一种冲击缓冲部件和其制造方法及其所用的填充材料的制作方法

专利名称：一种冲击缓冲部件和其制造方法及其所用的填充材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种冲击缓冲部件及其制造方法，更具体地，涉及一种冲击缓冲部件，其包括具有大的空隙的三维弹簧结构的缓冲结构体，该大的空隙由不规则的环形成，该不规则的环的形成过程为将既具有热塑性树脂或橡胶特性，又具有工程塑料特性的聚酯弹性体、尼龙弹性体、聚氨酯弹性体或聚烯烃弹性体，如聚酯热塑性弹性体，通过热挤出形成连续的条带，接着在该熔融状态将条带卷曲或成环，例如其使相邻的条带彼此相互接触而缠绕。该缓冲结构体是埋设在经发泡且固化的填充材料中的，它能有效地降低由压缩变形导致的条带的弯曲塑性变形，并具有回复特性，这种回复特性使得该缓冲结构体在压力解除后能借助于条带所具有的橡胶弹性而回复原状。本发明还涉及一种冲击缓冲部件的制造方法及与该冲击缓冲部件一起使用的填充材料。
目前所用的冲击缓冲材料是以所谓的缓冲桶的形式出现的。这种缓冲桶是由装有100-400立升水的水袋构成的，它能通过吸收车辆在高速公路转弯处与障碍物或其他车辆相撞击产生的冲击能量来降低人员和车辆的受损程度。
另一种设置于公路边上的冲击缓冲部件是由钢材制成波纹状的防护栅。
美国交通部制定了《确保驾驶员安全的安全标准》，该安全标准是指车辆在受到的冲撞时的重力加速度(前后方向作用于板上的重力)应小于20G，这样乘客受到的伤害就可降到没有生命危险的水平(但需要住院3个月以上，且会遗留下严重的后遗症)。而在15G或以下时，乘客受伤害的程度可下降到不会遗留后遗症的水平(但需要住院治疗)。在12G或以下时，乘客所受到的伤害仅需进行门诊治疗，而不需住院了。
但即使是上述提到的缓冲桶，如桶外形尺寸为900×900×900mm，重量为18kg，且具有一体积为400立升的水袋，也只能使以65km/h速度行驶的车辆在经过冲撞后其车速下降到45.7km/h。
但是，上述的缓冲桶在接收冲击能量时会产生变形、破裂进而完全飞散，因此当行驶中的汽车与该冲击缓冲部件冲撞时，它不能完全吸收冲击能量，结果使该汽车不可避免地要与设于该冲击缓冲部件后面的障碍物相撞。
如前所述的缓冲桶是由一个装有水袋的桶部件构成的，因此该缓冲桶不能制造成所需的形状，如不能制造一个路标基体的形状、不能制造成设置于道路弯曲处、分叉处或转弯处的墙面的形状。
在上述的缓冲桶中，可考虑填充其他物质来代替水，然而由于该冲击缓冲部件通常是设置于户外，如道路上，所以它必须具有足够的重量才不易因有风、振动及人为损害而产生位移，它还具有紫外线遮蔽性能防止因紫外线辐射而产生的性能劣化，同时它还应具有一定的耐久性。此外，还要求该冲击缓冲部件应具有一定的使其能吸收冲击能量的强度。
在上述缓冲桶体内可填充例如公知的混凝土或此类的材料，此时虽然满足了对重量、阻燃性、耐久性等性能的要求，但由于填充的混凝土强度高，使得冲撞时的重力加速度不能降低到上述无生命危险的水平，即20G以下。
另一方面，上述钢制的波纹状冲击吸收防护栅是设计成能吸收重量为1.3吨的以时速86km行驶的车辆发生冲撞时的能量，那么对最易发生事故的排气量在2000cc以上、车重在1.8吨左右的车辆，这种防护栅则无法承受此种车辆的撞击。而且，进行这种波纹状的冲击吸收防护栅的安装造价高、费时且相当麻烦。
本发明为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种具有优良的冲击吸收性能的冲击缓冲部件和其制造方法，以及用于上述冲击缓冲部件的填充材料，特别是当汽车与该冲击缓冲部件相撞击时，能使受撞车辆的重加速度(前后方向作用于板上的重力)降至20G或以下，较好在15G或以下，更好在12G或以下。同时本发明的冲击缓冲部件中由于作为其结构一部分的填充材料能吸收车辆或其他类似物体产生冲撞时的能量，且能较容易达到被保护物体所要求的任何冲击强度，所以，其具有优良的冲击吸收特性。此外，这种冲击缓冲部件还可根据不同的用途需要制成不同的形状。
