[發明專利]沖擊防護材料及其制造方法

有效

• 申請號: 201880065117.4
• 申請日: 2018-10-10
• 公開（公告）號: CN111183185B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 宋建軍;何國強;王寒;張康;張良;陳誠;林詩炬
• 申請（專利權）人: 納米及先進材料研發院有限公司
• 主分類號: C08L83/00
• 分類號: C08L83/00;C08L23/06;C08L75/04;C08G18/66
• 代理公司: 深圳宜保知識產權代理事務所(普通合伙) 44588
• 代理人: 王琴;曹玉存

本發明提供了一種新的沖擊防護材料及其制備方法。更具體地說，沖擊防護材料是聚合物基剪切增稠復合材料，包括非剪切增稠聚合物基材料和一種或多種剪切增稠材料。優選地，所述非剪切增稠聚合物基材料其含量從約5％重量到約90％重量，剩余含量為一種或多種剪切增稠材料。第一種剪切增稠材料是溶膠?凝膠基剪切增稠材料，其中無機小顆粒連接在凝膠網絡中；第二種是聚合物基剪切增稠材料，其中聚合物鏈形成網絡。與現有的剪切增稠材料相比，該材料具有不同的分子結構和配方，具有良好的沖擊防護性能和穩定性。

相關申請的交叉引用

本申請要求2017年10月10日提交的美國臨時專利申請序列號62/606,766的優先權，這個臨時專利申請的公開內容以引用方式整體并入本文。

技術領域

本發明涉及一種能量吸收材料，用于消散和減輕沖擊時產生的沖擊力，并為物體或人體提供沖擊防護；以下稱為沖擊防護材料。

背景技術

沖擊造成的人體傷害或物體損壞的嚴重程度取決于沖擊過程中施加的沖擊力。沖擊防護器可以減弱沖擊力。考慮到質量為m的易碎物體從高度h墜落到沖擊防護器表面，撞擊時的動能E等于物體的勢能，即其中v是物體撞擊時的速度，g是引力常數。為了使物體停止并吸收沖擊能量，一個有效的沖擊防護器應該能夠在力F達到斷裂閾值之前減弱它。否則物體可能有損壞的危險。

很多材料都被嘗試用作沖擊防護器；市場上最流行的材料可能是：閉孔聚乙烯泡沫及其衍生物、開孔聚氨酯泡沫和膨脹材料。

乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)泡沫是一種特殊類型的交聯閉孔聚乙烯泡沫，俗稱海綿橡膠或泡沫橡膠。乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)與天然橡膠相比具有重量輕、易成型、無臭、價格便宜等優點，可作為襯墊和減震器使用。然而，泡沫襯墊通常是為某一級別的沖擊而設計的；它們可能無法適用于吸收高于設計級別的沖擊。

近年來，剪切增稠材料(或被稱為膨脹材料)，在沖擊吸收系統中被用作吸能材料。剪切增稠材料或膨脹材料是指材料能在低剪切速率下變形，而在高剪切速率下，粘度大幅度增加，材料則變硬。

市場上銷售著道康寧公司(Dow Corning)一種著名的膨脹材料,其型號為3179。據稱它包括含硼硅氧烷基材料。

Poron XRD是一種開孔聚氨酯泡沫。據稱，當其在聚氨酯聚合物的玻璃轉化溫度以上時，它是柔軟的和靈活的；當以高速率應力或快速沖擊時，聚氨酯分子會變硬以保護佩戴者免受損壞。

D3O是一種聚合物復合材料(在某些產品形式中，聚氨酯為主要成分)，據稱含有一種化學工程膨脹材料；該材料在正常狀態下或在較低的剪切速率下是柔軟和有彈性的；然而，當受到力的沖擊在較高的剪切速率時，它會相互鎖定，其粘度大幅增加，隨后變得堅硬。

道康寧3179、Poron XRD和D3O是聚合物基膨脹材料；還有其他膨脹材料，如氧化物顆粒基膨脹材料。這些膨脹材料由懸浮在載體材料中的顆粒組成。在自然狀態或低剪切速率下，顆粒自由移動，材料表現出良好的流動性；在高剪切速率下，流體動力潤滑力所形成的聚集限制了顆粒的流動性，因而材料變硬，沖擊能量可以被吸收和耗散到更大的區域，并最終減弱。

顆粒基剪切增稠材料(一個典型的例子是分散在聚乙二醇(PEG)中的二氧化硅(SiO₂)顆粒)雖然已被證實并在文獻中得到了廣泛的研究，但其應用有限。一個原因是顆粒/載體材料混合物因為顆粒團聚和沉淀時通常不穩定；另一個原因是顆粒基剪切增稠材料不適于直接用作沖擊防護器。

發明概要