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3D打印塑料网可吸收96%的冲击能量

11-13 17:27 阻燃材料百科

蒙特利尔理工学院的一个团队最近证明,使用增材制造的织物可以吸收高达96%的冲击能量,而且不会断裂。《细胞报告物理科学》杂志最近发表了一篇文章,详细介绍了这一创新成果,这为创造牢不可破的塑料覆盖物铺平了道路。


文章中揭示的概念和配套研究相对简单。来自蒙特利尔理工学院机械工程系的Frédérick Gosselin教授、Daniel Therriault教授和博士生Shibo Zou,想要证明如何将塑料网融入玻璃中,以防止其在遭受撞击时破碎。


这似乎是一个很简单的概念,但进一步思考就会发现,这个塑料网并不简单。


研究人员的设计灵感来自蜘蛛网及其惊人的特性。Gosselin教授解释说:“蜘蛛网能够抵抗昆虫与之相撞的冲击,这是因为蜘蛛网能够从分子层面上,在丝蛋白自身内部通过牺牲连接而变形。我们的方法受到了这种特性的启发。”


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通过3D打印实现生物模拟


研究人员使用聚碳酸酯来实现他们的成果:加热时,聚碳酸酯会变得像蜂蜜一样粘稠。Gosselin教授的团队通过3D打印机,利用这种特性“编织”出一些厚度小于2毫米的纤维,然后重复这一过程,在整个网状物凝固之前,通过垂直、快速移动的方式打印一系列新的纤维。


事实证明,神奇的地方就在这个过程本身——这也是最终产品获得其关键特性的地方。


当它被3D打印机慢慢挤压成纤维时,熔融的塑料会形成一个圆圈,最终形成一连串的环状物。一旦硬化,这些环状物就变成了可被牺牲的连接,使纤维具有额外的强度。研究人员Gosselin解释说:“当撞击发生时,这些连接会吸收能量并断裂,以维持纤维的整体完整性,就像丝蛋白一样。”


在2015年发表的一篇文章中,Gosselin教授的团队展示了这些纤维制造背后的原理。最新的《细胞报告物理科学》文章揭示了这些纤维在交织成网状时的行为。


这项研究的主要作者Shibo Zou利用这个机会说明了当位于保护屏内时,这样的网是如何表现的。在把一系列的网嵌入透明树脂板后,他进行了冲击试验。结果呢?塑料晶片可分散高达96%的冲击能量而不会断裂。它们没有开裂,而是在某些地方变形,保持了晶片的整体完整性。


根据Gosselin教授的说法,这种受自然界启发的创新也许可以制造出一种新型的防弹玻璃,或者制造出更耐用的塑料保护智能手机屏幕。Gosselin教授指出:“它也可以作为飞机发动机的保护涂层,应用于航空领域。”


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