[發明專利]用于抑制外部載荷的復合層材料、其獲得方法和用途

有效

• 申請號: 201580064934.4
• 申請日: 2015-09-25
• 公開（公告）號: CN107208731B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 弗朗西斯科·若澤·加林多·羅薩萊斯;勞拉·坎波·德亞諾
• 申請（專利權）人: 波爾圖大學
• 主分類號: F16F15/023
• 分類號: F16F15/023
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 張英;宮傳芝

本公開涉及定制用于在沖擊或振動下吸收或耗散機械能的復合層材料。復合層材料包含至少彈性材料的支撐層，所述支撐層具有凹入的液密的微通道，其包含流體，其中通道部分和流體粘度是如此以由流過所述微通道的受限流體抑制外部載荷。因此，本公開涉及安全性和/或舒適性的最大化。

技術領域

本公開的主題涉及定制用于在沖擊或振動下吸收或耗散機械能以最大化安全性和/或舒適性的復合層材料。基于彈性固體材料的機械性能、復雜流體的流變性能和微流體網絡的幾何構型來定制復合層材料。

本公開特別涉及能量吸收或耗散結構，其包括鐫刻/雕刻/沖壓/切刻(engraved/carved/stamped/incised)有微通道的優化網絡的固體材料片材，其中上述微通道填充有有意選擇的復雜流體并用另一種固體材料片材來緊密封閉它。

背景技術

在我們的社會中防止沖擊或振動(震動，vibration)造成的損傷或不適是普遍存在的問題并且越來越需要先進的能量吸收材料。蜂窩狀材料，例如，膨脹型聚苯乙烯(EPS)通常用于這些目的，其取決于應用本身的選擇。大多數這些材料因壓壞而變形，發展出永久變形，因而將它們的使用僅限于一種。

在過去的十年中，剪切增稠流體(STF)，其是特定類型的復雜流體，由于它們的粘度隨著施加的剪切應力超過臨界值而增加，已引起了業界的關注用于制造被動耗能裝置(passive dissipative device)，如減振器(減震器)和防彈抗刺織物復合材料。另外，這些液體不需要如磁流變或電流變流體所需要的外部激活機制，因為它們只是在應力下激活。此外，通過適當選擇STF的組分，可以針對具體應用定制粘度的增加。所有這一切都導致了對將STF加入其他材料以獲得能量吸收性復合材料的相當大的興趣，該能量吸收性復合材料具有它們的最佳性能/特性的組合。在一些先前的方法中，將STF封裝在密封袋中，并借助于用于減輕重量的復合玻璃珠(US 2005/0266748 Al)，或加入固相彈性體(US 2006/0234572 Al)。

由于STF的流變響應受到它所經歷的變形率的極大影響，變形率直接取決于局部的幾何形狀和所施加的力，其他發明提出基于在流體和限制它的幾何形狀之間的相互作用的具有STF的能量吸收復合材料。由形成孔(巢室，cell)的邊和面的固體材料的多孔互連網絡組成的流體浸漬材料、優選開孔網狀或部分閉孔泡沫，或形成自纖維或其他蜂窩狀固體(US 8091692 B2)，其中通道的曲率使STF經受在限制下的復雜流動。因此，將STF加入多孔介質增加它們的能量吸收能力，這是由于通過使流體從泡沫單元內排出所進行的粘性功(viscous work)的貢獻，其被加入耗散的能量，這是由于在支架材料的壓縮期間發生的彈性、塑性和屈曲模式。替代浸漬泡沫，另一種途徑由以下組成：兩個外層，含有由剪切層分開的STF的儲池或腔室，其中上述剪切層包括點陣結構，其限定在第一和第二外層之間的直剪切路徑(US 2014/0259326 Al)。最后，另一發明包含兩片以疊加關系設置的固體材料，配置其以限定其間的多個腔室以及多個流體流動通道，其與兩個腔室流體連通；以這種方式，當施加的沖擊超過預定密封水平時，密封件從流體通道關閉腔室，從而將材料轉換到閉孔結構(WO 98/23179 Al)。

最近報道當在受限條件下(即當流過微小通道時)被剪切時，STF增強它們的剪切增稠行為。微流體學是關于這樣的裝置和方法的科學和技術：上述裝置和方法通過使用具有小于毫米的特征長度尺度的通道來處理、控制或操縱非常少量的流體。由于眾多優點，微流體學已刺激了顯著的興趣并揭開了廣泛的應用：從生物技術到提高的原油采收率。

公開了這些事實以說明通過本發明解決的技術問題。

發明內容

本公開涉及能量吸收復合材料，其包含彈性固體材料、數字優化的閉合微流體網絡和復雜流體VEF或STF。本公開能夠吸收或耗散由沖擊或振動產生的能量而不需要依賴于磁流變或電流變流體。