用于抑制外部载荷的复合层材料、其获得方法和用途与流程

本公开的主题涉及定制用于在冲击或振动下吸收或耗散机械能以最大化安全性和/或舒适性的复合层材料。基于弹性固体材料的机械性能、复杂流体的流变性能和微流体网络的几何构型来定制复合层材料。

本公开特别涉及能量吸收或耗散结构，其包括镌刻/雕刻/冲压/切刻(engraved/carved/stamped/incised)有微通道的优化网络的固体材料片材，其中上述微通道填充有有意选择的复杂流体并用另一种固体材料片材来紧密封闭它。

背景技术：

在我们的社会中防止冲击或振动(震动，vibration)造成的损伤或不适是普遍存在的问题并且越来越需要先进的能量吸收材料。蜂窝状材料，例如，膨胀型聚苯乙烯(eps)通常用于这些目的，其取决于应用本身的选择。大多数这些材料因压坏而变形，发展出永久变形，因而将它们的使用仅限于一种。

在过去的十年中，剪切增稠流体(stf)，其是特定类型的复杂流体，由于它们的粘度随着施加的剪切应力超过临界值而增加，已引起了业界的关注用于制造被动耗能装置(passivedissipativedevice)，如减振器(减震器)和防弹抗刺织物复合材料。另外，这些液体不需要如磁流变或电流变流体所需要的外部激活机制，因为它们只是在应力下激活。此外，通过适当选择stf的组分，可以针对具体应用定制粘度的增加。所有这一切都导致了对将stf加入其他材料以获得能量吸收性复合材料的相当大的兴趣，该能量吸收性复合材料具有它们的最佳性能/特性的组合。在一些先前的方法中，将stf封装在密封袋中，并借助于用于减轻重量的复合玻璃珠(us2005/0266748al)，或加入固相弹性体(us2006/0234572al)。

由于stf的流变响应受到它所经历的变形率的极大影响，变形率直接取决于局部的几何形状和所施加的力，其他发明提出基于在流体和限制它的几何形状之间的相互作用的具有stf的能量吸收复合材料。由形成孔(巢室，cell)的边和面的固体材料的多孔互连网络组成的流体浸渍材料、优选开孔网状或部分闭孔泡沫，或形成自纤维或其他蜂窝状固体(us8091692b2)，其中通道的曲率使stf经受在限制下的复杂流动。因此，将stf加入多孔介质增加它们的能量吸收能力，这是由于通过使流体从泡沫单元内排出所进行的粘性功(viscouswork)的贡献，其被加入耗散的能量，这是由于在支架材料的压缩期间发生的弹性、塑性和屈曲模式。替代浸渍泡沫，另一种途径由以下组成：两个外层，含有由剪切层分开的stf的储池或腔室，其中上述剪切层包括点阵结构，其限定在第一和第二外层之间的直剪切路径(us2014/0259326al)。最后，另一发明包含两片以叠加关系设置的固体材料，配置其以限定其间的多个腔室以及多个流体流动通道，其与两个腔室流体连通；以这种方式，当施加的冲击超过预定密封水平时，密封件从流体通道关闭腔室，从而将材料转换到闭孔结构(wo98/23179al)。

最近报道当在受限条件下(即当流过微小通道时)被剪切时，stf增强它们的剪切增稠行为。微流体学是关于这样的装置和方法的科学和技术：上述装置和方法通过使用具有小于毫米的特征长度尺度的通道来处理、控制或操纵非常少量的流体。由于众多优点，微流体学已刺激了显著的兴趣并揭开了广泛的应用：从生物技术到提高的原油采收率。

公开了这些事实以说明通过本发明解决的技术问题。

技术实现要素：

本公开涉及能量吸收复合材料，其包含弹性固体材料、数字优化的闭合微流体网络和复杂流体vef或stf。本公开能够吸收或耗散由冲击或振动产生的能量而不需要依赖于磁流变或电流变流体。

能量吸收复合材料由不同的组分、元件或部件组成，并且结合它们的基本的或典型的性能，目的是以比它们单独个体更大的量吸收或耗散外部动能。在本公开的特定情况下，一种组分由弹性固体材料组成而另一种组分由复杂流体组成，借助于优化的微流体网络后者被植入(嵌入，embeddedinto)前者组分中。

