本发明涉及一种冲击防护和吸能材料及其制备方法，特别涉及一种点阵金属/硅橡胶冲击防护和吸能材料及其制备方法，属于功能材料制备技术领域。
背景技术：
点阵金属夹层板是为了满足工程结构轻型化和多功能化要求而设计出来的一种新型结构材料，具有高比刚度、比强度、可设计性强以及满足多功能化需求的优点(赵兵,李志强,等.稀有金属材料与工程,2016,45(8):2189-2200.)。尽管点阵金属夹层板可以有效地承受外部载荷，然而其冲击吸能、抗振等效果并不理想，限制了它在舰船、潜艇、车辆、机械加工领域的应用。因而，往往通过植入硅橡胶、聚氨酯等高分子材料来提升其性能，进而拓展其应用(卢天健，陈常青，张钱城.CN101224616；程和法,黄笑梅,李剑荣,韩福生.爆炸与冲击,2004,24(1):44-48.)。
剪切增稠流体是近年来引起极大关注的一种功能材料。它表现出非牛顿力学行为，在一般稳态状况下，表现为流体状态，而在受到剪切、挤压等外界冲击时，表现出类固体的力学行为。正是由于受到冲击时发生的这种液-固转换伴随着大量的能量耗散，剪切增稠流体呈现出优异的抗冲击、吸能、减振能力，近年来在液体防弹衣、柔性运动防护材料等方面被研究和应用(Selim Gürgena,,Melih Cemal Kushan,Weihua Li,Progress in Polymer Science,DOI:10.1016/j.progpolymsci.2017.07.003；理查·M·帕玛,菲利普·C·格伦.CN1607912A；李峰,赵高扬,游才印,杨颖,于钟.CN104559190.)。尽管如此，剪切增稠流体仍存在一定使用问题，如常态下的流体属性导致的不能很好定型、有限的力学强度等问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于结合点阵金属、硅橡胶和剪切增稠流体各自优势，通过复合后它们之间的相互作用，提供一种具有高的强度、刚度、吸能、抗振能力的点阵金属/硅橡胶冲击防护和吸能材料。
本发明提供的点阵金属/硅橡胶冲击防护和吸能材料是由点阵金属夹层板、硅橡胶、剪切增稠流体复合而成。
更进一步的方案是：
所述硅橡胶填充在点阵金属夹层板的点阵孔隙中；以及剪切增稠流体均匀分散于硅橡胶基体中。
更进一步的方案是：
所述点阵金属夹层板由三维开孔结构的点阵芯体通过节点与上下两个面板连接而成，点阵芯体、上下两个面板的材质为金属。
更进一步的方案是：
所述金属为不锈钢、铝合金或钛合金。
更进一步的方案是：
所述硅橡胶由硅橡胶组合物在室温或不高于150℃下的加热温度下放置交联固化而成。
更进一步的方案是：
所述硅橡胶组合物为具有一定流动性的液体，温度25℃下的粘度不大于20000mPa·s，由基胶、固化剂、填料、催化剂、抑制剂中的全部或部分构成。
更进一步的方案是：
所述剪切增稠流体为微纳米颗粒与高分子低聚物构成的剪切增稠液或含硼的硅氧烷聚合物流体，通过与硅橡胶组合物混合均匀，使得最后剪切增稠流体分散于硅橡胶基体中。
更进一步的方案是：
当剪切增稠流体为微纳米颗粒与高分子低聚物构成的剪切增稠液时，采用二氧化硅微纳米球与分子量为200的聚乙二醇构成的剪切增稠液。
由于剪切增稠液与硅橡胶组分的互不相溶性，因而有利地保证了点阵金属/硅橡胶材料中剪切增稠液的完整性及分散性。
本发明还提供了点阵金属/硅橡胶冲击防护和吸能材料的制备方法，包括以下步骤：
1)用高分子板将点阵金属夹层板四周封边，并留一个灌注口；
2)将剪切增稠流体与硅橡胶组合物混合均匀，得混合物；
3)将混合物灌注入点阵夹层板中，然后使硅橡胶组分交联固化；待固化后，脱除高分子板即得点阵金属/硅橡胶材料。
在该点阵金属/硅橡胶材料中，点阵金属夹层板由三维开孔结构的点阵芯体通过节点与上下两个面板连接而成，其具有的三维开孔结构保证了剪切增稠流体与硅橡胶混合物的有效灌注和填充。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明提供的点阵金属/硅橡胶材料结合了点阵金属高的强度和刚度等优异的力学性能、硅橡胶的冲击防护和阻尼性能、以及剪切增稠流体高的吸能和减振性能的各自优势，实现了高的强度、刚度、吸能、抗振能力等多功能的耦合；
2)硅橡胶及剪切增稠流体与点阵金属芯体之间的相互耦合作用，影响了点阵金属的冲击变形行为，从而在结果上提高了点阵金属的力学性能，同时点阵金属优异的强度和刚度力学性能又能使得剪切增稠流体及硅橡胶部位不受强外力的破坏；
