Kevlar和Twaron的保护性能来自于它们的分子结构，而改变这种结构就会改变它们的有效作用。对于机械打击，如防弹背心，材料会呈现出高度有序的结构，从而使其能够重新分配受力。保温材料具有更多的多孔结构，可以最大限度地减少通过的热量。
通常情况下，由于材料的基本特性，设计用于保护肢体免受极端温度和伴随爆炸的致命弹丸的设备一直很困难。强度足以抵御弹道威胁的材料无法抵御极端温度，反之亦然。结果，当今的大部分防护装备是由多层不同的材料组成的，导致装备又笨又沉，如果戴在手臂和腿上，将严重限制士兵的行动能力。现在研究人员开始将两种类型的材料合二为一。
"我们的目标是设计一种多功能材料，能够保护在极端环境中工作的人，如宇航员、消防员或士兵。"该研究的第一作者Grant Gonzalez说。为此，研究人员通过一种叫做浸泡式旋转喷射纺丝（iRJS）的工艺，将两种分子结构类型——高度有序而又多孔——结合到一种材料中。工艺基本原理是：在离心机旋转作用下，液态聚合物溶液被迫通过装置上的一个小孔流出，形成长长的聚合物链。随后聚合物撞入并凝固在离心机壁上的液浴中，生成纳米纤维。
研究人员能够调整起始聚合物液体的粘度，使生成的纳米纤维具有所需的特性。最后，他们能够生产出有一定长度、排列整齐的纳米纤维片，它们之间有很多孔隙。下一步，他们必须测试纳米纤维片是否真的在抵御弹道冲击和隔热方面都有保护作用。在对堆叠片材进行弹丸射击测试中，研究小组发现，新材料和普通的Twaron编织材料一样耐用。
在热测试中，研究人员发现新材料的隔热性能比商用Twaron和Kevlar好20倍左右。使用目前的设置，该团队可以在10分钟左右的时间内纺出尺寸约为10×30厘米的薄片，但如果扩大生产规模，这可能会得到改善。
“虽然还有改进的余地，但我们已经突破了可能的界限，并开始向这种多功能材料领域发展，”Gonzalez说。
鲁ICP备2021047099号