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武漢紡大夏治剛課題組 Nano Energy:在“液流體智能防護(hù)功能紡織品”方面取得進(jìn)展
2023-10-05  來源:高分子科技

  近年來,具有抗沖擊和智能監(jiān)測(cè)功能的智能可穿戴設(shè)備越來越受到人們的關(guān)注。剪切增稠材料因其吸能防護(hù)的優(yōu)勢(shì),非常適用于抗沖擊材料的制備。但是,目前通過浸漬、涂覆等方式制備的剪切增稠流體(STF基復(fù)合防護(hù)紡織品,存在穿戴舒適性差、液體易泄漏、耐磨耐用性差等問題,因此將STF加工成兼?zhèn)渫笟狻⒂H膚、耐用的智能型抗沖擊防護(hù)功能紡織品,難度大、挑戰(zhàn)度高。為解決該加工技術(shù)難題,武漢紡織大學(xué)徐衛(wèi)林院士團(tuán)隊(duì)的纖維及其集合體先進(jìn)加工技術(shù)課題組,攜手中科院納米能源所華中科技大學(xué)采用多種材料分層包裹復(fù)合液流紡紗加工技術(shù)1批量化開發(fā)了一種基于液態(tài)剪切增稠材料的復(fù)合紗線(STFY及其織物面料,有效用于抗沖擊防護(hù)管理、人體運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)和能量收集。成果發(fā)表Nano EnergyDOI10.1016/j.nanoen.2023.108955)。


1. STFY及其智能型防護(hù)功能織物的加工及特征


  由于STFY具有穩(wěn)定的層次結(jié)構(gòu),該紗線及其織物具有柔韌性、透氣性、耐磨性和耐洗性等綜合優(yōu)勢(shì)(圖1特別是STFYSTF、彈性硅膠材料、金屬絲材、柔性纖維等差異化多原料有效層狀復(fù)構(gòu)成紗,充分發(fā)揮材料由外及內(nèi)的軟、硬、彈、剪切增稠等性能協(xié)同,具有優(yōu)異抗沖擊防護(hù)能力(圖2);且STF含量越多、沖擊力越大,STFY抗沖擊吸能效果越好(圖2)。 


2.  STFY抗沖擊力學(xué)特征及有限元模擬 


3多功能紗線傳感器的穿著舒適性和抗沖擊性能


  織物實(shí)驗(yàn)表征結(jié)果表明:STF織物(STFF具有柔軟可折疊(圖3a)、耐洗(圖3b)、透氣透濕(圖3c)、接觸舒適性;在保護(hù)性方面,STF織物(STFF)的抗沖擊性和能量吸收能力都有所提高,可吸收73.5%外力,高于現(xiàn)有其它相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道的抗沖擊防護(hù)指標(biāo)效果(圖4c),因此STFF有效防護(hù)了生鮮雞蛋從2米高度自由落在硬質(zhì)地面上,仍保持完好無損(圖3e機(jī)理模擬分析表明(圖4g):STFF能機(jī)理歸因STFY的紗線表變形和芯層STF 剪切增的結(jié)合。因此經(jīng)過萬次摩擦后,STFF表層毛羽增多、表層結(jié)構(gòu)更松軟,吸能及抵抗外力防護(hù)效果稍有提升(圖3d 


4.STFF的抗沖擊性能


  此外,他們還展示了多功能紗線STFY及其STFF在沖擊防護(hù)、接觸傳感和運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)方面的實(shí)際應(yīng)用,彰顯了其在智能防護(hù)紡織品、柔性可穿戴器件和人機(jī)交互界面的服役能力。


5. 多功能STFF紡織品的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)用

  該工作是纖維及其集合體先進(jìn)加工技術(shù)課題組近期關(guān)于液態(tài)功能材料的相關(guān)應(yīng)用研究進(jìn)展之一。液態(tài)功能材料的難紡性(如難握持,易破裂等)往往使其與紡織材料結(jié)合的研究帶來極大困擾。為此,課題組負(fù)責(zé)人夏治剛教授帶領(lǐng)課題組聯(lián)合攻關(guān),聯(lián)盟華科、中科院、安踏等多家單位,開發(fā)了流體紡紗加工技術(shù),系統(tǒng)探索了液流體功能材料與紡織材料的復(fù)構(gòu)紡織加工、結(jié)構(gòu)性能調(diào)控及應(yīng)用。課題組采用先進(jìn)功能紡紗加工技術(shù)獲得了多功能傳感、能量收集、個(gè)體防護(hù)系統(tǒng)的多個(gè)成功經(jīng)驗(yàn)(Adv. Funct. Mater.2022322107682Nano Energy 2023, 106, 108078; Chem. Eng. J., 2022, 137241Composites Part B., 2022246110238; Composites Science and Technology, 2023, 235, 109972; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 2113-2121Biosens. Bioelectron.2020183107683)。


  該工作發(fā)表在Nano energy上(DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.108955),第一作者為武漢紡織大學(xué)碩士生尚路路、吳展鵬和本科生李曉影,通訊作者為武漢紡織大學(xué)講師付馳宇、中科院納米能源所研究員董凱、華中科技大學(xué)教授蘇彬和武漢紡織大學(xué)教授夏治剛。同時(shí),非常感謝國(guó)家自然科學(xué)基金委、湖北省科技廳、武漢市科技局等單位對(duì)本課題所涉及紡織加工技術(shù)的大力支持和資助。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108955 

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