一种轻质、抗冲击、隔热复合材料及其制备方法

本发明涉及多功能防护材料领域，具体涉及一种轻质、抗冲击、隔热复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、多功能防护材料的研发和设计具有重要意义，通过向单功能防护材料中引入新填料、进行结构设计等手段赋予其多功能性，从而实现对多种外部刺激的协同防护。

2、碰撞冲击和热刺激在生产生活中广泛存在，在实际应用中对多功能防护材料的需求日益突出，因此，安全防护一直是科学领域研究的热点之一。然而，传统的防护材料已经不足以满足复杂的应用情景，例如轻质、冲击防护与热防护。

3、具有独特率相关性能的剪切变硬材料通常被视为一种优异的智能防护材料。公开号为cn113025050a的中国发明专利申请公开了一种具有剪切变硬和阻燃性能的复合材料及其制备方法，所述柔性多功能材料具有力学与阻燃性能，可以广泛应用于人体防护。但与此同时，较大的密度在很大程度上限制了上述复合材料的应用范围，同时高温下的隔热性能一直是研究者关心的话题，所述多功能柔性材料在高火灾环境中难以保护人体免受高温刺激。公开号为cn213179650u的中国发实用新型专利公开了一种由聚乙烯纤维和乙烯-醋酸乙烯共聚物组成的缓冲结构的防弹衣，可以减轻子弹的冲击力。所制备防弹衣虽然实现了重量的优化，但针对热学防护性能仍未做进一步的改善。

4、然而，大多数防护材料的高密度在很大程度上限制了其应用范围，同时，复合材料应用方面的舒适性不得不引起关注。多孔结构因其轻质和加工性能优异等特点在隔热领域展现出广阔的前景。公开号为cn116239818a的中国发明专利申请公开了一种具有冲击防护隔声隔热的复合材料的制备方法，可以广泛应用于人体安全防护，对冲击、噪声和变温刺激具有良好的防护。上述复合材料采用浸渍的方式引入剪切变硬胶，长时间的使用具有泄露的风险，同时制备过程复杂，难以实现规模化。公开号为cn114573904a的中国发明专利申请提供了一种轻质、高弹、耐压缩鞋用发泡材料的制备方法，采用化学发泡工艺，制备出具有轻质、高弹、低压缩永久变形率的复合材料。然而上述专利发明仍然未对复合材料的隔热性能进行研究。

5、从目前公开的专利申请来看，能够同时对外界多种刺激做出防护效果的多功能防护复合材料的研究仍然较少。特别地，对于能同时具有力防护与热防护的轻质复合材料的研究及其缺乏。因此，开发兼具轻质、力防护与热防护特性的高稳定性复合材料对于现代智能化应用具有深远意义。

技术实现思路

1、为改进传统技术的不足，本发明提供一种轻质、抗冲击、隔热复合材料及其制备方法。所述复合材料具有轻质、力防护、热防护于一体的多功能防护特性，展现出优异的能量缓冲、稳定性、热量隔绝特性。基于此，该复合材料可以保护使用者免受多种外界刺激，在多功能轻量化防护领域具有较大的潜力。

2、为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现:

3、一种轻质、抗冲击、隔热复合材料，所述复合材料由剪切变硬胶与硅橡胶，乙烯-醋酸乙烯共聚物，偶氮类发泡剂制备而成。

4、进一步地，所述剪切变硬胶是由硼化物和硅油经130摄氏度至200摄氏度下聚合得到的产物。例如，所述剪切变硬胶是由硼化物和硅油经130摄氏度、140摄氏度、150摄氏度、160摄氏度、170摄氏度、180摄氏度、190摄氏度或200摄氏度温度下聚合得到的产物。

