摘要：未来战争高强度、高机动性、复杂化的作战态势对防护装备的防护效能和轻量化提出了更高的要求。石墨烯等碳纳米材料具有高硬度、高强度、高抗冲击韧性等优异性能，对于提高防护装备的防护效能和轻量化表现出极大的优势和潜力。石墨烯在树脂基复合材料中的主要存在形式包括：分散于树脂基体中；沉积于纤维表面构筑多尺度纤维增强体；以宏观多维度组装体的形式与树脂基复合材料进行复合。本文首先综述了石墨烯改性树脂基体、多尺度石墨烯/纤维增强体构筑、宏观多维度石墨烯组装体构筑等国内外研究现状。同时，对包括碳纳米管在内的碳纳米材料增强复合材料的抗高速弹丸侵彻性能进行了总结。最后，对石墨烯在纤维增强抗弹复合材料中的应用前景进行了展望。 关键词：石墨烯；碳纳米材料；高效抗冲击；树脂改性；多尺度增强体
纤维增强树脂基抗弹复合材料是一类专门用于阻挡高速子弹和破片等侵彻而设计制造的复合材料。与金属装甲和陶瓷装甲相比，它具有比强度和比模量高、比吸能高、可设计性强、无二次杀伤等优点，在单兵和装甲车辆的弹道防护领域具有广泛应用。未来战争高强度、高机动性、复杂化的作战态势对防护装备的防护效能和轻量化提出了更高的要求。因此，世界各
rs232和ttl>车辆调度军事强国一直致力于复合材料装甲的轻量化和防护效能的提升，轻量化已成为限制复合材料装甲发展的主要瓶颈人造板热压机>反猫眼窥镜笔式数字万用表[1]。
石墨烯是一种具有二维蜂窝状结构的新型碳纳米材料，是目前世界上已知的最薄的和力学性能最优的碳纳米材料[2]。近年来，关于石墨烯防弹性能的探索正在逐渐兴起，石墨烯在微观尺度上的优异抗弹道冲击性能已经被理论和微观弹道实验所证实。许多学者采用计算机模拟的手段研究了石墨烯片层在微观尺度上的抗弹性能[3-8]香仁夏露。例如，Wetzel等[7]通过密度泛函理论计算了连续石墨烯薄膜的抗弹性能。结果显示，连续石墨烯薄膜具有比目前世界上最先进的抗弹纤维更优异的抗弹性能，原因是连续石墨烯薄膜具有极高的应力波传播速度和失效应变能。Lee等[8]采用微小的超音速二氧化硅微球射击多层石墨烯薄膜，证实了多层石墨烯薄膜具有极高的弹道极限速度和比能量吸收率。研究发现，石墨烯吸收冲击能量的能力可达芳纶的2倍，钢材的8～10倍，原因是石墨烯片层受冲击时产生的锥形波以极高的速度在薄膜内传播，将冲击区域内弹丸的动能迅速分散[9]。
尽管石墨烯在微观尺度上的优异抗弹道冲击性能已经被证实，但是如何将石墨烯在微观尺度上的抗弹性能充分发挥到宏观尺度上，是目前科研工作者急需突破的关键核心问题。鉴
于纤维增强抗弹复合材料在防护领域的优异性能，因此考虑将石墨烯与树脂基复合材料进行有效设计与结合，将石墨烯所具有的高冲击韧性和超高强度等特性赋予树脂基复合材料。目前，石墨烯在复合材料中的最主要分布方式有2种，一是分散于树脂基体中，二是沉积于纤维表面构筑多尺度纤维增强体。目前国内外已广泛开展石墨烯强化树脂和石墨烯改性纤维等对复合材料结构性能影响的研究，然而对于抗高速弹丸侵彻性能和吸能机理的研究却鲜有报导。
此外，为了使石墨烯材料广泛应用于实际生产生活中，研究者们已经构筑出各种以石墨烯为基本单元的宏观多维度组装体材料，包括一维石墨烯纤维、二维石墨烯薄膜以及三维石墨烯气凝胶或泡沫等。然而目前大尺寸连续石墨烯薄膜和石墨烯纤维等因成本高、制备工艺复杂、技术门槛高、结构缺陷多等原因，尚处于实验室研究阶段。将宏观石墨烯组装体材料与树脂基复合材料进行适当复合，充分发挥石墨烯的优异力学性能，探究其对树脂基复合材料性能的影响，拓宽宏观多维度石墨烯材料的应用范围。
1 石墨烯改性树脂基体
大量研究已经证实，在树脂基体中添加微量石墨烯即可显著改善复合材料的结构强度[10-1
4]。目前石墨烯改性树脂基体的最主要制备方法是溶剂共混法。Umer等[10]等采用溶剂共混工艺，将氧化石墨烯均匀分散到环氧树脂中，通过真空辅助成型工艺制备氧化石墨烯强化环氧树脂/玻纤复合材料。当氧化石墨烯添加量为0.2wt.%时，室温下树脂粘度由0.7 Pa·s提高到1.0 Pa·s，复合材料的弯曲强度和模量分别提高了30%和21%。Prusty等[11]通过相似的工艺制备了氧化石墨烯强化环氧/玻纤复合材料并得到了类似实验结论。当氧化石墨烯的添加量为0.5wt.%时，复合材料的弯曲强度提高了21%。Wang[12]等研究发现，石墨烯纳米片的尺寸大小会对环氧/玻纤复合材料的弯曲性能产生不同的影响。尽管如此，当采用真空辅助成型工艺时，树脂基体中的石墨烯可由于纤维织物的存在而发生过滤作用，石墨烯仅存在于前几层纤维织物表面，导致石墨烯在复合材料中分散不均匀。