弹性固体材料可以是，例如，微附聚的软木、膨胀型聚苯乙烯(eps)、膨胀型聚丙烯(epp)、乙烯-乙酸乙烯酯(eva)等。

软木是天然多孔材料，由于软木能够吸收大量的能量，并且几乎完全可逆地用于冲击能量的反复吸收，其最近被考虑用于轻质结构和能量吸收的应用。微附聚的软木产生自来自塞子的生产的废软木。通过激活它们的天然树脂(纯附聚的软木)或通过用另外的粘合剂的薄层来涂布颗粒(复合附聚的软木)，将粒径小于1mm的软木颗粒彼此粘合。因而，微附聚的软木比其自然形式呈现更均匀的性能和更多种类的几何形状。

膨胀型聚苯乙烯(eps)是刚性和韧性的闭孔泡沫。它通常是白色的并且由预膨胀型聚苯乙烯珠制成。eps用于许多应用例如托盘、盘、碗和鱼箱。其他用途包括用于建筑保温的模压片和用于缓冲箱内的脆弱物品的包装材料("花生")。

膨胀型聚丙烯(epp)是由聚丙烯制成的高度通用的闭孔珠泡沫。由于其低刚度，epp具有非常好的冲击特性，这允许epp在冲击以后恢复其形状。

乙烯-乙酸乙烯酯(eva)，还称为聚(乙烯-乙酸乙烯酯)(peva)，是乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物。乙烯-乙酸乙烯酯(eva)是乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物。它是一种极具弹性的材料，其可以被烧结以形成类似于橡胶且具有优异韧性的多孔材料。

复杂流体(还称为非牛顿流体)是这样的流体，其呈现并不遵循粘度的线性牛顿定律的应力-应变率关系。复杂流体也不遵循弹性的胡克定律、用于弹性材料的应力与形变之间的关系。

粘弹性流体(vef)是一种特定类型的复杂流体vef，在剪切下其粘度通常会减小(剪切稀化行为)，但当施加的载荷被去除时，在vef内的应力不会立即消失并且流体的内部分子构型可以承受应力一段时间(弛豫时间)。

剪切增稠流体(stf)是特定类型的复杂流体，当经受剪切应力超过临界值时，其具有增加的粘度和法向力。此临界值取决于流体的特定配方。如果stf由胶体颗粒制成，那么剪切增稠流体的起始将取决于粒径、颗粒形状和体积浓度。

微流体网络是指具有小于一毫米的特征长度尺度的通道的网络。

相对于在本领域中实施的策略，用于将复杂流体嵌入弹性固体材料的微流体网络的应用引入几个主要优点：

·减少流体的量，其对于其中轻量化是关键的应用是至关重要的，例如运动器材如头盔、头盔衬里、防弹装备、服装、缓冲体；

·stf和vef的增强的流变响应；

·流体通道的优化的几何形状，特别是微通道；

·允许获得优化的能量吸收复合材料，对于任何特定的应用，其具有所需要的能量吸收性能，从而相对于其他当前的技术方案，以这种方式来节省重量和体积。

能量吸收复合材料的几何形状可以是2d或3d，其取决于优选的制造技术和支架材料。因此，最简单的实施方式包括弹性固体材料的层状片材，其镌刻/雕刻/冲压/切刻有微通道的优化网络，填充有复杂流体并用另一固体材料片材紧密封闭，如在图1中公开的。因此，能量吸收复合材料的机械性能来自固体材料的机械性能和流过微通道的网络的复杂流体的增强的响应以及流体-结构相互作用的组合。

微流体学对于本公开是特别有趣的，因为需要减少量的流体样品并且产生能够模仿多孔介质的高度集成的装置的可能性。此外，几何特征微通道可以被数字优化以获得预期的流动特性。另外，一般的非牛顿流体以及特别是粘弹性流体(vef)，当流过微通道时，显著增加流体弹性的相关性，因此，在低雷诺数下，流动阻力可以显著不同于它们的牛顿对应物的流动阻力，特别是如果特别为此目的而设计微通道，就像微流体整流器一样。后者的特点开启了应用vef来开发能量吸收复合材料的大门，其是本领域的进步。

