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  柔性防護(hù)材料是近年來防護(hù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，由于現(xiàn)代作戰(zhàn)方式的多樣性及個(gè)體防護(hù)意識(shí)和要求的提高，亟需一種具有優(yōu)異防護(hù)能力且舒適輕便的柔性防護(hù)材料�，F(xiàn)有柔性防護(hù)材料多由芳綸或超高分子量聚乙烯織物層疊復(fù)合而成。由于纖維和纖維束表面弱的結(jié)合，需要較多的層數(shù)（40~50層）才能獲得一定的防護(hù)效果，這極大增加了織物層疊復(fù)合材料的厚度和彎曲強(qiáng)度，一定程度上限制了穿戴者的靈活性和舒適性。同時(shí)，光滑的纖維表面決定了最后的層疊復(fù)合材料缺少有效的能量耗散機(jī)制，子彈動(dòng)能將使織物層壓板產(chǎn)生較大變形，進(jìn)而對(duì)身體組織和器官產(chǎn)生嚴(yán)重的非貫穿性損傷。盡管剪切增稠流體可有效增加織物層疊復(fù)合材料的能量耗散，但已有研究指出剪切增稠效應(yīng)（Jamming）在高速剪切下失效，同時(shí)剪切增稠流體中顆粒沉降等特性也限制了其在柔性防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，設(shè)計(jì)和制備舒適輕便且具有優(yōu)異防護(hù)性能的柔性防護(hù)材料仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。

  上海交通大學(xué)流變學(xué)研究所劉思俊/俞煒團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型水凝膠/高性能織物柔性防護(hù)材料，其中多尺度能量耗散結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑是實(shí)現(xiàn)優(yōu)異防護(hù)性能的關(guān)鍵。通過調(diào)節(jié)聚合物鏈的氫鍵相互作用，制備了具有聚合物硬相和聚合物軟相的雙連續(xù)水凝膠（BH）。將雙連續(xù)水凝膠與親水改性的超高分子量聚乙烯織物（UPF）復(fù)合，進(jìn)而制備得到雙連續(xù)水凝膠/超高分子量聚乙烯織物復(fù)合材料（BH-UPF）。原子力顯微鏡、超小角X射線散射、場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡證實(shí)了BH-UPF是由鏈尺度氫鍵締合物、納米尺度雙連續(xù)相結(jié)構(gòu)和微米尺度UHMPWE纖維組成的多尺度結(jié)構(gòu)，其賦予了BH-UPF具備優(yōu)異的能量耗散能力。彈道試驗(yàn)表明，BH-UPF可阻攔質(zhì)量為2.8g，沖擊速度約300m/s的子彈（鋼珠）。與相同面密度的純超高分子量聚乙烯織物相比，BH-UPF的凸起變形深度減少了69%。

圖1 雙連續(xù)水凝膠的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能.

圖2 BH-UPF復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)、彎曲性能和多尺度結(jié)構(gòu)示意圖.

圖3 BH-UPF 復(fù)合材料抗撕裂性能.

圖4 BH-UPF復(fù)合材料高速抗沖擊性能.

圖5 彈道沖擊前后純纖維布UPF和BH-UPF復(fù)合材料的宏觀和微觀結(jié)構(gòu).

  總之，基于多尺度能量耗散機(jī)理，將強(qiáng)韌雙連續(xù)水凝膠與高性能織物復(fù)合，研制了一種新型柔性防護(hù)材料。一方面，雙連續(xù)水凝膠作為基體抑制了纖維束的相對(duì)滑動(dòng)，產(chǎn)生受力放大效應(yīng)。另一方面，BH-UPF復(fù)合材料多尺度能量耗散結(jié)構(gòu)極大吸收沖擊能，從而降低了凸起變形，提高了復(fù)合材料的防護(hù)能力。因此，BH-UPF復(fù)合材料在柔性防護(hù)領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用潛力。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c22993