Kohlenstoffnanoröhren erhöhen die Stichfestigkeit

May 09, 2024

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Stoffe, die Messerschnitten standhalten, können Verletzungen vorbeugen und Leben retten. Aber ein ausreichend scharfes Messer oder ein sehr kräftiger Stoß können einige dieser Materialien durchdringen. Jetzt berichten Forscher in ACS Applied Nano Materials, dass Kohlenstoffnanoröhren und Polyacrylat herkömmliches Aramid verstärken, um leichte, weiche Stoffe herzustellen, die einen besseren Schutz bieten. Zu den Anwendungen gehören Stichschutzkleidung, Helme und Einlegesohlen sowie schnittfeste Verpackungen.

Weiche Körperpanzer bestehen typischerweise aus Aramid, ultrahochmolekularem Polyethylen oder Kohlenstoff- und Glasgeweben. Ihre Durchstoßfestigkeit hängt zum Teil von der Reibung zwischen den Garnfasern in diesen Materialien ab. Bis zu einem gewissen Punkt bedeutet größere Reibung auch 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 den Garnen durch Zugabe einer weiteren Komponente, beispielsweise einer Sheer Thickening Fluid (STF) oder einer Polyurethan (PU)-Beschichtung, verstärkt werden. Diese Verbundstoffe können jedoch nicht gleichzeitig die Anforderungen an Dünnheit, Flexibilität und geringes Gewicht erfüllen. Ting-Ting Li, Xing-xiang Zhang und Kollegen wollten einen anderen Weg finden, die Leistung zu verbessern und gleichzeitig diese Kriterien zu erfüllen.

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Die Forscher testeten eine Polyacrylatemulsion (PAE), STF und PU als Beschichtungen auf Aramidgewebe. In simulierten Stichversuchen übertraf das mit PAE beschichtete Aramidgewebe das unbeschichtete Material, das allein oder in Kombination mit STF oder PU verwendet wurde. Es ist bekannt, dass Kohlenstoff-Nanoröhrchen Verbundwerkstoffe härter machen und ihre Zugabe zu Aramid/PAE die Schlagfestigkeit weiter verbessert. Das Team sagt, das liegt daran, dass die Nanoröhren Brücken zwischen den Fasern bildeten und dadurch die Reibung erhöhten. Die Nanoröhren bildeten außerdem ein dünnes, schützendes Netzwerk, das die Spannung vom Aufprallpunkt weg verteilte und dazu beitrug, den Zerfall der Fasern zu verhindern. Das neue leichte, flexible und durchstoßfeste Verbundgewebe könnte den Forschern zufolge für militärische und zivile Anwendungen nützlich sein.

Referenz: Cai W hua, Li T ting, Zhang X xiang. Mehrwandige, mit Kohlenstoffnanoröhren verstärkte Aramidgewebe aus Polyacrylat und Carbonsäure als flexible, stichfeste Verbundwerkstoffe für Anti-Stich-Anwendungen. ACS Appl Nano Mater. 2023;6(7):6334-6344. doi:10.1021/acsanm.3c00738

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