本发明的另一目的是提供一种制造该冲击缓冲部件的方法。
本发明的再一个目的是提供一种适用于该冲击缓冲部件用的填充材料，这种材料在满足必要的重量及阻燃性、耐候性、耐久性的条件下，还具有足够的断裂强度，以使在受到一定或很大的冲击时，被适度破坏，从而吸收冲击能量。
为了达到上述目的，本发明提供了一种冲击缓冲部件，其包括具有三维弹簧结构的缓冲结构体(以下简称缓冲结构体)，所述缓冲结构体具有由不规则的卷曲物或环状物形成的大的空隙，该卷曲物或环状物是将热塑性树脂熔融挤出形成连续的条带，再使处于熔融状态下的条带卷曲或成环，其使相邻的条带相互接触而缠绕。在本发明中，上述缓冲结构体是将一定厚度的具有高缓冲性能和耐翘曲性的多个缓冲构件沿厚度方向平行重叠或沿缓冲构件的一侧上卷成一定的厚度而形成的。该缓冲结构体被埋设在含有能水合的、能水硬化的粘合剂的经发泡和硬化了的填充材料中，该缓冲结构体的一部分暴露于冲击吸收面上。
上述缓冲结构体的堆比重为0.003～0.3g/cm3。当小于上述数值的下限时冲击吸收效果不够，而大于上述数值上限时，由于与水和发泡剂混合的粘合剂渗透入缓冲结构体的量不足，使耐冲击性较差。
上述缓冲结构体的条带的直径尽管取决于热塑性树脂的种类和堆密度，但最好为0.1～3mm。而且，上述冲击缓冲部件的比重最好为0.2～1.3。所述的冲击缓冲部件，可以由堆比重或条带直径不同的多种缓冲结构体沿厚度方向重叠而构成。
本发明的冲击缓冲部件的制造方法，其特征在于，将三维弹簧结构的缓冲结构体放在模具内，再在模具内注入含有能水合的、能水硬化的粘合剂的发泡填充材料并使之硬化，所述缓冲结构体具有由不规则的卷曲物或环状物形成的大的空隙，该卷曲物或环状物是将热塑性树脂熔融挤出成连续的条带，再使该熔融状态下的条带卷曲或成环，其使相邻的条带相互接触而缠绕。该模具最好是由能构成冲击缓冲部件的外侧面或外壁的由塑料薄膜或片料构成的容器，然而，在本发明中也可使用其他的塑料成型容器。
在考虑本发明的冲击缓冲部件的强度时，可考虑使冲击缓冲部件的刚性低于冲撞物的刚性，这样冲撞的能量就能被冲击缓冲部件吸收，但这需要冲击缓冲部件又长又大。也可考虑使冲击缓冲部件的刚性大于如汽车等冲撞物的刚性，从而吸收所受到的超过冲撞物刚性的冲击，但此时冲撞的车辆受到的重力加速度(在前后方向作用于车板上的重力)为30G左右，乘客所受到的伤害不能减少到危及生命的程度以下，因此本发明的冲击缓冲部件最好应具有与车的刚性同一水平的强度，这样才能与车成为一体来共同吸收冲击能量。
为使该冲击缓冲部件具有这样的强度，本发明的冲击缓冲部件用的填充材料是将4.0～33.3wt％能水合的、能水硬化的粘合剂、2.7～46.7wt％碳酸钙、2.7～53.3wt％集料(砂)、13.3～53.3wt％水、1.3～9.6wt％发泡剂的稀释用水混合而形成的。
上述填充材料经干燥、硬化后的破坏负载为10kg.f/cm2，较好在4kg.f/cm2或以下，更好在2kg.f/cm2或以下。
上述填充材料中含有能水合的、能水硬化的粘合剂，这种粘合剂包括石灰铝酸盐和石灰硅酸盐作为其化学组分，更具体地是本发明的粘合剂包括作为石灰铝酸盐的15-18％的3CaOAL2O3和作为石灰硅酸盐的55-60％的3CaOSiO2及10-20％的2CaOSiO2。
下面对附图进行简要说明

