在凯夫拉纤维/水凝胶复合材料中构建软硬多尺度结构以提高高速冲击抗性

《Polymer Composites》：Constructing Soft-Hard Multiscale Structures in Kevlar Fiber/Hydrogel Composites for High-Speed Impact Resistance

高速冲击（爆炸、穿刺、弹道）威胁人类安全，需开发高性能抗冲击材料。本研究通过有机-无机共聚合策略制备含软硬微纳结构的hydrogel，其冲击速率为12500 s-1、抗冲击强度188 MPa且无损伤，结合Kevlar纤维构建多尺度结构后，冲击速率提升至5000 s-1，强度达394.62 MPa，能量耗散达88.67 MJ/m3。该复合材料的软硬多尺度设计为防护装备提供了新思路。

　　

摘要

高速冲击，包括爆炸、刺伤和弹道穿透，对人类安全构成了重大威胁，因此需要开发高性能的抗冲击材料。在本研究中，提出了一种有机-无机共聚策略，用于合成一种具有微观软硬相结构的水凝胶。该水凝胶在高应变率下仍能保持良好的抗冲击性能（12,500?s^?1, 188?MPa），且不会发生损伤。此外，当与凯夫拉尔纤维结合时，从分子尺度到宏观尺度构建了软硬多尺度结构，这种复合材料在高应变率下表现出优异的冲击能量吸收能力（88.67?MJ/m³）和抗冲击性能（5000?s^?1, 394.62?MPa）。研究表明，通过引入软硬多尺度结构，凯夫拉尔纤维/水凝胶复合材料在抵御高速冲击方面具有巨大潜力。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。