智能防護(hù)復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及抗沖擊吸能防護(hù)材料，尤其涉及一種利用智能防護(hù)結(jié)構(gòu)的材料。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會的進(jìn)步，交通工具的使用越來越頻繁，同時對交通工具安全性的要求也越來越高。本發(fā)明是利用球形顆粒骨架和剪切增稠液合成制備的一種智能防護(hù)復(fù)合材料，一方面，球形顆粒形成的骨架在應(yīng)對諸如汽車碰撞產(chǎn)生的沖擊時，可以通過球形顆粒的變形吸收能量；另一方面，剪切增稠液是一種新型智能材料，這一材料為納米顆粒懸浮液體，在受到?jīng)_擊載荷時其表觀粘度發(fā)生大幅度增大而變粘稠，甚至由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭惞虘B(tài)，在沖擊撤銷后又能迅速恢復(fù)，具有響應(yīng)速度快、可逆性好、吸能效率高等優(yōu)點。本發(fā)明利用剪切增稠液來填充球形顆粒骨架之間的空隙，不僅提高了球形顆粒骨架的穩(wěn)定性，且剪切增稠液本身具有的良好吸能性能，能進(jìn)一步提高能量吸收性能。因此，該材料成本低、質(zhì)量輕、重復(fù)利用且容易加工成型，在包裝、車輛和人體防護(hù)等智能防護(hù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了彌補已有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種智能防護(hù)復(fù)合材料，該智能防護(hù)復(fù)合材料能夠?qū)ν饨绻艉屯{自動做出反應(yīng)，且結(jié)構(gòu)簡單。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:智能防護(hù)復(fù)合材料，其特征在于包括有封裝層1、球體骨架2、剪切增稠液3，封裝層I內(nèi)為空腔，球體骨架2位于封裝層I的空腔內(nèi)，球體骨架2由多個球體組成，在球體骨架的間隙中含有剪切增稠液體。
[0005]所述封裝層I的材料為硬材料(金屬、陶瓷或玻璃鋼，如:高強度的鋼板，鋼板的厚度為I毫米以上，如1-20毫米)或柔性材料(硅橡膠或樹脂，厚度為I毫米以上，如1-20毫米)。
[0006]所述球體為鋼球、鐵球，鋁球、塑料球或橡膠球。所述球體的直徑為5毫米以上(如5~30暈米)。
[0007]所述剪切增稠液由二氧化硅納米顆粒和聚乙二醇400 (PEG400)組成，其中納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)為45%以上(45%-95%)，其制備步驟如下:取分散介質(zhì)放入行星式球磨機的球磨罐中，將分散相顆粒分批添加到行星式球磨機中研磨，直至達(dá)到所需的含量，充分研磨，確保分散相顆粒均勻分布在懸浮體系中，分散介質(zhì)是聚乙二醇400 (PEG400)，分散相顆粒為二氧化硅納米顆粒(或稱納米二氧化硅顆粒)；研磨結(jié)束后，將混合樣品放入真空箱在-1OOkPa的條件下進(jìn)行抽真空處理，以便排除樣品中氣泡，制成剪切增稠液體。
[0008]本發(fā)明充分利用剪切增稠液體這一智能材料，制成能夠?qū)ν饨鐩_擊載荷自動做出反應(yīng)且尚效吸能的材料。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點是:
1、球體骨架與其間隙里的剪切增稠液在抗沖擊和吸能方面與其他同等質(zhì)量材料相比，抗沖擊能力更強，能吸收的能量更多。
[0010]2、該材料中的球體骨架可以在材料和結(jié)構(gòu)布置上有很多種選擇，當(dāng)選擇橡膠球時，結(jié)構(gòu)可以在抗沖擊能力上再次得到提升。
[0011]3、通過球體骨架中的剪切增稠液體，可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)在受到?jīng)_擊時，能夠做出智能反應(yīng)，提高材料的防護(hù)性能。
[0012]4、該材料可以加工為任何形狀，可廣泛應(yīng)用于包裝和車輛等防護(hù)上，以及航天航空等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的復(fù)合材料示意圖。
[0014]圖2不同變形速率下剪切增稠液粘度變化曲線圖。
[0015]圖中:1_封裝層，2-球體骨架，3-剪切增稠液。
【具體實施方式】
[0016]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0017]實施例1
在圖1中，智能防護(hù)復(fù)合材料，包括有封裝層1、球體骨架2以及球體骨架間隙中的剪切增稠液3，封裝層I內(nèi)為空腔，球體骨架2位于封裝層I的空腔內(nèi)(里面)，球體骨架2由多個鋼球組成(鋼球的個數(shù)根據(jù)空腔的大小、鋼球的大小確定，鋼球?qū)⒖涨惶畛錆M)，在球體骨架的間隙中含有(充溢有)剪切增稠液體。
[0018]封裝層I的材料為高強度的鋼板，鋼板的厚度為2毫米。球體骨架由多個直徑5毫米的鋼球組成。
[0019]在封裝層I里面，填充鋼球形成球體骨架，再在球體骨架中填充剪切增稠液3，最后把封裝層I密封。
[0020]剪切增稠液體是一種智能材料，是一種納米顆粒懸浮液，當(dāng)受到?jīng)_擊載荷作用時，剪切增稠液發(fā)生剪切增稠效應(yīng)，甚至變成類固態(tài)，這一過程能夠吸收大量的能量。當(dāng)沖擊載荷撤銷后，剪切增稠液又恢復(fù)為流體狀態(tài)，具有可逆性。