当与本公开相比时，现有技术存在一些缺点：

·在现有技术中实施的用于制作stf-复合材料的策略均没有利用以下事实：约束增强stf的响应；

·已经公开的现有技术均没有考虑利用vef来开发能量吸收复合材料的可能性；

·现有技术均没有考虑以下可能性：利用计算技术来优化流体通道，特别是微通道，以最大化复合材料的安全性和舒适以及控制由复合材料吸收或耗散的能量的量。

因此，需要新技术路线来产生用复杂流体强化的定制的吸能材料。

这里公开了一种技术，其基于弹性固体材料(特别是微附聚的软木、eps、epp、eva)的机械性能和借助于数字优化的微流体网络而嵌入在固体材料中的复杂流体(特别是vef或stf)的流变性能的组合来开发最佳的和定制的能量吸收复合材料。

这些能量吸收复合材料可以作为头盔衬垫、缓冲体或其他这样的保护结构的组分以防止来自外部机械动力学如冲击或振动带来的损伤或不适。另外，此技术可以允许某些弹性固体材料特别是微附聚的软木达到某些应用的标准(如用于摩托车驾驶员的头盔衬垫，en1621-1和en1621-2)。

在一种实施方式中，现在公开的能量吸收材料可以包含至少一个支撑层。

在一种实施方式中，能量吸收材料可以包含两个层状片材，或两层的弹性固体材料。第一层可以是支撑层并且它可以借助于微通道的优化网络加以嵌入并填充有复杂流体，而第二层可以借助于支撑层而紧密封闭。

在一种实施方式中，微流体网络的几何形状可以产生自数字优化过程，其会考虑到外部机械输入(冲击或振动)的动力性能、复杂流体的流变性能和固体材料的机械性能(流体-结构相互作用)。

在一种实施方式中，不需要具有在网络中的流体的腔室或储池并且也不需要具有以重叠关系加以设置的部件，如分别在us2014/0259326al和wo98/23179al中公开的公开内容中。

在一种实施方式中，在固体材料上嵌入微流体通道的技术可以取决于所选的固体材料的特性，特别是，激光雕刻可以用于微附聚的软木；而微研磨磨可能更适合于eps或epp。

在一种实施方式中，复杂流体对微流体网络的填充过程还将取决于流体的流变性能，特别是在vef的情况下，在填充微流体网络前可以胶粘两片固体材料，然后可以将流体注入微通道。

在一种实施方式中，复杂流体对微流体网络的填充过程还将取决于流体的流变性能，特别是在stf的情况下，可以将流体扩散到嵌入有微流体网络的片材上，填充微通道，然后粘结于其他固体材料片材。

在一种实施方式中，支撑层包含闭孔泡沫结构。

在一种实施方式中，当复合材料经受高于一定水平的冲击时，外固体材料片材会变形，部分的微流体通道被压缩并排出流体；然后，流体被加速并会引发剪切增稠行为(在使用stf的情况下)或弹性不稳定性(在使用vef的情况下)；以及通过固体材料、复杂流体和流体-结构相互作用的组合效应，将最大地吸收和耗散冲击能量。

在一种实施方式中，当复合材料经受高于临界水平的振动时，对于stf和vef，复杂流体将分别激活剪切增稠行为或弹性不稳定性，以及，随后，通过复杂流体(一种粘滞阻尼)、固体材料(滞后阻尼)和流体-结构相互作用的组合效应，将耗散来自振动的部分能量。

本公开还涉及用于抑制(阻尼，dampening)外部动载荷的复合层材料，其至少包括弹性材料的支撑层，所述支撑层具有包含流体的凹入的液密的微通道，其中微通道部分和流体粘度是如此以通过流过所述微通道的受限流体来抑制外部动载荷。

在一种实施方式中，流体是剪切增稠流体、粘弹性流体以及它们的组合。

在一种实施方式中，外部动载荷是冲击和/或振动。

在一种实施方式中，微通道可以是互连的。

在一种实施方式中，支撑层包含与所述微通道互连的凹入的液密的袋。

在一种实施方式中，复合材料可以进一步包含放置在所述微通道和/或袋上用于保留所述流体的第二层。

在一种实施方式中，微通道可以在支撑层的两个平面方向上延伸。

在一种实施方式中，复合材料可以包含多个支撑层，特别是2、3、4、5或更多个支撑层。

在一种实施方式中，微通道可以是镌刻的微通道、雕刻的微通道或冲压的微通道。

在一种实施方式中，微通道和袋可以包含0.01至10mm、优选0.1至1mm的深度。

在一种实施方式中，微通道可以包含0.01至10mm、优选0.1至5mm的宽度。

在一种实施方式中，在20℃下，流体的粘度可以是10^～3至10⁴pas；以及，在20℃下，流体的密度可以是800至2000kg/m³。

在一种实施方式中，剪切增稠流体可以选自由以下各项的浓缩分散体组成的列表：玉米淀粉、沉淀碳酸钙、气相二氧化硅、热解法二氧化硅、二氧化硅以及它们的混合物等。

在一种实施方式中，粘弹性流体可以选自由以下各项的浓缩溶液组成的列表：聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、聚异丁烯、它们的混合物等。

