摘要：为了防御小口径枪弹及破片侵彻贯穿，通常使用Kevlar、超高分子量聚乙烯等高性能纤维叠层织物制成防护材料，这些材料在使用过程中，易发生整体变形、纤维滑移和分层等多种问题，同时多层材料之间层间结合性弱，很难实现能量共享，限制了材料的冲击吸能。因此，迫切需要研究一
一、导读
为了防御小口径枪弹及破片侵彻贯穿，通常使用Kevlar、超高分子量聚乙烯等高性能纤维叠层织物制成防护材料，这些材料在使用过程中，易发生整体变形、纤维滑移和分层等多种问题，同时多层材料之间层间结合性弱，很难实现能量共享，限制了材料的冲击吸能。因此，迫切需要研究一种整体吸能优良的柔性防弹复合材料。
近日，河北科技大学阎若思教授课题组在《Composites Communications》上发表了题为“High impact resistance and energy absorption composite reinforced via shear thickening gel/angle interlocking for flexible wearable protective”的文章，文章设计并织造了不同接结深度和角度的角联锁织物与STG结合，制备柔性复合材料。解决了高冲击吸能复合材料的层间结合弱等问题。系统研究了角联锁织物厚度方向结合方式对剪切增稠胶（STG）/角联锁柔性复合材料弹道冲击性能的影响。深入分析了 STG 和角联锁织物在弹道冲击下的损伤及能量吸收过程。对于设计和增强当前防护材料的抗冲击性能具有重要的理论意义和实际价值。通讯作者为阎若思教授，第一作者为硕士研究生刘紫璇。
二、研究内容
1、纱线抽拔测试分析
纱线间摩擦对复合材料的抗冲击性能有显著影响。5SLL（STG/5层层间角联锁柔性复合材料）的最大抽拔力达14.08N，比5TT（5层全贯穿角联锁织物）的抽拔力大525.78%（图1）。这与STG和纤维之间强烈的界面耦合作用以及STG独特的剪切增厚特性有关，STG/角联锁柔性复合材料表现出明显的速率依赖行为。分析表明，随着接结经纱贯穿深度及层数的增加，STG/角联锁柔性复合材料的抽拔力逐渐增大。
图1 STG/角联锁柔性复合材料纱线抽拔测试结果。
2、低速冲击测试分析
在相同的冲击载荷作用下，经复合材料吸收后的剩余载荷越小，传递到人体的作用力也就越小，从而防护作用更强。STG/角联锁柔性复合材料的最大冲击载荷和凹坑深度随STG的引入而减小，5SLL的最大冲击载荷比5LL（5层层间角联锁柔性复合材料）低9.44%，比5STT低2.19%（图2）。与5STT（STG/5层全贯穿角联锁柔性复合材料）结构相比，5SLL结构具有更好的抗冲击性能。
图2 STG/角联锁柔性复合材料低速冲击测试结果。
3、弹道冲击测试分析
织物中接结经纱的交织状态直接影响复合材料的弹道性能。5SLL的弹道极限比5STT高出4.49%， 其能量吸收率最高，为65.56%（图3）。由于5SLL复合材料具有较大的纱线间隙，增加了STG的附着力，从而增加了纱间摩擦和能量传递。而5STT复合材料经纱紧密交织，其纱线有效位移较小，冲击耗能较弱。因此，5SLL结构复合材料在高速冲击下表现出优越的防护能力。
图3 STG/角联锁柔性复合材料弹道冲击测试结果。
4、弹道冲击机理分析
角联锁织物通过内部纱线断裂、变形和滑移来耗散能量。同时，STG 内部的 B-O 交联键、氢键等发生缠结与解缠结，阻碍了内部分子链的移动（图4），从而增强复合材料的能量耗散。多种机制的协同作用使STG/角联锁柔性复合材料表现出卓越的能量吸收能力和较强的抗冲击性。
图4 柔性复合材料的机理及应用 （a） 弹道冲击损伤机理，（b）与文献对比，（c-e）应用。
三、小结
本研究将 STG 与角联锁织物相结合制备柔性复合材料，由于凝胶纤维的耦合效应，该复合材料表现出优异的能量吸收能力。深入探讨了厚度方向结合方式对柔性复合材料弹道冲击性能的影响。STG 和角联锁织物之间的协同作用显着有助于柔性复合材料的卓越抗冲击性。层间结构复合材料表现出优异的抗冲击性。有利于优化柔性复合材料的结构设计，提高柔性可穿戴防护应用的抗冲击性。
原始文献：
Zixuan Liu, Xiayun Zhang, Yuwei Zhao, Yican Wang, Hongwei Tian, Lixia Jia, Bao Shi, Zhenhong Chen, Ruosi Yan. High impact resistance and energy absorption composite reinforced via shear thickening gel/angle interlocking for flexible wearable protective. Composites Communications, Volume 53,2025,102181.
原文链接：
责任编辑：复小可
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来源：小杨科技观