5、进一步地，所述硼化物选自硼酸、硼酸盐、氧化硼或卤化硼的一种或多种；优选地，所述硅油与硼化物的质量比为10:1至45:1。

6、进一步地，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量在5％至40％。

7、进一步地，所述硫化剂为过氧化苯甲酰和过氧化二异丙苯。

8、进一步地，所述高温高压是在160摄氏度至250摄氏度下进行的，所述高压是在10兆帕至20兆帕下进行的。

9、进一步地，所述剪切变硬胶:硅橡胶:过氧化苯甲酰的质量比为25:25:2至100:25:2。

10、进一步地，所述剪切变硬胶、硅橡胶、过氧化苯甲酰的混合物称为剪切变硬弹性体前驱体。

11、进一步地，所述剪切变硬弹性体前驱体:乙烯-醋酸乙烯共聚物:过氧化二异丙苯的质量比为20:4:1至500:100:1，以剪切变硬弹性体前驱体、乙烯-醋酸乙烯共聚物、过氧化二异丙苯总质量计，偶氮二酰胺质量分数为5％至30％。

12、进一步地，所述剪切变硬弹性体是由剪切变硬弹性体前驱体硫化得到的产物。

13、制备如上所述的复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：

14、a.将硼化物加入硅油中混合均匀；

15、b.将步骤a中获得的混合物在130摄氏度至200摄氏度下聚合；

16、c.将步骤b中获得的反应产物冷却至室温获得剪切变硬胶；

17、d.将步骤b中获得的剪切变硬胶与硅橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物，偶氮类发泡剂和硫化物混合均匀；

18、e.将步骤d中获得的产物压入模具进行高压处理后在160摄氏度至250摄氏度下进一步硫化发泡；

19、f.将步骤e中获得的产物冷却至室温。

20、本发明具有如下有益效果：

21、本发明的复合材料具有力防护与热防护双重功能，展现了良好的能量缓冲与热量隔绝的特性。所述复合材料能够抵抗60％的压缩应变并恢复原始形状，在循环压缩下表现出优异的稳定性。此外，在连续10次循环冲击下具有缓冲74.8％的峰值力的特性。所述复合材料能够在150摄氏度的高温下隔绝温度至80.5摄氏度，在-5摄氏度的低温环境下能够维持表面温度为10.5摄氏度。特别地，所述复合材料能够呈现出轻质化的特点，在多功能轻量化防护材料领域具有较大的潜力。

技术特征：

1.一种轻质、抗冲击、隔热复合材料，其特征在于，所述复合材料是由包含剪切变硬胶、硅橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、偶氮类发泡剂和硫化物的混合物经高温高压处理得到的产物。

2.根据权利要求1所述的一种轻质、抗冲击、隔热复合材料，其特征在于，所述剪切变硬胶是由硅油和硼化物在130摄氏度至200摄氏度温度下聚合得到的产物。

3.根据权利要求2所述的一种轻质、抗冲击、隔热复合材料，其特征在于，所述硼化物为硼酸、硼酸盐、氧化硼或卤化硼的一种或多种，所述硅油与硼化物的质量比为10:1至45:1。

4.根据权利要求1所述的一种轻质、抗冲击、隔热复合材料，其特征在于，所述乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯含量在5％至40％。

5.根据权利要求1所述的一种轻质、抗冲击、隔热复合材料，其特征在于，所述偶氮类发泡剂为偶氮二酰胺、偶氮二异丁腈、偶氮二甲酸二异丙酯的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的一种轻质、抗冲击、隔热复合材料，其特征在于，所述硫化剂为过氧化苯甲酰和过氧化二异丙苯。

7.根据权利要求1所述的一种轻质、抗冲击、隔热复合材料，其特征在于，所述高温是在160摄氏度至250摄氏度下进行的，所述高压是在10兆帕至20兆帕下进行的。

8.一种权利要求1-7中任一项所述的一种轻质、抗冲击、隔热复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种轻质、抗冲击、隔热复合材料及其制备方法，所述复合材料包含以下各项的混合物经室温和/或高温处理得到的产物:硅油，硼化物，硅橡胶，乙烯‑醋酸乙烯共聚物，偶氮类发泡剂和硫化物；所述制备方法包括以下步骤:a.利用硅油和硼化物制备剪切变硬胶；b.将步骤a制备所得产物与硅橡胶，乙烯‑醋酸乙烯共聚物，偶氮类发泡剂和硫化物混合均匀；c.将步骤b所得混合物在高温下硫化成型得到复合材料。所述复合材料集轻质化、冲击防护与热防护于一体，可以广泛应用于人体，保护使用者免受多种外界冲击。

技术研发人员：龚兴龙,轩婷婷,王胜
受保护的技术使用者：中国科学技术大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4