在一种实施方式中，复合材料包含不可渗透的弹性固体材料，其可以选自由以下各项组成的列表：软木、膨胀型聚苯乙烯、膨胀型聚丙烯、乙烯-乙酸乙烯酯、它们的组合等。

在一种实施方式中，弹性材料可以是附聚的材料，特别是附聚的软木。

在一种实施方式中，附聚的软木可以包含0.1至5mm的粒径。

在一种实施方式中，复合材料的支撑层可以具有1至10mm、优选2至5mm的厚度。

在一种实施方式中，复合材料的第二层可以具有0.1至10mm、优选1至2mm的厚度。

在一种实施方式中，复合材料的第二层可以进一步包含粘合剂。

本公开还涉及包含先前描述的复合层材料的护胫、护肘、头盔、护膝、防护服、鞋垫、防振衬垫(防震衬垫，anti-vibrationpad)、防振(防震)手套、防振(防震)垫(mat)、防振(防震)底座(mount)、声隔离器或任何其他振动或震动/冲击隔离器。

在整个描述和权利要求中，单词"包含"以及上述单词的变体，并不旨在排除其他技术特征、添加剂、组分或步骤。在审阅说明书以后，对于本领域技术人员而言，本主题的另外的目的、优点和特点将变得显而易见的，或可以通过本发明的实践加以学习。以下实施例和附图是通过说明的方式加以提供的，并且它们并不旨在限制本主题。此外，本主题涵盖本文描述的特定和优选实施方式的所有可能的组合。

附图说明

下图提供用于说明描述的优选实施方式而不应被视为限制公开的范围。

图1是工作流程的示意图，该工作流程基于本文描述的技术用来产生通过复杂流体和微流体网络强化的复合材料。

图2是示出当经受外部冲击时对应于固体材料和复合材料的响应的力-时间曲线的比较的图形，上述复合材料是通过本技术并使用相同的固体材料所开发的，其中a表示固体材料而b表示复合材料。

图3图形描述了适合这种技术的三种类型的流体即牛顿流体(c)、剪切增稠流体(d)和粘弹性流体(e)的粘度依赖与变形率。

图4是示出在20℃下，对于剪切增稠流体的两种不同的配方(含水玉米淀粉溶液和沉淀碳酸钙在甘油中的溶液)的粘度增加与变形率的数据图，其中三角形表示玉米淀粉分散体/水(45/55％wt)而方形表示沉淀碳酸钙分散体/甘油(56/44％wt)。

图5图形描述了适合这种技术的三种类型的固体材料即微附聚的软木(6mm)、膨胀型聚苯乙烯(20mm)和膨胀型聚丙烯(20mm)的力-时间依赖性，其中f表示软木，g表示密度为45kg/m³的膨胀型聚丙烯(epp45)以及h表示密度为15kg/m³的膨胀型聚苯乙烯(eps15)。

图6示意性地说明本公开的一种实施方式，其中流体填充直微通道的图案，上述直微通道并不是互连的并且嵌入在固体材料片材上并覆盖有另一个固体材料片材。

图7是说明在微附聚的软木复合材料上由不同的冲击能量产生的力-时间响应的数据图，上述微附聚的软木复合材料是用沉淀碳酸钙在甘油(在56％wt下)中的分散体填充具有相同的深度、宽度、长度和它们之间的距离的直微通道的图案所强化的。在20℃下进行所有实验。实心符号表示在冲击下仅软木层的响应以及空心符号表示复合材料的响应，其中i表示5j，j表示7.5j，k表示10j，l表示15j，m表示20j。

图8表示和仅软木的层状片材相比，强化的复合材料在归一化的峰值力(左轴)和归一化的耗散的能量(右轴)方面的保护程度。复合材料填充有沉淀碳酸钙在甘油(56％wt)中的分散体，其填充一组直微通道(750μmx700μmx50mm)，其在它们之间分开500μm并嵌入在软木的相同层状片材中。按照英国标准bsen13061:2009，在20℃下，并以5j至20j的不同的冲击能量进行冲击试验。实心符号对应于仅软木片材的响应，而空心符号则对应于复合材料。

