材料面密度比，對穿甲彈有很高的抗彈性能。RajuMantena等研究了新一代艦船用GF聚合物基復(fù)合材料的抗爆炸沖擊性能，其制得的夾芯復(fù)合板由E-GF、Dow510A-40溴化乙烯酯形成的面皮和Tycor、聚氯乙烯泡沫、輕木（Balsa）形成的核芯層構(gòu)成。

 

    美國密歇根州立大學(xué)對GF增強的聚合物基復(fù)合材料進行了廣泛研究，并向陸軍研究實驗室提交了報告。其制備了基于S-2GF/SC-15環(huán)氧樹脂的復(fù)合材料；研究了由正交平織GF氈布和環(huán)氧樹脂基體構(gòu)成的復(fù)合材料的尺寸效應(yīng)對高壓載荷下行為的影響；開發(fā)了基于GF的高抗沖三軸準三維機織復(fù)合材料，并對其進行沖擊測試表明，三軸準三維復(fù)合材料的剛度比二維機織和層壓樣品分別高出12.5%和20%；通過樹脂傳遞模塑工藝制備了車輛防護板用玻璃纖維氈增強的SC-15環(huán)氧樹脂復(fù)合板，平均拉伸模量和拉伸強度分別為20.06GPa和383.65MPa，平均壓縮模量和壓縮強度分別為31.83GPa和258.60MPa，平均剪切模量和剪切強度分別為5.62GPa和97.43MPa，平均彎曲模量和彎曲強度分別為16.23和334.61MPa；最后他們還利用S-2GF氈布制得預(yù)制件，采用真空輔助樹脂傳遞模塑工藝對預(yù)制件浸漬SC-15環(huán)氧樹脂，生產(chǎn)出車用復(fù)合保險杠支架。

 

    美國陸軍工程研發(fā)中心還研究了負載碳納米管的E-GF復(fù)合材料的能量耗散和高應(yīng)變速率動態(tài)響應(yīng)。他們在E-GF氈上生長碳納米管，然后將負載碳納米管的E-GF氈與樹脂結(jié)合，形成復(fù)合材料。對材料進行力學(xué)性能和彈道性能測試表明，負載碳納米管的復(fù)合材料在高應(yīng)變速率下比吸收能提高106%，準靜態(tài)應(yīng)變速率下5個循環(huán)周期后能量密度耗散提升64.3%，V50值提高11.1%。

 

    芳綸纖維具有高比強度、高斷裂伸長率的特點，在相同面密度情況下，芳綸/樹脂復(fù)合材料的抗彈能力是GF/樹脂復(fù)合材料的2~3倍，在很多領(lǐng)域可全面替代GF/樹脂復(fù)合材料。

 

    美國克萊姆森大學(xué)聯(lián)合陸軍研究實驗室等機構(gòu)采用傳統(tǒng)有限元法對KevlarKM2抗彈纖維氈進行數(shù)值分析，用以確定材料的穿透阻力和對沖擊的整體撓曲、變形、破壞響應(yīng)。該團隊的Grujicic等還進一步對平織Kevlar纖維增強的聚合物基復(fù)合材料的彈道沖擊/爆炸防護計算分析模型進行了優(yōu)化升級。2014年，Grujicic等又研究了PPTA（聚對苯二甲酰對苯二胺）基材料微結(jié)構(gòu)/性能的關(guān)系，開發(fā)出多長度尺度計算方法，來確定不同尺度上各種微結(jié)構(gòu)特征對PPTA基氈布或PPTA纖維增強的聚合物基復(fù)合材料的宏觀彈道抗侵徹性能的影響。

 

    意大利卡西諾和南拉齊奧大學(xué)Sorrentino等將Kevlar29平紋織氈與熱固性樹脂復(fù)合制成層壓材料，并對制備的復(fù)合裝甲進行了Walker數(shù)值模型預(yù)測和彈道性能測試。美國陸軍研究實驗室O’Brien等以扁平條帶狀透明尼龍單絲為增強體，以與之折射率相匹配的透明環(huán)氧樹脂為基體制備出一種透光率約為40%的復(fù)合材料，并對材料進行彈道實驗，所得材料V50值大于305m/s，遠高于環(huán)氧樹脂和聚碳酸酯。

 

