Stoffe, die Messerschnitten widerstehen, können Verletzungen vorbeugen und Leben retten. Aber ein ausreichend scharfes Messer oder ein sehr kräftiger Stoß können einige dieser Materialien durchdringen. Jetzt melden sich Forscher ACS Angewandte Nanomaterialien dass Kohlenstoffnanoröhren und Polyacrylat herkömmliches Aramid verstärken, um leichte, weiche Stoffe herzustellen, die einen besseren Schutz bieten. Zu den Anwendungen gehören stichfeste Kleidung, Helme und Einlagen sowie schnittfeste Verpackungen.
Weicher Körperschutz wird typischerweise aus Aramid, Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht oder Kohlenstoff- und Glasgeweben hergestellt. Ihre Durchstoßfestigkeit hängt teilweise von der Reibung zwischen Garnfasern innerhalb dieser Materialien ab. Bis zu einem gewissen Punkt bedeutet größere Reibung größeren Schutz. Hersteller können die Reibung erhöhen, indem sie die Faseroberflächen aufrauen, aber das erfordert einen komplizierten Prozess und die Produktausbeute ist gering.
Alternativ kann die Bindungskraft zwischen Garnen durch Hinzufügen einer anderen Komponente, wie z. B. einer durchscheinenden Verdickungsflüssigkeit (STF) oder einer Polyurethan (PU)-Beschichtung, verbessert werden. Aber diese Verbundstoffe können nicht gleichzeitig die Anforderungen an Dünnheit, Flexibilität und geringes Gewicht erfüllen. Ting-Ting Li, Xing-xiang Zhang und Kollegen wollten einen anderen Weg finden, um die Leistung zu verbessern und gleichzeitig diese Kriterien zu erfüllen.
Als Beschichtungen auf Aramidgewebe testeten die Forscher eine Polyacrylatemulsion (PAE), STF und PU. In simulierten Stichtests übertraf mit PAE beschichtetes Aramidgewebe das unbeschichtete Material, das alleine oder in Kombination mit STF oder PU verwendet wurde.
Es ist bekannt, dass Kohlenstoffnanoröhren Verbundwerkstoffe zäher machen, und ihre Zugabe zu Aramid/PAE verbesserte die Schlagfestigkeit weiter. Das Team sagt, das liegt daran, dass die Nanoröhren Brücken zwischen den Fasern bildeten und dadurch die Reibung erhöhten. Die Nanoröhren bildeten auch ein dünnes, schützendes Netzwerk, das Spannungen vom Aufprallpunkt weg verteilte und dazu beitrug, Faserzerfall zu verhindern. Das neue leichte, flexible, durchstoßfeste Verbundgewebe könnte den Forschern zufolge für militärische und zivile Anwendungen nützlich sein.
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Wen-hua Cai et al, Polyacrylat- und Carboxyl-mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhren-verstärkte Aramid-Gewebe als flexible durchstoßfeste Verbundstoffe für Stichschutzanwendungen, ACS Angewandte Nanomaterialien (2023). DOI: 10.1021/acsanm.3c00738