图9是说明来自微附聚的软木的冲击测试的力-时间响应的数据图，上述微附聚的软木是用沉淀碳酸钙在甘油(在56％wt下)中的分散体所强化的，其填充直微通道的图案。在20℃下进行所有实验，其中n表示软木以及o表示具有w500/d300的复合材料。

图10是说明来自微附聚的软木的冲击测试的力-时间响应的数据图，其中上述微附聚的软木是用沉淀碳酸钙在甘油(在56％wt下)中的分散体所强化的，该分散体填充微通道的不同图案，即，直、样条和网格，所有这些都具有相同的深度(700μm)、宽度(500μm)、长度(50mm)并在它们之间分开500μm。按照英国标准bsen13061:2009，以10j的冲击能量并在20℃下进行冲击试验，其中p表示软木，q表示直，r表示样条以及s表示网格。

图11示出本公开的一种实施方式，其中将由通过微通道互连的圆柱形储池组成的流体填充的微流体网络嵌入固体材料并覆盖有另一个固体材料片材。

图12是说明耗散的能源-时间，其来自微附聚的软木和用玉米淀粉的水分散体(在45％wt下)填充不同的微流体网络所强化的微附聚的软木的冲击测试(如图11所示)。方形符号对应于仅微附聚的软木薄片的响应。圆形符号对应于复合材料，该复合材料具有微流体网络，其具有100μm宽度、700μm深度的微通道，以及半径为1mm的储池。三角形符号对应于复合材料，该复合材料具有微流体网络，其具有200μm宽度、700μm深度的微通道以及半径为2mm的储池。在20℃下进行所有实验。

图13示意性地说明本公开的一种实施方式，其中固体材料的不同层用流体填充的微流体图案/网络(特别是，每层具有不同的图案/网络)强化并最后覆盖有另一个固体材料片材。

具体实施方式

本公开提供了一种技术，其基于弹性固体材料的机械性能和复杂流体(如vef或stf)的流变性能的组合来开发最佳的和定制的能量吸收复合材料，其中，借助于数字优化的微流体网络或图案，上述复杂流体被封装在固体材料中，如图1所示。因此，借助于这种技术所开发的复合材料将能够最小化由一定的动能输入(冲击或振动)所引起的损伤或不适。以这种方式，当经受冲击时，作为响应，相对于仅固体材料的响应，优化的复合材料将呈现改善的力-时间曲线(图2)，因为已经减小峰值力并已经扩大时间。

外部动力学输入(eimpact)是应当由保护性复合材料所耗散的能量。通常，在由复杂流体和微流体网络强化的复合材料的情况下，目标是通过固体组分的工作、复杂流体的工作和流体-结构相互作用(下文称作fsi)的工作来耗散冲击能量(公式1)：

eimpact＝wliquid+wsolid+wfsi(1)

其中wsolid可以如在公式2中加以估计：

其中e是弹性模量，ν是泊松比以及δη是固体在弹性限度内的形变。如果旨在设计可重复使用的复合材料，那么它们的设计应在弹性极限之内进行并考虑wplasticity＝0。对于固体材料的覆盖片材，公式2是正确的。然而，对于其中将嵌入微流体网络的固体材料片材，将是更加复杂的。在后者中，当已除去部分的固体材料以及存在锯齿状边缘时，机械性能将会减小。因此，对能量的耗散的流体贡献还应该弥补这一事实。

wliquid是与液体所耗散的能量相关，其是由于复杂流体的粘度、弹性和法向力特性并由公式3给出：

wliquid＝wvisco+welastic+wfn(3)

