Mechanical properties and toughening mechanisms of natural silkworm silks and their composites

增韧 材料科学 复合材料 韧性 复合数 高分子科学
作者
Kang Yang,Juan Guan,Zhengzhong Shao,Robert O. Ritchie
出处
期刊:Journal of The Mechanical Behavior of Biomedical Materials [Elsevier BV]
卷期号:110: 103942-103942 被引量:50
标识
DOI:10.1016/j.jmbbm.2020.103942
摘要

There is an emerging interest in natural silkworm silks as alternative reinforcement for engineering composites. Here, we summarize the research on two common silkworm silks and silk fibre reinforced plastics (SFRPs) from the authors over the past few years in the context of related research. Silk fibres from silkworms display good strength and toughness under ambient and cryogenic conditions owing to their elastic-plastic deformation mechanism. In particular, the wild Antheraea pernyi (A. pernyi) silk also displays micro- and nano-fibrillation as an important mechanism for toughness and impact resistance. For SFRP composites, we found: (i) it is critical to achieve silk fibre volume fraction to above 50% for an optimal reinforcement and toughening effect; (ii) the tougher A. pernyi silks present a better reinforcement and toughening agent than B. mori silks; (iii) impact and toughness properties are advantageous properties of SFRPs; (iv) hybridization of natural silk with other fibres can further improve the mechanical performance and economics of SFRPs for engineering applications; and (v) the lightweight structure designs can improve the service efficiency of SFRPs for energy absorption. The understanding on the comprehensive mechanical properties and the toughening mechanisms of silks and silk fibre-reinforced polymer composites (SFRPs) could provide key insights into material design and applications.

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