图1是冲撞试验的实施方法图；图2是冲撞试验中冲击缓冲部件的配置方式图；图3(A)是表19中序号为16的试验的时间一加速度曲线图；图3(B)是表19中序号为16的试验的位移一负载曲线图；图4(A)是表19中序号为12的试验的时间一加速度曲线图；图4(B)是表19中序号为12的试验的位移一负载曲线图。
本发明的冲击缓冲部件包括一种具有由卷曲物或环状物形成的大的空隙的三维弹簧结构的缓冲结构体和一种填料，这种缓冲结构体至少有一部分是埋设在该填料中。
缓冲结构体可用于制造缓冲结构体的热塑性树脂没有特别的限制，可以是聚乙烯、聚酯、尼龙、丙烯酸树脂以及聚氯乙烯、聚丙烯、聚酯弹性体，在本发明中，特别优选的该冲击缓冲部件是由PET瓶回收后得到的单丝经压缩成型后形成的缓冲结构体所构成。
由不规则的环构成的三维缓冲结构体的形成过程是，将上述树脂熔融挤出，形成连续条带，接着使处于熔融状态的直径约0.1-3mm左右的条带成环，将相邻的条带相互缠绕或至少部分缠绕而构成。该缓冲结构体可以压缩成形为预定的形状，或通过将聚酯单丝的絮凝物分离成独自的单丝而形成任意形状来制得该缓冲结构体。
在本发明中，将作为热塑性弹性体的聚酯热塑性弹性体熔融挤出，形成连续条带，接着使熔融状态下的直径为3mm左右的条带成环，将相邻的条带相互接触而缠绕，从而构成了具有三维弹簧结构的外形尺寸为WDH＝30×30×10mm、堆密度为0.08g/cm3的缓冲结构体。
如日本特许专利第2,548,477号所公开的那样，该缓冲结构体可以密度为0.005～0.310g/cm3、厚度为5mm或以上的非弹性聚酯型卷曲的短纤维缓冲结构体为基体，在该短纤维缓冲结构体中分散和混入弹性复合纤维，该弹性复合纤维中包含有熔点至少要比由聚酯聚合物和非弹性聚酯组成的短纤维的熔点低40℃的热塑性弹性体，且此热塑性弹性体至少应露出复合纤维的表面。然后，有两种挠性接点(A)和(B)分散贯穿于整个缓冲结构体中，挠性接点(A)是仅由弹性复合纤维彼此间交叉经热熔融后形成的一种全向的阿米巴形状的挠性接点。挠性接点(B)是由弹性复合纤维与非弹性聚酯类短纤维彼此交叉经热熔融后形成的准全向的挠性接点。在复合纤维组里的相邻挠性接点(A)-(A)、(A)-(B)、(B)-(B)间，部分复合纤维沿纵向方向至少存在一个纺锤状的结点。该缓冲结构体被切断为前述的尺寸为WDH 30×30×30mm所需的剖面形状，将此尺寸为WDH 30×30×30mm的3个缓冲结构体重叠并置入尺寸为WDH 35×35×35mm的模具或塑料薄膜或塑料片材或金属制的容器内，放置时应使其与容器内壁有5mm的间隔。
填充材料接着，在上述模具内注入含有能水合的、能水硬化的粘合剂的发泡填充材料。具有能水合的、能水硬化作用的粘合剂，如石灰铝酸盐、石灰硅酸盐，具有经与水搅拌混合后能与一部分的水进行化学结合的性质(水合性)和具有与水结合而硬化的性质(水硬化性)。在本发明的实施过程中，使用了含有石灰铝酸盐和石灰硅酸盐类等化合物组分的粘合剂。例如，所用的粘合剂中含有15-18％作为石灰铝酸盐的3CaOAl2O3和55-60％作为石灰硅酸盐的3CaOSiO2、10-20％的2CaOSiO2。
在上述化合物组分中，石灰铝酸盐(3CaOAl2O3)的水合作用最早显示出来，并在大约一周之内产生强度，接着3CaOSiO2的水合作用开始显现并从1周以后在4-13周保持强度，而2CaOSiO2的水合作用最迟，成为1个月以后的产生长期强度的主要因素。因此，为了加快填充材料的固化，提高生产效率，防止出现长期的强度的增加和防止冲击缓冲部件性能的下降，需将化合物组份中2CaOSiO2的量降至相对较低的水平。