在冲击下，在受影响的区域下的微通道会被压缩(δη是复合材料的压缩长度)，因此将以q＝vol/δt的流率排出在微通道内的流体，其中δt是冲击的持续时间。wvisco与能量的粘性耗散相关，其起因于与流体通过微通道的流动相关的粘滞压降：

wvisco＝δpvisco·q·δt(4)

welastic与额外压降相关，额外压降与流过微通道的复杂流体的弹性行为相关。welastic＝△pelastic·q·δt，对于粘弹性流体，如果考虑到正确的几何形状，其可以高达12×wvisco；wn与由在冲击的区域中的复杂流体的法向力所耗散的能量相关。wfn＝n·δh，其中法向力取决于法向应力和施加面积。

n＝τee·a，但可以容易地达到2000n。

最后，wfsi与起因于流体通过微通道的流动的微通道的形变相关的能量的耗散相关，其可能只是弹性的或是弹性的和永久的：

但是如果旨在开发可重复使用的复合材料，则优选弹性的。

用于复合材料的设计的最保守的标准将基于以下标准：应由流过微通道的流体的粘滞效应(wfluid)来耗散所有能量。因此，由于在复合材料wsolid+wfsi的设计中不考虑其余的条件时，产生的复合材料的实际响应在实际情况中一定会耗散所有的冲击能量。那么，按照此策略，微流体网络的最佳设计将基于以下函数的最小化：

fobj＝eimpact-wfluid(6)

因此，为了基于这种技术来开发用于特定应用的复合材料，需要已知旨在耗散的冲击能量以及环境和轻质限制，以选择最适合的流体性能(主要为流体的密度和流变性能的温度依赖性)。然后，借助于用于最优形状设计的算法，将获得微流体网络的最佳形状。开始自设计变量向量(x°)的初步估计，其参数化流动几何形状的形状，产生初始网格并进行cfd模拟。然后依据数值解来评估目标函数，并将此信息发送到优化程序。对于一些设计变量参数(由优化的设计变量参数供给的)，重复此过程，直到找到最佳形状。不同的工具可以用于形状的参数化，即，离散方法(虚构负荷)、贝齐尔和b样条曲线、均匀b样条(nurbs)、在cad中的基于特征的固体建模等。网格生成器将产生接近三维几何域的多面体网格。如果固体材料是非常柔性的，流动求解程序可以考虑流体-结构相互作用，或者如果固体材料是非常坚硬的，则流动求解程序可以不考虑流体-结构相互作用。待使用的优化程序可以基于遗传算法(ga)、人工神经网络(ann)、拓扑优化、condor等。

在一种实施方式中，在微流体网络的形状方面没有限制，超越以下事实：它必须是微米的尺度并且它应该在将包含它的固体材料的尺寸的限度内，即，微通道的深度可以小于复合材料的厚度。另外，流体可以保持紧凑的而没有泄漏的任何可能性。在要求更精细设计的特殊情况下，即，更接近真实的行为，应将前面提到的其他耗散项wsolid+wfsi加入待优化的函数(公式6)。以这种方式，除优化微通道的形状和大小之外，还将优化微通道穿过固体材料的分布。

因而，微流体学、复杂流体和固体机械性能的最佳组合产生比仅由固体机械性能所产生的能量耗散更大的能量耗散。预计在优化的构型中，液体的能量耗散达到至少wsolid数量级的值，相对于只使用固体材料，其将给予100％的额外保护。因而，将加倍保护而没有加倍衬垫的体积，其引入这种技术的另外的优点。

在这些方程式中设计的主导变量牵涉到流体(密度、粘度和弹性)和固体(弹性模量和泊松比)的理化性能。

关于流体，虽然在这种技术的实施中优选使用复杂流体(stf和vef)，这是由于由它们的特殊的流变行为所引入的优点，但是由于经济或环境原因，可能有一些应用其中可以代替使用牛顿流体。因此，在本公开中可以使用三种类型的流体，特别是牛顿流体、剪切增稠流体和粘弹性流体(图3)。

牛顿流体具有恒定粘度并且没有弹性。粘度可以范围为10^-3pa·s(蒸馏水，在20℃下)至10³pa·s(过饱和蔗糖溶液，在20℃下)以及在20℃下密度可以为800(油)至1500kg/m³(过饱和蔗糖溶液，在20℃下)。原则上，取决于待耗散的动力输入的量，任何牛顿流体可以适合这种技术。然而，如果工作流体是牛顿流体，那么welastic+wfn＝0并且公式3将简化为wliquid＝wvisco。

