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納米流體能量吸收材料
作者:李建軍   部門:營銷事業部   時間:2016-09-27   瀏覽次數:1053

一、納米流體能量吸收材料的研發背景

高性能抗沖擊、減震吸能的防護材料,在國防軍工、工業建設、汽車安全、兒童保護、體育用品以及日常生活中有著廣泛的應用,例如裝甲、防彈衣、防爆服、防刺服、飛機起落架、高速公路隔離墩、安全帽、汽車保險杠、運動鞋和運動護具、精密儀器包裝、減震降噪系統等,因此,這一類材料長期以來一直是科學界和工業界的研發熱點。

單位質量吸能密度和單位體積吸能密度是影響防護材料防護性能的關鍵,在這一方面,各國科學家開展了大量的研究工作,包括高吸能材料研究,吸能部件的拓撲和幾何結構優化,防護結構宏觀設計和優化等。各種不同的吸能機理(如塑性失穩、相變、摩擦耗散、表面/界面能量吸收)都被用來提高防護結構的吸能密度。

然而,不盡如人意的是,目前市場上絕大多數材料,其吸能密度最高僅為20J/g左右,遠遠不能滿足在一般的沖擊震動條件下對于防護性能的要求,離高速沖擊條件下所需的安全性就相差更遠了。 

吸能材料

密度(g/cm3

吸能密度(J/g

常規產品

高聚物泡沫材料

0.03-0.3

0.1-2

EPP、EPE、EPS、EVA、發泡海綿、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,在常規情況下,功能流體無法進入到納米材料孔道當中,一旦發生外力作用,功能液體將進入納米孔道,通過這一過程,將外力機械功轉換為液固兩相間的盈余表面張力和摩擦力,真正實現了能量守恒轉化,外力撤消后,功能液體將流出納米孔道,因此,材料本身可以反復多次使用。1g納米多孔材料的比表面積可以達到1002000平方米,是基體材料的幾十億倍,其吸收密度可以達到60-200J/g以上。

序號

項目

指標

1

凝沸點

-40℃—70

2

密度

0.8 g/cm31.2g/cm3

3

能量吸收密度

≥60J/g

4

吸能響應速度

≤4ms

5

能量吸收模塊實現功能目標時能承受的最大壓強

≥150MPa

6

沖擊回彈實驗,(誤差<±0.5%)室溫(22±5

回彈值%16.0-17.2

 

目前,根據檢測結果,納米流體能量吸收材料是任何當前市面上的能量吸收材料的幾十乃至數百倍以上。在高速沖擊下,納米約束的液體分子所展現出的獨特構型可以極大程度地遷移和減緩沖擊波,效果遠優于任何已知材料。

吸能材料

密度(g/cm3

吸能密度(J/g

常規產品

高聚物泡沫材料

0.03-0.3

0.1-2

EPP、EPE、EPS、EVA、發泡海綿、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構簡單,成本低廉,性能在大范圍內可調(僅需簡單改動就可使材料適用于不同的工業、軍用、民用的應用中)。材料可以方便地嵌入任何現有的需保護的系統中,無需對現有系統進行重大結構改造。目前,已經在國家勞動保護用品質量監督檢驗中心,中船重工七二五研究所進行了第三方評價測試,檢測結果表明,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。

國家勞動保護用品質量監督檢驗中心頭盔檢測

在頭模之上戴上頭盔,共計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作用時間:1.73ms

峰值:830.0g

150g作用時間:1.09ms

200g作用時間:0.74ms

200g作用時間:0.90ms

峰值:293.1g

150g作用時間:1.78ms

峰值:958.3g

150g作用時間:1.09ms

200g作用時間:1.25ms

200g作用時間:0.93ms

峰值:245.3g

150g作用時間:2.2.ms

峰值:958.3g

150g作用時間:0.92ms

200g作用時間:1.40ms

200g作用時間:0.83ms

峰值:512.6g

150g作用時間:1.68ms

峰值:958.3g

150g作用時間:0.92ms

200g作用時間:1.40ms

200g作用時間:0.83ms

峰值:142.8g

150g作用時間:0.00ms

峰值:541.2g

150g作用時間:0.96ms

200g作用時間:0.00ms

200g作用時間:0.77ms

峰值:249.5g

150g作用時間:2.06ms

峰值:958.3g

150g作用時間:0.88ms

200g作用時間:1.45ms

200g作用時間:0.82ms

落錘試驗

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

三、納米流體吸能材料開發團隊

陜西煤業化工技術研究院

陜西煤業化工集團為陜西省特大型能源化工企業集團,是陜西省能源化工產業發展的骨干企業和陜西省煤炭大基地開發建設的主體??偛课挥谖靼彩?,注冊資本100億元。集團目前擁有80余個全資、參控股企業,資產總額4043億元,在冊職工13萬余人。產業涉及煤炭、煤化工、鋼鐵、電力、裝備、科技、金融、建筑施工等。2015年實現銷售收入1909.73億元,煤炭產量達1.27億噸。2015年榮列世界500強榜單第416位,成為西部地區第二家躋身世界500強的企業。

陜西煤業化工技術研究院是陜煤化集團的全資子公司,于20115月成立,注冊資本金10億元人民幣。公司以能源(煤炭)化工技術的工程化開發和產業化應用為重點,經營范圍涉及能源(煤炭)、化工、新材料、新能源等多個行業工業化生產技術和產品的科技研發、科技成果的推廣和應用、工程和管理咨詢服務以及專利專有技術產品的生產經營、銷售代理和專利專有技術的許可代理等。

公司現有員工326人,其中碩士141人,博士52人,碩士以上學歷占總人數的60%,下屬3家參控股公司。公司目前擁有6個國家級科研機構、6個省級工程研究中心、9個省級企業技術中心、4個省創新型企業、4個省創新型試點企業,擁有院士專家工作站1個,駐站院士6人、博士后科研工作站2個、“長江學者”2人。

聯系人:營銷事業部 李建軍   029-81772057    18092016703

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