一种柔性防护材料及其制备方法

    专利查询2026-08-09  7


    本发明涉及一种柔性防护材料及其制备方法,属于柔性防护材料。


    背景技术:

    1、剪切变稠流体(stf)是一种具有智能材料特性的软材料,与液体相比,它能承受更高的外力,并且表现出与固体不同的形状可变的特性,这赋予它们在缓冲减震、人体防护等应用方面的巨大潜力。

    2、现有的基于剪切变稠流体(stf)的新型柔性防护材料,如南京理工大学(cn103808210a)发明的一种超高分子量聚乙烯织物复合柔性防护材料,浸渍剪切变稠流体,纳米颗粒为粒径500nm sio2,分散介质为聚乙二醇(peg),同时还需将改性的非连续短纤维先均匀分散到剪切变稠流体中,增加了制备复杂度。且制备过程只能采用浸渍的方式,浸渍较涂覆法需耗费更多的stf原料,且耗时较长。一种剪切变稠液复合石墨烯海绵防护材料(cn110655072a)中所用剪切变稠稀释液为sio2,聚乙二醇(peg)与乙醇,相互作用主要依靠石墨烯海绵防护材料的特殊结构提供,非常用织物均可实现的很好的相互作用。一种防弹复合纤维材料及其制备方法(cn113122959a)则采用同轴静电纺丝的方式形成纤维网抑制stf材料的流动性,同时将n层机织布与n-1层纤维网交替叠合,制备过程工艺复杂,且stf材料实际无法与n层机织布真正粘结。

    3、因此目前,stf与织物的粘结性能差,同时响应速度、抗冲击性能有待提高。


    技术实现思路

    1、本发明的主要目的在于提供一种柔性防护材料及其制备方法,以克服现有技术的不足。

    2、为实现前述发明目的,本发明采用的技术方案包括:

    3、本发明实施例提供了一种柔性防护材料,其包括:相结合的剪切变稠流体涂层和织物;所述剪切变稠流体涂层包括纳米颗粒和分散溶剂,其中,所述分散溶剂至少包括丙烯酸嵌段低分子量共聚物。

    4、在一些实施例中,所述分散溶剂包括第一组分和第二组分的组合,所述第一组分包括硅胶、羟基硅油、乙二醇、丙二醇、丁二醇、聚乙二醇和聚丙二醇中的任意一种或两种的组合,所述第二组分包括丙烯酸嵌段低分子量共聚物。

    5、在一些实施例中,所述丙烯酸嵌段低分子量共聚物至少包括具有受控分子量和位置的第一区段和具有受控分子量和位置的第二区段;其中,所述第一区段包括由具有如式(i)所示结构的单体中的至少任意一种聚合形成的链段:

    6、

    7、其中,r包括h或ch3,x包括能够交联的甲硅烷基、羟基、羧基、羰基、碳酸酯、异氰酸酯根、环氧基、乙烯基、氨基、巯基、乙酰乙酰基、烷氧基羟甲基和环醚基中的任意一种或两种以上的组合;

    8、所述第二区段包括由具有如式(ii)所示结构的单体中的至少任意一种聚合形成的链段:

    9、

    10、其中,r1包括h或ch3,r2包括具有4~14个碳原子的支链或非支链饱和烷基。

    11、本发明实施例还提供了前述柔性防护材料的制备方法,其包括:将剪切变稠流体与织物相结合,获得柔性防护材料。

    12、与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:

    13、1)本发明提供的柔性防护材料的制备方法通过一次简单成型,剪切变稠流体与织物结合强度高,具有更快的响应速度与抗冲击性能,有更宽的温度适用范围;本发明的制备方法更易保养,封装简单,stf分布更均匀,整体复合材料性能更均一;

    14、2)本发明的制备方法允许在织物纤维之间发生非牛顿流体的浸渍或在织物表面形成涂层结构,增加冲击能量的耗散能力和织物纤维的单独阻力,减少防冲击保护所需的织物纤维的含量;与常规stf防护装备相比,新一代stf高性能复合织物在响应速度、团聚结构的强度以及稳定性上有着显著的优势;同时因其瞬时形成的聚集结构具有不同分形维数、涵盖纳米级到毫米级尺度、强度极高的特点,因此在抵御超高速不规则颗粒方面较常规防护装备优势明显;