[0021]所述剪切增稠液中二氧化硅納米顆粒體積分?jǐn)?shù)為50%，其制備步驟如下:取分散介質(zhì)放入行星式球磨機的球磨罐中，將分散相顆粒分批添加到行星式球磨機中研磨，直至達(dá)到所需的含量，充分研磨，確保分散相顆粒均勻分布在懸浮體系中，分散介質(zhì)是聚乙二醇400 (PEG400)，分散相顆粒為二氧化硅納米顆粒；研磨結(jié)束后，將混合樣品放入真空箱在-1OOkPa的條件下進(jìn)行抽真空處理，以便排除樣品中氣泡，制成剪切增稠液體。圖2為不同變形速率下剪切增稠液粘度變化曲線，從圖中可以看出在快速變形時，剪切增稠液的粘度明顯增大，因此具有較大的效能效果。
[0022]二氧化硅納米顆粒(納米二氧化硅顆粒)可以直接購買，也可以用化學(xué)方法制得。實施例1中的復(fù)合材料能夠做為智能吸能材料應(yīng)用于車輛保險杠上。
[0023]實施例2
在圖1中，智能防護(hù)復(fù)合材料包括有封裝層1、球體骨架2以及球體骨架間隙中的剪切增稠液3，封裝層I內(nèi)為空腔，球體骨架2位于封裝層I里面。封裝層I的材料為硅橡膠(厚度為2毫米)，球體骨架由多個直徑為5毫米橡膠球組成，在球體骨架間隙含有剪切增稠液體(制備同實施例1)。在封裝層I里填充橡膠球形成球體骨架，再在球體骨架中填充剪切增稠液3，最后把封裝層(硅橡膠)進(jìn)行封裝。剪切增稠液體是一種智能材料，其獲得方法如實施例I所示。在實施例2中的復(fù)合材料質(zhì)量輕、有極強抗沖擊能力，能夠應(yīng)用于護(hù)膝護(hù)腕等人體防護(hù)裝備。
[0024]實施例3
在圖1中，智能防護(hù)復(fù)合材料包括有封裝層1、球體骨架2以及球體骨架間隙中的剪切增稠液3，封裝層I內(nèi)為空腔，球體骨架2位于封裝層里面，封裝層I的材料為高強度的鋼(厚度為2毫米)，球體骨架由多個直徑為5毫米橡膠球組成，在球體骨架間隙含有剪切增稠液3。在封裝層里填充橡膠球形成球體骨架，再在球體骨架中填充剪切增稠液3，最后把封裝層I進(jìn)行密封。剪切增稠液體是一種智能材料，其獲得方法如實施例1所示。在實施例3中的復(fù)合材料相對密度小、抗沖擊能力強的優(yōu)點，能夠應(yīng)用于防護(hù)盾牌裝備中。
[0025]實施例4
與實施例1基本相同，不同之處在于:所述封裝層I的材料為陶瓷，球體骨架由多個直徑5毫米的鐵球組成。
[0026]實施例5
與實施例1基本相同，不同之處在于:所述封裝層I的材料為玻璃鋼，球體骨架由多個直徑5毫米的鋁球組成。
[0027]實施例6
與實施例1基本相同，不同之處在于:所述封裝層I的材料為陶瓷，球體骨架由多個直徑5毫米的塑料球組成。
【主權(quán)項】
1.智能防護(hù)復(fù)合材料，其特征在于包括有封裝層、球體骨架、剪切增稠液，封裝層內(nèi)為空腔，球體骨架位于封裝層的空腔內(nèi)，球體骨架由多個球體組成，在球體骨架的間隙中含有剪切增稠液體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能防護(hù)復(fù)合材料，其特征在于:所述封裝層的材料為硬材料或柔性材料，硬材料或柔性材料的厚度為I毫米以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能防護(hù)復(fù)合材料，其特征在于:硬材料為金屬、陶瓷或玻璃鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能防護(hù)復(fù)合材料，其特征在于:柔性材料為硅橡膠或樹脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能防護(hù)復(fù)合材料，其特征在于:所述球體為鋼球、鐵球，鋁球、塑料球或橡膠球。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的智能防護(hù)復(fù)合材料，其特征在于:所述球體的直徑為5毫米以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能防護(hù)復(fù)合材料，其特征在于:所述剪切增稠液由二氧化硅納米顆粒和聚乙二醇400 (PEG400)組成，其中納米顆粒的體積分?jǐn)?shù)為45%以上，其制備步驟如下:取分散介質(zhì)放入行星式球磨機的球磨罐中，將分散相顆粒分批添加到行星式球磨機中研磨，直至達(dá)到所需的體積分?jǐn)?shù)含量，充分研磨，分散介質(zhì)是聚乙二醇，分散相顆粒為二氧化硅納米顆粒；研磨結(jié)束后，將混合樣品進(jìn)行抽真空處理，得到剪切增稠液體。
【專利摘要】本發(fā)明涉及抗沖擊吸能防護(hù)材料，尤其涉及一種利用智能防護(hù)結(jié)構(gòu)的材料。智能防護(hù)復(fù)合材料，其特征在于包括有封裝層、球體骨架、剪切增稠液，封裝層內(nèi)為空腔，球體骨架位于封裝層的空腔內(nèi)，球體骨架由多個球體組成，在球體骨架的間隙中含有剪切增稠液體。該智能防護(hù)復(fù)合材料能夠?qū)ν饨绻艉屯{自動做出反應(yīng)，且結(jié)構(gòu)簡單，抗沖擊能力更強，能吸收的能量更多?？蓮V泛應(yīng)用于包裝和車輛等防護(hù)上，以及航天航空等領(lǐng)域。
【IPC分類】C09K3-00, F16F11-00, C09C1-28, C09C3-10
【公開號】CN104864025
【申請?zhí)枴緾N201510153077
【發(fā)明人】譚柱華, 左樂, 劉立勝, 翟鵬程
【申請人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月1日