在本发明的一个实施例中，上述粘合剂可以是将石灰质原料及粘土质原料按预定的比例混合后，经煅烧成块状，再将其破碎而形成的。在另一个实施例中，11CaO7Al2O3CaF2即铝酸钙可作为速硬组分，与阿里特水泥(铝酸三钙盐3CaOAl2O3)在上述锻烧的块中共存，并将其与II型无水石膏和少量的添加物混合，使其速硬性得到发挥。
如上述的填充材料是通过将粘合剂和水及发泡剂搅拌而发泡的，可成为具有所需脆性的填充材料，但更好的是将用量大于粘合剂的集料(砂)和碳酸钙(石粉)混入填充材料中，这样结合力变弱使得该填充材料在受到冲击时容易被破坏。
与上述粘合剂混合的发泡剂，可通过在搅拌作用下将浓度为0.1-0.4％、主成分为硫酸盐类阴离子表面活性剂的化学混合剂与量为[13.3-(0.1～0.4)]～[(53.3-(0.1～0.4)]wt％的水混合或混合搅拌，用柱塞对混合物加压，并最好用压缩空气向喷嘴压送混合物进而形成如粒子直径为9μm-10mm的泡沫体。
与上述化学剂混合的水，即使其用量为上述[13.3-(0.1～0.4)]wt％或更少，发泡率也很高，能保证达到产品要求的断裂强度水平，同时产品还具有优良的吸收冲击的特性。另外，即使水的用量为[53.1-(0.1～0.4)]wt％或更大，也能很好地满足制品的强度要求。
作为上述的发泡剂，不仅可以是上述的表面活性剂，也可以是动物性蛋白质，这种动物性蛋白质可单独使用，也可添加到上述的表面活性剂中共同使用。
以上的填充材料的原料，在已知的混合器中经搅拌、混合后注入上述的模具内。当填充材料是由粘合剂与水和发泡剂共同搅拌而形成时，应首先将粘合材料和水投入混合器内搅拌，然后向浓度为40～90wt％的混合物中喷射上述发泡剂并混合，最后将所述的混合物注入上述模具内。在含有砂、碳酸钙(石粉)的情况下，向混合器中浓度为80～98wt％的粘合剂、水、砂、碳酸钙的混合物中喷射上述发泡剂并混合，然后将所述的混合物注入模具内。
在向模具内注入填充材料时，对模具施加振动，使得填充材料能以均匀的密度填入上述缓冲结构体的空间里，然后，对填充材料进行为期28天的干燥和固化。
在本实施例中，通过调节上述填充材料中的化合物组分的配比，使其能在1～2天左右的短时间内干燥、固化。然而，由于上述组分中的2CaOSiO2等需经过相对较长的时间才能干燥和固化，所以填充材料需经28天的干燥、硬化后，才能用于制造冲击缓冲部件的试样。
本发明的冲击缓冲部件，当填充材料是由向与水混合的粘合剂中添加发泡剂的方法制备时，能发挥较好的冲击缓冲性能。但为了得到在冲撞时能以适当的方式形成破坏、分散的特殊形状来吸收冲击能量的填充材料，最好是向水、粘合剂、发泡剂中添加作为集料的大量砂、碳酸钙(石粉)。
上述填充材料配比的一个例子是4.0～33.3wt％粘合剂，2.7～46.7wt％碳酸钙(石粉)，2.7～53.3wt％集料，13.3-53.3wt％水，0.1～0.4wt％发泡剂，1.3～9.6wt％发泡剂稀释用水。
本实施例中使用的碳酸钙(石粉)，其组成为53.94％CaO，1.88％SiO2，0.51％MgO，0.09％Al2O3+FeiO3。该碳酸钙1g.损失(lg.loss)为42.85％，比表面积为5,000(cm2/g)，比重(密度)为2.70，粒度分布为300μm-3μm，是平均粒子直径为9.8μm的白色粉末，通过将该碳酸钙添加到上述填充材料中，能水合的、能水硬化的粘合剂粉体量的一部分可被碳酸钙置换。
因为该碳酸钙不会增加填充材料的强度，通过添加碳酸钙来置换上述粘合剂，可以使本发明的填充材料达到所需的脆性，并且该碳酸钙由于比表面积大，能提高所形成的填充材料的材料抗分离的特性，同时，对发明的脆性填充材料的形状记忆性的改进也有一定的贡献。
为了更好地说明本发明的目的和优点，以下结合附图对较佳的实施例进行详述。
实施例填充材料的成份表1
注发泡剂AP泡沫(Kizai Techto Co.，Ltd.)
