近期，江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院/針織技術(shù)教育部工程研究中心研究團(tuán)隊實現(xiàn)了以蛇皮為靈感的鱗片織物結(jié)構(gòu)防護(hù)材料的大規(guī)模制備。研究提出的復(fù)合鱗片織物由柔軟的織物底層和相互重疊的片狀化硬質(zhì)殼層鱗片共同組成，克服了輕質(zhì)高強與柔軟舒適這對天然矛盾，實現(xiàn)了防護(hù)材料的長時間舒適性穿著，這有望為未來材料結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計提供啟示，并為個人防護(hù)裝備在各個工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展提供巨大的實質(zhì)性優(yōu)勢。
相關(guān)成果闡述了利用仿生學(xué)原理制備了柔性鱗片結(jié)構(gòu)織物及其復(fù)合材料并闡述其在抵御鋒利刀具穿刺時的防護(hù)機(jī)制。成果融合了仿生設(shè)計原則、結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計與功能性提升三個層面，直觀地揭示了如何通過仿生學(xué)原理及新型技術(shù)手段提高織物的防刺效果，展現(xiàn)了雙層鱗片在穿刺過程中抵抗穿刺力的作用及柔性復(fù)合鱗片的應(yīng)變強化行為，明確了仿生鱗片結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的防刺機(jī)理，體現(xiàn)了該類新型鱗片結(jié)構(gòu)織物在防刺技術(shù)領(lǐng)域中的重要性與廣泛的應(yīng)用潛力，同時為解決現(xiàn)有防刺服裝中存在的多層堆疊和柔韌性不足的挑戰(zhàn)提供了可行性方案。
天然皮革盔甲通常采用鱗片狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)為柔性曲面提供了出色的保護(hù)性能和靈活性，在開發(fā)防刺性與舒適度兼?zhèn)涞母咝阅芊雷o(hù)材料方面具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α；谏秣[片的靈活性與防護(hù)性特征，實現(xiàn)硬質(zhì)鱗片結(jié)構(gòu)與柔性基材的有效集成，從而達(dá)到材料的剛?cè)岵?jì)效果依舊是未能解決的研究重點。
本文受蛇皮重疊結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，利用針織技術(shù)的高成形靈活性，選用綜合性能優(yōu)異的超高分子量聚乙烯纖維，編織了仿生鱗片狀針織物(SLKF)。然后，織物的鱗片部分通過短切碳纖維填充環(huán)氧樹脂共同集成，以形成類似蛇皮的軟硬統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，也稱為增強鱗片狀針織物(R-SLKF)，這種結(jié)構(gòu)賦予材料極佳的防刺性能。
通過將硬質(zhì)鱗片集成到織物結(jié)構(gòu)設(shè)計中，展示了防刺性和靈活性兼具的潛力。保證以鱗片狀針織物柔性復(fù)合材料為基礎(chǔ)制備的防刺服在人體中長時間的舒適穿著。
這種鱗片狀針織物柔性復(fù)合材料具有柔軟、防刺、舒適等綜合性能，可通過簡單、大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，直接用于開發(fā)多功能、高性能的服裝，或可用作軍隊、警察和安全人員及登山、沙漠活動和跳傘等運動的特殊功能防護(hù)裝備等多種應(yīng)用場景。
相關(guān)成果以“Large-Scale Fabrication of Snake Skin-Inspired Protective Composite Textiles”為論文標(biāo)題在線發(fā)表在《Advanced Fiber Materials(先進(jìn)纖維材料)》期刊。江南大學(xué)針織中心2019級博士研究生劉青為論文第一作者；江南大學(xué)蔣高明教授團(tuán)隊馬丕波教授、董智佳副教授及武漢紡織大學(xué)陳鳳翔教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目(52373085和11972172)、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金項目( JUSRP22026)、江蘇省高等學(xué)校重點學(xué)科建設(shè)項目(PAP)等項目資助。
