Steekwerende stof wordt sterker door koolstofnanobuisjes, polyacrylaat

Stoffen die bestand zijn tegen messneden kunnen verwondingen helpen voorkomen en levens redden. Maar een mes dat scherp genoeg is of een zeer krachtige stoot kan door sommige van deze materialen dringen. Nu melden onderzoekers zich ACS toegepaste nanomaterialen dat koolstofnanobuisjes en polyacrylaat conventioneel aramide versterken om lichtgewicht, zachte stoffen te produceren die betere bescherming bieden. Toepassingen zijn onder meer antisteekkleding, helmen en inlegzolen, maar ook snijwerende verpakkingen.

Zachte kogelvrije vesten worden meestal gemaakt van aramide, polyethyleen met ultrahoog moleculair gewicht of koolstof- en glasweefsels. Hun perforatieweerstand hangt gedeeltelijk af van de wrijving tussen garenvezels in deze materialen. Tot op zekere hoogte betekent meer wrijving meer bescherming. Fabrikanten kunnen de wrijving vergroten door de vezeloppervlakken op te ruwen, maar dat vereist een gecompliceerd proces en de productopbrengst is laag.

Als alternatief kan de hechtkracht tussen garens worden verbeterd door een andere component toe te voegen, zoals een pure verdikkingsvloeistof (STF) of een polyurethaan (PU) coating. Maar deze composietstoffen kunnen niet tegelijkertijd voldoen aan de vereisten voor dunheid, flexibiliteit en lichtgewicht. Ting-Ting Li, Xing-xiang Zhang en collega’s wilden een andere manier vinden om de prestaties te verbeteren en tegelijkertijd aan deze criteria te voldoen.

De onderzoekers testten een polyacrylaatemulsie (PAE), STF en PU als coatings op aramideweefsel. In gesimuleerde steekproeven presteerde aramidestof gecoat met PAE beter dan het ongecoate materiaal dat alleen of in combinatie met STF of PU werd gebruikt.

Van koolstofnanobuisjes is bekend dat ze composieten sterker maken en door ze toe te voegen aan aramide/PAE wordt de slagvastheid verder verbeterd. Het team zegt dat dit komt omdat de nanobuisjes bruggen tussen de vezels creëerden, waardoor de wrijving toenam. De nanobuisjes vormden ook een dun, beschermend netwerk dat de spanning wegleidde van het punt van impact en hielp de desintegratie van vezels te voorkomen. De nieuwe lichtgewicht, flexibele, lekbestendige composietstof zou volgens de onderzoekers nuttig kunnen zijn in militaire en civiele toepassingen.