用于防刺背心的超疏水性芳纶复合材料：氟化碳化硅纳米颗粒与热塑性聚氨酯的结合

《Polymers for Advanced Technologies》：Superhydrophobic Aramid Composite Materials for Stab-Resistant Vests: Integration of Fluorinated SiC Nanoparticles and TPU

热塑性聚氨酯（TPU）涂层通过化学接枝含氟三乙氧基硅烷修饰的纳米硅碳增强材料，显著提升芳纶纤维的防水性（接触角161°）、耐酸碱腐蚀性（浸泡12小时稳定）及抗刺穿性能（静态抗刺穿力提升至71N，抗锥刺力达215N）。该复合涂层在潮湿、腐蚀及物理冲击复合环境中表现优异，为高性能防护材料设计提供新思路。

　　

摘要

热塑性聚氨酯（TPU）在纺织品、家具涂层等领域有着广泛的应用，这得益于其出色的化学耐受性和疏水性。然而，TPU容易受到摩擦磨损的影响，这种磨损会破坏表面的纳米-微结构并降低其疏水性，从而严重限制了其实际用途。碳化硅（SiC）因能够增强聚合物的耐磨性和耐酸碱腐蚀性而受到重视。在这项研究中，采用了一种新方法，通过化学接枝将全氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTS）接枝到纳米SiC上，制备出具有疏水性的SiC。然后将这种改性的SiC与TPU结合，制成F-SiC/TPU复合涂层，并采用刮刀涂布技术将其应用于芳纶织物上。涂层织物表现出显著的超疏水性，水接触角达到161°。值得注意的是，即使经过严格的砂纸磨损和胶带剥离测试，其疏水性仍然保持不变。此外，该涂层在浸泡于高腐蚀性介质（如98%浓硫酸和40%氢氧化钠溶液）12小时后仍能保持稳定。在抗刺穿性能方面，涂层织物的静态抗刺穿力从42.51 N提升至71 N，抗锥形刺穿力从33.12 N增加到215 N，抗撕裂强度从205.34 N增加到960 N。这种复合材料在同时存在水分、化学腐蚀和物理冲击的复杂环境中表现出独特的优势，表明所开发的F-SiC/TPU复合涂层芳纶织物在防护性能方面具有显著潜力。本研究不仅为高性能防护材料的设计提供了新的见解，也为相关领域的研究人员提供了重要的参考。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

本研究生成的数据集目前尚未公开，但可根据合理请求向通讯作者获取。