利用陶瓷颗粒与剪切增稠流体的协同效应，开发基于P-芳纶织物的抗刺装甲

《Polymer Composites》：Leveraging the Synergistic Effect of Ceramic Particles and Shear Thickening Fluid to Develop P-Aramid Fabric Based Stab-Resistant Armor

防刺装甲研究采用硼碳化物（B4C）陶瓷颗粒（40μm和25μm）与两种增稠剂（丙烯酸共聚物和乳液型）结合的涂层工艺，以及剪切增稠流体（STF）浸渍处理。实验表明乳液型增稠剂使穿透深度降至4.9-10.7mm，而大颗粒陶瓷性能更优。陶瓷前层与STF后层协同可提升防护效果。

　　

摘要

防刺装甲对警察和安全部队来说至关重要。然而，由于撞击能量密度的巨大差异，刺击和子弹冲击时的失效机制各不相同。本研究旨在通过在p-芳纶织物上涂覆两种不同等级的碳化硼（B₄C）陶瓷颗粒（40微米、?325目和25微米、F600级）以及剪切增稠液（STF），来设计一种防刺装甲。在陶瓷颗粒的涂覆过程中，使用了基于丙烯酸共聚物的粘合剂以及两种不同类型的增稠剂，分别是乳液型和基于丙烯酸共聚物的增稠剂。根据NIJ-0115.00（1级）标准，使用24焦耳的撞击能量进行了动态刺击测试。结果表明，与未涂层样品（19.3毫米）相比，基于丙烯酸共聚物的增稠剂仅使穿透深度略有改善（15.7–17.3毫米）。而乳液型增稠剂则保持了陶瓷涂层织物的柔韧性，从而降低了穿透深度（4.9–10.7毫米）。虽然增加陶瓷含量可以提高防刺性能，但颗粒与织物的粘附性仍然是一个挑战。由于表面较为粗糙，较大的陶瓷颗粒表现出更好的性能，其穿透深度为（4.9–10.7毫米），而较小的颗粒穿透深度为（8.9–14.4毫米）。由于碳化硼具有极高的硬度，它们会对刀尖和刀刃造成严重损坏，因此在受击面涂覆陶瓷颗粒的织物可以为内部涂有STF的层提供更多的反应时间。当将涂有陶瓷颗粒的层和浸渍了STF的层分别放置在受击面和背面时，这种复合处理方式的织物性能明显优于单独处理的织物。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。