    美國桑迪亞國家實驗室Song等研究了加捻（twist）對KelvlarKM2抗彈纖維紗橫向沖擊性能的影響，并利用高速攝像機測量了由沖擊引發(fā)的歐拉橫波速度。結(jié)果表明，歐拉橫波速度隨纖維紗加捻數(shù)量的提高而提高，意味著更高的彈道性能。因此，在抗彈纖維氈中使用加捻的纖維紗能提升材料的彈道性能。Wong等研究了磁場對芳綸纖維和超高分子量聚乙烯纖維彈道性能的影響。研究者分別將芳綸纖維（KevlarK29）和超高分子量聚乙烯纖維夾在兩組相反的稀土磁體之間，測試磁場斥力對材料彈道性能的作用。結(jié)果表明，磁場斥力能抑制子彈進入芳綸纖維的前面板。

 

    對芳綸纖維進行納米改性或?qū)ζ鋸?fù)合材料納米填充也會改善抗彈性能。Sodano等通過在Kevlar纖維表面生長垂直的ZnO納米線來增強界面強度。纖維的界面強度比裸纖維提高了96.9%，拔出測試的峰值載荷提升達6.5倍。ZnO納米線強化了Kevlar纖維的拔出性能，進而也提高材料的彈道沖擊保護水平。    ManeroII等研究了納米顆粒填充劑對Kevlar29抗沖擊復(fù)合材料的影響，對研磨碳纖維和納米顆粒（碳納米管和核殼橡膠顆粒）同時填充的Kevlar29纖維復(fù)合材料進行了V50彈道測試。結(jié)果顯示，納米核殼橡膠顆粒填料由于空穴作用對沖擊過程中的能量吸收有效，同時也使彈道性能顯著提高。碳納米管填料能提高基體-纖維的界面性能，也使得彈道性能有顯著提高。二者對復(fù)合材料的V50抗彈性能有增強作用。復(fù)合材料添加質(zhì)量分數(shù)1%的研磨碳纖維并添加1%的納米顆粒，能將V50相對于參照樣品分別提高7.3%（碳納米管）和8%（核殼橡膠顆粒）。

 

    超高分子量聚乙烯纖維密度小、抗吸濕性能好、斷裂伸長率較高，是目前已經(jīng)商業(yè)化的比強度最好的纖維之一。Dyneema(迪尼瑪)是荷蘭帝斯曼迪尼瑪公司生產(chǎn)的一種超高分子量聚乙烯復(fù)合材料，是未來作戰(zhàn)系統(tǒng)實現(xiàn)輕質(zhì)、防護性能的主要商用材料之一。該公司推出的由迪尼瑪HB26聚乙烯纖維增強的硬質(zhì)輕型防彈復(fù)合材料，其強度比芳綸強40%。美國HardwireLLC公司使用迪尼瑪HB26和HB50超高分子量聚乙烯纖維開發(fā)并演示了一種車輛防爆系統(tǒng)。

 

    國外對Dyneema纖維及復(fù)合材料進行了大量研究。Sanborn等采用直接抓緊法測試了DyneemaSK76單纖維在多重負載速率下的拉伸性質(zhì)，解決了由于纖維直徑太小和表面能太低而難以用傳統(tǒng)的黏著法進行準確測量的問題。Greenhalgh等研究了不同DyneemaHB26正交層壓復(fù)合層板在彈道沖擊下的顯微斷面，推導(dǎo)出沖擊過程中層離、層開裂和纖維扭折等失效模式的發(fā)生順序，得到主要的能量吸收斷裂過程，并確定這些過程如何受制備條件和目標響應(yīng)的影響。Karthikeyan等研究了不同面密度的HB26層壓板的損傷力學(xué)和界面作用，以評價材料的極限速度和失效機理。O’Masta等對分別采用Dyneema超高分子量聚乙烯纖維和分子取向條帶增強的HB50和BT10m兩種復(fù)合層壓板的連續(xù)侵徹變形和斷裂機制進行了研究，探討了HB50纖維和BT10m條帶增強的區(qū)別。Rosso等使用DyneemaSK75、DyneemaSK76和Kevlar49制造了具有不同偏度和構(gòu)型的微編織物，通過一系列沖擊測試評估了不同微編織物增強的聚合物基復(fù)合材料的彈道性能。結(jié)果顯示，微編織物增強的聚合物復(fù)合材料的彈道極限比由單向纖維制造的正交層壓復(fù)合材料提高了近20%。

 