3)在本发明的点阵金属/硅橡胶材料中，剪切增稠流体均匀分散在硅橡胶基体中，解决了剪切增稠流体的流动、定型、沉降、吸潮等问题。因而，本发明提供的点阵金属/硅橡胶材料具有高的强度、刚度、防震、吸能能力，在车辆、舰船、潜艇、机械制造等行业可以充当冲击防护材料、吸能材料、隔振材料等。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
将金字塔型点阵芯体与上下两个面板连接而成的不锈钢点阵金属夹层板，用1mm的聚乙烯板四周封口，留一个灌注口；然后取道康宁公司SYLGARD 184硅橡胶组合物(此为商业的硅橡胶组合物，包含基本组分及固化剂，基本组分及固化剂按重量比10：1使用)、二氧化硅球与聚乙二醇200组成的固含量(固含量是指二氧化硅固体的质量含量)65～71％的具有显著剪切增稠效应的剪切增稠液(剪切增稠液与硅橡胶组合物的重量比在5:95～40:60范围内)机械搅拌均匀制成混合物；将混合物灌注进点阵金属夹层板中，然后在50℃下放置固化，待完全固化后，脱除聚乙烯板即得点阵金属/硅橡胶材料。
实施例2
将金字塔型点阵芯体与上下两个面板连接而成的不锈钢点阵金属夹层板，用1mm的聚乙烯板四周封口，留一个灌注口；然后取12份α,ω-二羟基聚硅氧烷(基胶)、1份甲基三乙氧基硅烷(固化剂)、0～2.5份气相白炭黑(填料)、0.06～0.24份二月桂酸二丁基锡(催化剂)构成的硅橡胶组合物(组合物粘度为5000mPa·s)、二氧化硅球与聚乙二醇200组成的固含量65～71％的具有显著剪切增稠效应的剪切增稠液(剪切增稠液与硅橡胶组合物的重量比在5:95～40:60范围内)机械搅拌均匀制成混合物；将混合物灌注进点阵金属夹层板中，然后在50℃下放置固化，待完全固化后，脱除聚乙烯板即得点阵金属/硅橡胶材料。
实施例3
将金字塔型点阵芯体与上下两个面板连接而成的不锈钢点阵金属夹层板，用1mm的聚乙烯板四周封口，留一个灌注口；然后取65～75份甲基乙烯基硅橡胶(基胶)、10～15份含氢硅油(固化剂)、0～18份气相白炭黑(填料)、0.002～0.005份Karstedt催化剂(催化剂)构成的硅橡胶组合物(组合物粘度为10000 5000mPa·s)、二氧化硅球与聚乙二醇200组成的固含量65～71％的具有显著剪切增稠效应的剪切增稠液(剪切增稠液与硅橡胶组合物的重量比在5:95～40:60范围内)机械搅拌均匀制成混合物；将混合物灌注进点阵金属夹层板中，然后在120℃下放置固化，待完全固化后，脱除聚乙烯板即得点阵金属/硅橡胶材料。
实施例4
将金字塔型点阵芯体与上下两个面板连接而成的不锈钢点阵金属夹层板，用1mm的聚乙烯板四周封口，留一个灌注口；然后取道康宁公司SYLGARD 184硅橡胶组合物(此为商业的硅橡胶组合物，包含基本组分及固化剂，基本组分及固化剂按重量比10：1使用)、聚硼二甲基硅氧烷(聚硼二甲基硅氧烷与硅橡胶组合物的质量比在5:95～40:60范围内)机械搅拌均匀制成混合物；将混合物灌注进点阵金属夹层板中，然后在50℃下放置固化，待完全固化后，脱除聚乙烯板即得点阵金属/硅橡胶材料。
实施例5
将金字塔型点阵芯体与上下两个面板连接而成的不锈钢点阵金属夹层板，用1mm的聚乙烯板四周封口，留一个灌注口；然后取12份α,ω-二羟基聚硅氧烷(基胶)、1份甲基三乙氧基硅烷(固化剂)、0～2.4份气相白炭黑(填料)、0.06-0.24份二月桂酸二丁基锡(催化剂)构成的硅橡胶组合物(组合物粘度为5000mPa·s)、聚硼二甲基硅氧烷(聚硼二甲基硅氧烷与硅橡胶组合物的重量比在5:95～40:60范围内)机械搅拌均匀制成混合物；将混合物灌注进点阵金属夹层板中，然后在50℃下放置固化，待完全固化后，脱除聚乙烯板即得点阵金属/硅橡胶材料。
实施例6
将金字塔型点阵芯体与上下两个面板连接而成的不锈钢点阵金属夹层板，用1mm的聚乙烯板四周封口，留一个灌注口；然后取65～75份甲基乙烯基硅橡胶(基胶)、10～15份含氢硅油(固化剂)、0～18份气相白炭黑(填料)、0.002～0.005份Karstedt催化剂(催化剂)构成的硅橡胶组合物(组合物粘度为10000 5000mPa·s)、聚硼二甲基硅氧烷(聚硼二甲基硅氧烷与硅橡胶组合物的重量比在5:95～40:60范围内)机械搅拌均匀制成混合物；将混合物灌注进点阵金属夹层板中，然后在120℃下放置固化，待完全固化后，脱除聚乙烯板即得点阵金属/硅橡胶材料。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。