Flexible Puncture-Resistant Composites for Antistabbing Applications: Silica and Silicon Carbide Nanoparticle-/TPU-Coated Aramid Fabrics

材料科学 复合材料 芳纶 复合数 纳米颗粒 撕裂 抗撕裂性 耐久性 碳化硅 天然橡胶 纳米技术 纤维
作者
Sheng Chu,Yabo Sun,Xianjin Hu,Hai‐Tao Ren,Ting‐Ting Li,Ching‐Wen Lou,Jia‐Horng Lin
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:39 (41): 14638-14651 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.3c01912
摘要

In harsh environments, it is crucial to design personal protective materials that possess both puncture/cut resistance and chemical resistance. In order to fulfill these requirements, this study introduces an innovative approach that combines hydrophobically modified rigid nanoparticles with thermoplastic polyurethane elastomers. These materials are then laminated with high-performance aramid fabrics through a scraping process, resulting in a multifunctional composite with puncture/cut resistance, superhydrophobicity, self-cleaning properties, and acid/alkali resistance. The quasi-static puncture tests conducted reveal the remarkable performance of the composite. The maximum spike puncture resistance reaches 267.62 N, which is 17.14 times higher than that of the pure fabric (15.61 N). Similarly, the maximum knife puncture resistance reaches 115.02 N, exhibiting a 5.01 times increase compared to that of the pure aramid fabric (22.97 N). Furthermore, the results obtained from the yarn pull-out, fabric burst strength, and tearing experiments demonstrate that the incorporation of rigid nanoparticles significantly enhances the friction between the yarns, enabling a greater number of yarns to participate in the dissipation of impact energy. As a result, the puncture resistance of the fabric is greatly improved. Significantly, the composite exhibits sustained superhydrophobicity even after exposure to harsh chemicals such as concentrated sulfuric acid and sodium hydroxide as well as undergoing cyclic mechanical wear. These findings highlight the composite's exceptional durability and resistance to corrosion. Overall, this study offers insights and methods for the development of multifunctional flexible puncture-resistant equipment for individuals.
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