    Sapozhnikov等比較了不同結(jié)構(gòu)的均質(zhì)、雜化熱塑性復(fù)合材料在不同溫度下的破片彈道性能。這些復(fù)合材料體系的構(gòu)成分別為多層芳綸氈布(Twaron，RUSLAN-SVM)/低密度聚乙烯基體復(fù)合層壓板。基于Dyneema(HB2，HB80)的多層超高分子量聚乙烯體系、以及雜化的芳綸/DyneemaHB2、DyneemaHB2/DyneemaHB80層壓板。結(jié)果表明，溫度對芳綸氈布/低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯復(fù)合材料的V50值影響較小，但在低溫下實驗數(shù)據(jù)的發(fā)散性提高。在高速沖擊下，基于超高分子量聚乙烯纖維的層壓板的V50值和吸收能優(yōu)于其他材料。但當射彈速度超過彈道極限時，其能量吸收能力急劇下降。

 

    此外，Zhou等還研究了紗線抓持(yarngripping)對超高分子量聚乙烯織氈彈道性能的影響，闡明了通過創(chuàng)建新型織氈結(jié)構(gòu)可有效增強紗間摩擦的可行性。Nguyen等研究了不同厚度的超高分子量聚乙烯復(fù)合板針對兩種口徑破片模擬彈的彈道性能。研究表明，隨著靶板厚度的增大，樣品呈現(xiàn)兩段侵徹過程：第一階段是初始的剪切沖塞，侵徹發(fā)生在纖維剪切中，靶板不發(fā)生撓曲；第二階段是凸起，亞層脫離靶板并在纖維拉伸中經(jīng)受了大的撓曲和侵徹。研究人員對侵徹的兩個階段進行了仔細研究，并開發(fā)出一個分析模型對之描述。

 

    碳纖維的楊氏模量通常是傳統(tǒng)玻璃纖維的三倍多，是Kevlar纖維的兩倍左右，在軍事裝備的輕量化和提高生存性方面有重要應(yīng)用潛力。2015年，美國喬治亞理工學(xué)院Chae等開發(fā)出一項基于聚丙烯腈(PAN)紡絲技術(shù)的凝膠紡絲連續(xù)碳纖維制備新工藝，制得的PAN基碳纖維的平均拉伸強度在5.5~5.8GPa之間，拉伸模量在354~375GPa之間，拉伸模量比廣泛用于航空航天的IM7型PAN基碳纖維高出25%~36%，其具備的強度和模量組合是PAN基連續(xù)碳纖維的最高值組合。未來通過優(yōu)化材料和工藝，PAN基碳纖維的強度和模量將會得到更大的同步提高。

 

    Wang等研究了Hexcel碳纖維復(fù)合材料在受到彈道沖擊時結(jié)構(gòu)的剩余強度，使用不同口徑的射彈在低速和高速沖擊下對材料進行彈道測試，觀測了試樣的損傷程度，然后制備沖擊后的拉伸、壓縮和剪切試樣，并進行力學(xué)測試。結(jié)果顯示，在明顯高于彈道極限的沖擊速度下，具有彈道沖擊損傷的試樣殘余強度顯著低于原始樣品，但并不顯著低于具有與射彈相同口徑的機械加工孔的試樣。研究碳纖維聚合物復(fù)合材料的彈道損傷對飛機設(shè)計和損傷修復(fù)非常重要。

 

    Lawrence等致力于針織碳纖維(T300)復(fù)合材料的研究，目的是通過開發(fā)針織技術(shù)減少材料面內(nèi)性能的衰減，這些面內(nèi)性能都與沿厚度方向的增強技術(shù)有關(guān)，包括Z向增強技術(shù)、縫綴和簇絨技術(shù)等。研究人員開發(fā)出獨特的內(nèi)部針織加工工藝，可以使z向纖維以不同的角度(±45/90°)嵌入到復(fù)合層壓板內(nèi)部，并有效減少拉伸強度的損失，顯著提升壓縮強度。

 

    Boyd等研究了熱塑性聚氨酯夾層膜片增韌的碳纖-玻纖/環(huán)氧樹脂雜化復(fù)合材料的多沖擊耐久性，具體內(nèi)容包括熱塑性聚氨酯(TPU)夾層增韌的無褶皺IM7碳纖-S2玻纖雜化復(fù)合層壓板的制備工藝及其對沖擊性能的影響。結(jié)果顯示，通過真空輔助樹脂傳遞模塑和固化/后固化工藝可以成功制備TPU增韌的雜化材料，且過程幾乎沒有或很少有扭曲和缺陷。樣品在沖擊測試中表現(xiàn)出良好的性能，但仍需開發(fā)模型以充分研究TPU夾層的增強機制。