剪切增稠流体(stf)，还称为胀流型流体，被建模为无弹性的，粘度取决于组成和剪切速率。在超过临界剪切速率值的情况下，它们通常显示出粘度的增加。取决于流体的组成，粘度的增加可以为0.1至10⁴pa·s。密度将取决于组成和浓度，但通常低于2000kg/m³。原则上，取决于待耗散的动力输入的量，在文献中可用的剪切增稠流体的任何配方可以适合这种技术。然而，对于这种技术、优选选择可逆的剪切增稠流体，其基于胶体颗粒的稳定分散体。stf的实例是玉米淀粉颗粒在水中的高体积浓度(～50％体积)的悬浮液。stf的另一实例是沉淀碳酸钙在甘油中的悬浮液，同样在高体积浓度下(图4)。通过改变粒径、体积浓度或其他参数，可以调节临界变形率，流体粘度在该临界变形率下开始增加。按照这种技术，这样的剪切增稠或胀流型流体可有利地用来填充微流体网络以制备随着施加的外部动能的增加的量而逐步变硬的复合材料。

粘弹性流体(vef)通常由聚合物溶液组成，其粘度与使用的聚合物的分子量成正比，标为[η]αm^0.5<a<0.8，这取决于溶剂和聚合物之间的关系以及聚合物浓度。因而，粘度还取决于剪切速率，呈现剪切稀化行为(与剪切增稠相反)可以范围为10⁴至10^-3pa·s，用于增加剪切速率。弹性还取决于聚合物的分子量、溶剂的浓度和粘度，但可以达到高达几个小时的弛豫时间的值。最后，密度还将取决于溶剂和聚合物，但通常低于2000kg/m³。boger流体可以被视为粘弹性流体的子类，其具有恒定粘度(没有剪切稀化也没有剪切增稠行为)和弹性行为。因此，粘度、密度和弹性的范围类似于那些已经提到的范围。原则上，在文献中可用的粘弹性流体的任何配方可以适合这种技术，其取决于待耗散的动力输入的量。

待使用的流体的选择主要考虑待由流体耗散的能量的量，但还考虑到复合材料在静止下(保质期)和在工作中的耐久性。在这个意义上，应该寻找在最终应用的温度的范围内稳定的组成以避免流体的流变性能的变化以及复合材料性能的随后变化。因此，应该考虑选择非挥发性溶剂并且在固-液分散体的情况下具有类似密度的相，检查没有发生结晶或固化现象，等。

固体材料是其中嵌入微流体网络或图案的复合材料的一部分。在一种实施方式中，将微流体网络或图案嵌入在一个固体材料片材中，然后用工作流体加以填充并用另一固体材料片材加以封闭。对应于盖子的固体材料的特性可以相同或不同于其中嵌入有微通道的固体材料的特性。虽然符合微通道的盖子的固体材料可以是可变形的或刚性的，但具有可变形盖的系统将更好地工作，特别是在冲击下。然而，确实是强制性的是，在冲击下，容纳微流体网络的固体材料可逆地变形并允许部分的外部振动传输到流体。除此以外，如果容纳微流体图案的固体材料是刚性的，则在冲击下它不会变形，在冲击下流体将不会流动以及流体将不会耗散外部动能的一部分。

这种技术被认为可用于任何固体材料，其允许以这样的方式来镌刻、雕刻、冲压、切刻(或任何技术)微流体网络或图案以致填充流体不会泄漏出来。因此，它将不适用于开孔蜂窝状材料或多孔基体，其由由任何材料(聚合物、复合材料、金属、纤维等)制成的单元的互连网络组成。相反，它将适用于闭孔蜂窝状材料，其另外显示弹性特性并在冲击下具有良好的性能，如微附聚的软木、膨胀型聚苯乙烯或膨胀型聚丙烯。图5图形描述了，由于冲击的结果，后面这些固体材料的力-时间依赖性。在微附聚的软木的情况下，必须注意到，在受阻软木颗粒之间存在间隙孔，通过其，流体可以泄漏出来。因此，颗粒的尺寸越小，则间隙孔的尺寸将越小以及微流体通道将越紧凑。工作流体的表面张力将确定间隙孔所允许的最大尺寸，以防止它从微通道泄漏出来。因而，推荐粒径小于5mm的微附聚的软木。然而，可以施加附加涂层以避免这种情况。

