粉體行業(yè)在線展覽
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納米流體能量吸收材料
直接聯(lián)系
陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司
陜西
面議
煤業(yè)化工研究院
納米流體能量吸收材料
2386
一、納米流體能量吸收材料的研發(fā)背景
高性能抗沖擊、減震吸能的防護(hù)材料，在國防**、工業(yè)建設(shè)、汽車安全、兒童保護(hù)、體育用品以及日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，例如裝甲、防彈衣、防爆服、防刺服、飛機(jī)起落架、高速公路隔離墩、安全帽、汽車保險(xiǎn)杠、運(yùn)動鞋和運(yùn)動護(hù)具、精密儀器包裝、減震降噪系統(tǒng)等，因此，這一類材料長期以來一直是科學(xué)界和工業(yè)界的研發(fā)熱點(diǎn)。
單位質(zhì)量吸能密度和單位體積吸能密度是影響防護(hù)材料防護(hù)性能的關(guān)鍵，在這一方面，各國科學(xué)家開展了大量的研究工作，包括高吸能材料研究，吸能部件的拓?fù)浜蛶缀谓Y(jié)構(gòu)優(yōu)化，防護(hù)結(jié)構(gòu)宏觀設(shè)計(jì)和優(yōu)化等。各種不同的吸能機(jī)理（如塑性失穩(wěn)、相變、摩擦耗散、表面/界面能量吸收）都被用來提高防護(hù)結(jié)構(gòu)的吸能密度。
然而，不盡如人意的是，目前市場上絕大多數(shù)材料，其吸能密度**僅為20J/g左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足在一般的沖擊震動條件下對于防護(hù)性能的要求，離高速沖擊條件下所需的安全性就相差更遠(yuǎn)了。
吸能材料 | 密度（g/cm3） | 吸能密度（J/g） | 常規(guī)產(chǎn)品 |
高聚物泡沫材料 | 0.03-0.3 | 0.1-2 | EPP、EPE、EPS、EVA、發(fā)泡海綿、聚氨酯、HDPE、LDPE |
金屬泡沫材料 | 0.1-0.3 | 1-20 | 泡沫鋁 |
多孔編織復(fù)合材料 | 0.1 | 1-10 | 滌綸 |
形狀記憶合金 | 5-7 | ＜1 | |
硅膠 | 1.1-1.25 | 0.25-0.27 | 硅橡膠、硅樹脂 |
二、納米流體吸能材料簡介
納米多孔材料本身由疏水性材料制成，在常規(guī)情況下，功能流體無法進(jìn)入到納米材料孔道當(dāng)中，一旦發(fā)生外力作用，功能液體將進(jìn)入納米孔道，通過這一過程，將外力機(jī)械功轉(zhuǎn)換為液固兩相間的盈余表面張力和摩擦力，真正實(shí)現(xiàn)了能量守恒轉(zhuǎn)化，外力撤消后，功能液體將流出納米孔道，因此，材料本身可以反復(fù)多次使用。1g納米多孔材料的比表面積可以達(dá)到100—2000平方米，是基體材料的幾十億倍，其吸收密度可以達(dá)到60-200J/g以上。
序號 | 項(xiàng)目 | 指標(biāo) |
1 | 凝沸點(diǎn) | -40℃—70℃ |
2 | 密度 | 0.8 g/cm3—1.2g/cm3 |
3 | 能量吸收密度 | ≥60J/g |
4 | 吸能響應(yīng)速度 | ≤4ms |
5 | 能量吸收模塊實(shí)現(xiàn)功能目標(biāo)時(shí)能承受的**壓強(qiáng) | ≥150MPa |
6 | 沖擊回彈實(shí)驗(yàn)，（誤差＜±0.5%）室溫（22±5℃） | 回彈值%（16.0-17.2） |
目前，根據(jù)檢測結(jié)果，納米流體能量吸收材料是任何當(dāng)前市面上的能量吸收材料的幾十乃至數(shù)百倍以上。在高速沖擊下，納米約束的液體分子所展現(xiàn)出的獨(dú)特構(gòu)型可以極大程度地遷移和減緩沖擊波，效果遠(yuǎn)優(yōu)于任何已知材料。