 

    為研究三維編織結(jié)構(gòu)對材料力學(xué)性能的影響，Justusson等對制備的碳纖-玻纖三維雜化織物復(fù)合材料及其SC-15環(huán)氧樹脂基體進行了力學(xué)測試。研究發(fā)現(xiàn)，編織構(gòu)型對兩種復(fù)合材料在拉伸負載下的失效至關(guān)重要；碳纖/玻纖雜化復(fù)合材料在兩個方向上表現(xiàn)較不平衡，在經(jīng)紗方向的強度和模量比緯紗方向高許多，且在經(jīng)、維方向上的失效類型不同。

 

    Muoz等通過把環(huán)氧-乙烯基酯真空浸漬到雜化三維正交機織預(yù)成型體中，制造出平板復(fù)合材料。預(yù)成型體上面四層為玻璃纖維，下面兩層為AS4C碳纖維、玻纖與碳纖層之間是在填充方向上取向的雜化層。研究發(fā)現(xiàn)，如果試樣的碳纖維面受到?jīng)_擊，雜化三維復(fù)合材料的能量耗散將得到提升。

 

    PBO（聚對-亞苯基苯并雙噁唑）纖維最初由美國空軍研發(fā)，后來的Zylon產(chǎn)品由日本Toyobo公司制造，PBO纖維被稱為是可替代芳綸纖維的未來超高性能纖維，這種纖維密度比芳綸低，而力學(xué)性能和耐環(huán)境性能遠優(yōu)于Kevlar和其他芳綸纖維。

 

    2006年，美國加利福尼亞大學(xué)與美國陸軍簽訂合同，進行彈道試驗以確定Zylon纖維的抗彈性能。結(jié)果表明，Zylon纖維比Kevlar29性能更好，用于裝甲，會有效增強防護性能和機動性。盡管PBO纖維具有輕質(zhì)高強高模等優(yōu)點，但在防護應(yīng)用中受限于使用過程的力學(xué)性能退化。為解決此問題，Tamargo-Martínez等開發(fā)了一種超臨界CO2化學(xué)試劑擴散后處理工藝來處理PBO纖維，以降低其力學(xué)性能衰退速度，延長使用壽命。美國馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的Lesser對超臨界CO2后處理穩(wěn)定化PBO纖維進行了研究，以超臨界CO2作為提取劑萃取PBO纖維上殘存的磷酸和水分，并以之為媒介引入多種物質(zhì)中和磷酸，減弱水和酸對PBO纖維的降解作用。

 

    抗彈纖維的疊絲可能是性能衰減的一個因素。McDonough等研究了折疊對抗彈PBO纖維性能衰減的作用，通過實驗確定了這種失效機制對裝甲防護性能的影響。他們還進一步研究了折疊對抗彈纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的影響。日本Horikawa等對PBO纖維做了大量研究，例如，他們研究通過熱處理來提高高模PBO纖維的拉伸和疲勞強度，研究剪切速率對高模PBO纖維拉伸強度的影響等。

 

    M5（聚2，5-二羥基-1，4苯撐吡啶并二咪唑）纖維是由AkzoNobel公司開發(fā)，其結(jié)構(gòu)與PBO相似，但分子中含有羥基，故大分子鏈間可以形成氫鍵，壓縮性能比PBO要好。

 

    美國特拉華大學(xué)曾與陸軍研究實驗室一起對M5纖維進行了系列基礎(chǔ)研究。首先，對M5纖維內(nèi)分子間氫鍵的形成進行了紅外光譜分析和動力學(xué)研究，結(jié)果表明熱處理促進了纖維內(nèi)聚合物鏈間的氫鍵的生成，計算得出分子鏈間的氫鍵形成活化能為14.8kJ/mol；又對比研究了M5 KevlarKM2和Armos三種高性能纖維的界面行為，結(jié)果顯示，M5表現(xiàn)出比其他纖維更高的界面剪切強度；還研究了氫鍵和水分循環(huán)對M5纖維壓縮性能的影響，發(fā)現(xiàn)氫鍵的增多將導(dǎo)致纖維壓縮強度升高，水分循環(huán)實驗揭示了材料中部分氫鍵的可逆性。