如上所述，微流体网络或图案的几何形状的形状将产生自优化过程，因此它可以是任何旧的(anyold)。虽然微通道的形状将产生自数字优化，但据文献报道，收缩-扩张和阻碍路径会扩大△pelastic值，但借助于锯齿形可以达到更大值，以及如果物体正阻止这些锯齿路径，则会甚至更大。然而，关于微通道的尺寸，它们通常将具有深度或宽度小于1mm的尺寸，同时对微通道的长度没有限制，只要它适合在固体材料域的内部。图6示意性地说明本公开的一种实施方式，其中流体填充嵌入在固体材料片材上并覆盖有另一个固体材料片材的微流体网络。特别是，显示了最简单的可能的图案：一组单独的具有矩形截面的直微通道。如图7所示，对于由直微通道组成的这种技术的一种实施方式，上述直微通道具有750μm宽度、700深度和50mm长度，由500μm分开并嵌入在微附聚的软木的2mm厚的层状片材中，上述微附聚的软木具有0.5至2mm的粒径并覆盖有粒径为0.5mm的微附聚的软木的1mm厚自粘合层状片材，当按照用于防护服的英国标准(bsen13061：2009)经受冲击时，将仅在一定量的冲击能量以上时才激活剪切增稠流体。和软木的仅层状片材的性能相比，可以双重分析保护的增量：a)最大力峰值和总耗散的能量的减小。图8表明，考虑图7所示的实施方式，对于冲击，由仅微附聚的软木薄片所提供的保护增量，对于超过10j的冲击，是较大的。

图9是数据图，其说明来自对复合材料进行的5j的冲击测试的力-时间响应，上述复合材料产生自由微附聚的软木组成的这种技术的特定实施方式，其中用沉淀碳酸钙在甘油中的分散体(在56％wt下)填充直微通道的图案，上述直微通道具有700μm深度、500μm宽度、50mm长度并在它们之间分开300μm。微通道被嵌入在粒径为0.5至2mm的微附聚的软木的2mm厚层状片材中并覆盖有粒径为0.5mm的微附聚的软木的1mm厚的自粘合层状片材。以这种方式可以观察到，当图案的构造未针对冲击能量优化时，相对于仅固体材料的响应，复合材料的响应被劣化。

图10是数据图，其说明来自对复合材料的10j的冲击测试的力-时间响应，上述复合材料产生自由用沉淀碳酸钙在甘油中的(在56％wt下)强化的微附聚的软木组成的这种技术的特定实施方式，上述分散体填充不同的微流体图案，即，单独的直微通道、交叉成形网格的直微通道和单独的波浪状微通道。它们共同具有深度(700μm)、宽度(500μm)、长度(50mm)以及它们之间的距离(500μm)。另外，在所有情况下，微通道被嵌入在粒径为0.5至2mm的微附聚的软木的2mm厚的层状片材中并覆盖有粒径为0.5mm的微附聚的软木的1mm厚的自粘合层状片材。再次可以观察到，关于固体材料的响应，只是通过改变微通道的形状就可以调节复合材料对外部冲击的响应的改善程度。

图11示出本公开的一种实施方式，其中固体材料容纳流体填充的微流体网络，其由通过微通道互连的圆柱形储池组成并覆盖有另一固体材料片材。图12是数据图，其说明，来自对复合材料进行的5.25j的冲击测试的能量-时间响应，上述复合材料产生自由微附聚的软木组成的这种技术的特定实施方式，上述微附聚的软木用玉米淀粉的水分散体(在45％wt下)强化，上述水分散体填充具有相同的深度(700μm)但具有不同的宽度和储池的半径的不同的微流体网络(如图11所示)。同样，在所有情况下，微通道被嵌入在粒径为0.5至2mm的微附聚的软木的2mm厚的层状片材中并覆盖有粒径为0.5mm的微附聚的软木的1mm厚的自粘合层状片材。再次以及还在微流体网络的情况下，可以观察到，关于固体材料的响应，只是通过改变微通道的尺寸，就可以改善或劣化复合材料对外部冲击的响应。

可替换地，这种技术的另一种实施方式可以包括堆积不同层的这些可以结合的优化的复合材料以对更广泛的能量冲击给予保护(图13)。以这种方式，将优化最终复合材料的外层以覆盖较小范围的冲击能量，同时将设计最终复合材料的更深层以保护免受较大范围的冲击能量。

前述附图、讨论和描述是用来说明来自这种技术的应用的复合材料的特定实施方式，但不意味着对其实践的限制。固体材料、微流体网络/图案和填充流体的最佳组合将取决于特殊条件、限制以及待通过这种技术的应用所解决的问题所固有的限制。以下权利要求，包括所有等同物，限定本公开的范围。

不应以任何方式将本公开限于所描述的实施方式以及具有本领域普通技术的人将预见许多修改它们的可能性。

上述实施方式是可组合的。下面的权利要求进一步阐述本公开的特定实施方式。