    15、3)本发明制备的产品由stf与织物纤维组成,该织物由分散在剪切变稠流体中的纳米颗粒浸渍或涂敷与表面形成涂层,用该方法可制造防弹织物,以及作为防弹织物的产品。



    技术特征:

    1.一种柔性防护材料,其特征在于,包括:相结合的剪切变稠流体涂层和织物;所述剪切变稠流体涂层包括纳米颗粒和分散溶剂,其中,所述分散溶剂至少包括丙烯酸嵌段低分子量共聚物。

    2.根据权利要求1所述的柔性防护材料,其特征在于:所述织物包括芳族聚酰胺纤维、石墨纤维、玻璃纤维、聚(对苯二甲酰对苯二胺)纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维、碳纤维、玄武岩纤维中的任意一种或多种的组合;优选的,所述超高分子量聚乙烯纤维的重均分子量为100~500万g/mol;

    3.根据权利要求1所述的柔性防护材料,其特征在于:所述分散溶剂包括第一组分和第二组分的组合,所述第一组分包括硅胶、羟基硅油、乙二醇、丙二醇、丁二醇、聚乙二醇和聚丙二醇中的任意一种或两种的组合,所述第二组分包括丙烯酸嵌段低分子量共聚物;

    4.根据权利要求3所述的柔性防护材料,其特征在于:所述第一组分与第二组分的质量比为95:5~0:100;

    5.根据权利要求1所述的柔性防护材料,其特征在于:所述纳米颗粒包括无机纳米颗粒和有机纳米颗粒中的至少任意一种,所述无机纳米颗粒包括纳米二氧化硅颗粒、二氧化钛颗粒、碳酸钙颗粒、醋酸钙颗粒、氧化铝颗粒、石英粉、氧化锌颗粒、氧化铁颗粒、银颗粒、四氧化三铁颗粒、zro2颗粒、硼酸、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯颗粒中的任意一种或两种以上的组合;所述有机纳米颗粒包括聚甲基丙烯酸甲酯颗粒、聚苯乙烯颗粒、聚氯乙烯颗粒、淀粉颗粒中的任意一种或两种以上的组合;

    6.根据权利要求1所述的柔性防护材料,其特征在于,所述丙烯酸嵌段低分子量共聚物至少包括具有受控分子量和位置的第一区段和具有受控分子量和位置的第二区段;其中,所述第一区段包括由具有如式(i)所示结构的单体中的至少任意一种聚合形成的链段:

    7.根据权利要求6所述的柔性防护材料,其特征在于:所述丙烯酸嵌段低分子量共聚物的第二区段包括由多种丙烯酸酯单体中的任意一种或两种以上的组合聚合形成的链段,其中,所述丙烯酸酯单体包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯中的任意一种或两种的组合;

    8.根据权利要求7所述的柔性防护材料,其特征在于:所述丙烯酸酯包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸苯酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸正己酯、丙烯酸正庚酯、丙烯酸正辛酯、丙烯酸正壬酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸2-丙基庚酯、丙烯酸异癸酯、丙烯酸异硬脂酯中的任意一种或两种以上的组合;

    9.如权利要求1-8中任一项所述的柔性防护材料的制备方法,其特征在于,包括:将剪切变稠流体与织物相结合,获得柔性防护材料。

    10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于:所述结合的方法包括涂覆、浸渍中的至少任意一种。


    技术总结
    本发明公开了一种柔性防护材料及其制备方法。所述柔性防护材料包括:相结合的剪切变稠流体涂层和织物,该剪切变稠流体涂层包括纳米颗粒和分散溶剂,其中,所述分散溶剂至少包括丙烯酸嵌段低分子量共聚物。本发明提供的柔性防护材料通过一次简单成型,剪切变稠流体与织物结合强度高,具有更快的响应速度与抗冲击性能,有更宽的温度适用范围,该织物由分散在剪切变稠流体中的纳米颗粒浸渍或涂敷与表面形成涂层,用该方法可制造防弹织物,以及作为防弹织物的产品;并且,本发明的制备方法更易保养,封装简单,STF分布更均匀,整体复合材料性能更均一。

    技术研发人员:陈珣,何帅,陈鹏,洪亮,施文涛
    受保护的技术使用者:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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