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

  上海交通大學流變學研究所劉思俊/俞煒團隊開發(fā)了一種新型水凝膠/高性能織物柔性防護材料，其中多尺度能量耗散結構的構筑是實現(xiàn)優(yōu)異防護性能的關鍵。通過調節(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）復合，進而制備得到雙連續(xù)水凝膠/超高分子量聚乙烯織物復合材料（BH-UPF）。原子力顯微鏡、超小角X射線散射、場發(fā)射掃描電子顯微鏡證實了BH-UPF是由鏈尺度氫鍵締合物、納米尺度雙連續(xù)相結構和微米尺度UHMPWE纖維組成的多尺度結構，其賦予了BH-UPF具備優(yōu)異的能量耗散能力。彈道試驗表明，BH-UPF可阻攔質量為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)水凝膠的結構與力學性能.

圖2 BH-UPF復合材料的制備、結構、彎曲性能和多尺度結構示意圖.

圖3 BH-UPF 復合材料抗撕裂性能.

圖4 BH-UPF復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復合材料的宏觀和微觀結構.

  總之，基于多尺度能量耗散機理，將強韌雙連續(xù)水凝膠與高性能織物復合，研制了一種新型柔性防護材料。一方面，雙連續(xù)水凝膠作為基體抑制了纖維束的相對滑動，產生受力放大效應。另一方面，BH-UPF復合材料多尺度能量耗散結構極大吸收沖擊能，從而降低了凸起變形，提高了復合材料的防護能力。因此，BH-UPF復合材料在柔性防護領域具有一定的應用潛力。

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