吸能材料 | 密度（g/cm3） | 吸能密度（J/g） | 常規(guī)產(chǎn)品 |
高聚物泡沫材料 | 0.03-0.3 | 0.1-2 | EPP、EPE、EPS、EVA、發(fā)泡海綿、聚氨酯、HDPE、LDPE |
金屬泡沫材料 | 0.1-0.3 | 1-20 | 泡沫鋁 |
多孔編織復(fù)合材料 | 0.1 | 1-10 | 滌綸 |
形狀記憶合金 | 5-7 | ＜1 | |
NFEAM * | 0.8-1.2 | 60-200 |
納米流體能量吸收材料結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，性能在大范圍內(nèi)可調(diào)（僅需簡單改動就可使材料適用于不同的工業(yè)、軍用、民用的應(yīng)用中）。材料可以方便地嵌入任何現(xiàn)有的需保護(hù)的系統(tǒng)中，無需對現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行重大結(jié)構(gòu)改造。目前，已經(jīng)在國家勞動保護(hù)用品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，中船重工七二五研究所進(jìn)行了第三方評價(jià)測試，檢測結(jié)果表明，納米流體能量吸收材料可以提高安全帽和摩托車頭盔吸能性能60%—70%左右。
國家勞動保護(hù)用品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心頭盔檢測
在頭模之上戴上頭盔，共計(jì)5KG，傳感器置于頭盔與頭模之間，從1.8米高處落下，頭盔率先著地，傳感器感應(yīng)到重力加速度越小，吸能效果越好。
加入吸能模塊的頭盔 | 未加吸能模塊的頭盔 | ||
峰值：221.0g | 150g作用時(shí)間:1.73ms | 峰值：830.0g | 150g作用時(shí)間:1.09ms |
200g作用時(shí)間:0.74ms | 200g作用時(shí)間:0.90ms | ||
峰值：293.1g | 150g作用時(shí)間：1.78ms | 峰值：958.3g | 150g作用時(shí)間：1.09ms |
200g作用時(shí)間：1.25ms | 200g作用時(shí)間：0.93ms | ||
峰值：245.3g | 150g作用時(shí)間：2.2.ms | 峰值：958.3g | 150g作用時(shí)間：0.92ms |
200g作用時(shí)間：1.40ms | 200g作用時(shí)間：0.83ms | ||
峰值：512.6g | 150g作用時(shí)間：1.68ms | 峰值：958.3g | 150g作用時(shí)間：0.92ms |
200g作用時(shí)間：1.40ms | 200g作用時(shí)間：0.83ms | ||
峰值：142.8g | 150g作用時(shí)間：0.00ms | 峰值：541.2g | 150g作用時(shí)間：0.96ms |
200g作用時(shí)間：0.00ms | 200g作用時(shí)間：0.77ms | ||
峰值：249.5g | 150g作用時(shí)間：2.06ms | 峰值：958.3g | 150g作用時(shí)間：0.88ms |
200g作用時(shí)間：1.45ms | 200g作用時(shí)間：0.82ms | ||
落錘試驗(yàn)
將傳感器放置于四種減震測試材料下方，5kg錘頭從30厘米高處落下，材料會吸收沖擊力，材料底部的傳感器記錄未吸收的沖擊力峰值，未吸收沖擊力峰值越小，說明材料本身吸收沖擊力效果越好。
吸能材料 | EVA | 硅膠 | EPS | 納米流體能量吸收材料 |
錘頭重量 | 5KG | 5KG | 5KG | 5KG |
沖擊力峰值 | 515KG | 692KG | 903KG | 234KG |