C∶s粘合剂集料(在各例中都不添加集料)W/C 水/粘合剂比重商品化的冲击缓冲部件的比重表2实施例1
表3实施例2
表4实施例3
比较例1向尺寸为300mm×30mm×280mm的模具内填入由A、B、C组成的填充材料而不填入缓冲结构体。
比较例2使用东洋纺的聚酯弹性体P-280B，挤出直径为1nm的中空纱线，以29根这样的纱线直角编织成为30cm×30cm织物，将94层这样的织物进行叠加，然后置入模具中，每个缓冲结构体具有与实施例1中的缓冲结构体Bless Air相同重量。
重量比例为填充材料-11.46kg，P-280B-1.14kg比较例3将比较例2的纱丝碎化为长度为5mm或更低，平均长度为3mm的材料，然后在进行填充材料的混合时混入。
其中填充材料-11.56kg，纱-1.14kg试验例1对于上述实施例和比较例的冲击缓冲部件进行了以下试验。
冲击缓冲部件的落锤冲击1、试验方法将底部直径400mm，长度370mm，重量300kg的炮弹型重锤从4m高处自然落下，与各冲击缓冲部件冲撞。
在从实施例1至比较例3的试验片上进行上述落锤冲击试验，然后确认其底部是否断裂。
将试验片倒置，使其振动，收集破碎的填充材料片。收集小于5或更小(通过4目的筛孔)的粉体，测定粉碎了的填充材料的重量百分比。
表5填充材料Y
表6填充材料Z
表7充填材A
填充材料是否装入底部底部状态实施例1否无变化实施例2否无变化实施例3否无变化比较例1是被破坏比较例2否多个裂缝比较例3是被破坏
表9填充材料C<
表10填充材料D、E<
<p>使用填充材料Y，且未装入底部时，一些试样片材的底部发生裂纹，因此对本发明来说填充材料Y被认为应限制使用。仅由短纤维组成的缓冲结构体试样片材的耐冲击性差。而在比较例2中，底部装入了填充材料，可见此时的缓冲结构体的立体形状要比其它的缓冲结构体更好。
表11
>表12试验例1
从比较例1可见，重锤到达下方时，填充材料变为粉体的很少。缓冲结构体分散冲击力是通过其整体的破坏来吸收能量。而比较例2由于不是缓冲构造，且未装入填充材料，因此冲击力在此不能得到很好地分散。
此外，进行了以下的实验观察目的、种类、厚度不同的树脂上的一点受到冲击时能量传递的形式。
试验方法对纵、横各29根纱进行编织，形成大小为30cm×30cm的织物，在其中充入厚度为5mm的填充材料A作为芯，制成试验片。
将16.5mm、18.4g的铁球落下冲撞到试验片上。
评价方法1、铁球是否穿透试验片2、填充材料破坏的面积(以直径表示)实验1使用下列的树脂，挤出0.5mm的纱PVC信越聚合物(株)生产的电线制造用聚氯乙烯片料树脂EW-702B；PE三井石油化学工业(株)生产的Vltdex 4030；PPGrand聚合物(株)生产的Grand Polypro J101；尼龙东丽(株)生产的Amiran东丽尼龙树脂CM1021TM；
聚酯弹性体东洋纺(株)生产的P-208B；聚酯弹性体三菱Rayon(株)生产的Daiyanite KR-461S。
实验2使用聚酯弹性体丝径3、1、0.5、0.1、0.05的东洋纺(株)生产的P-208B。
实验3不使用缓冲结构体，丝径0.05。
实验4将实验2的0.1mm丝径的丝编织成织物后，在缓冲结构体中将织物在缓冲结构体中进行间隔为2mm的配置。
表13实验结果
<p>由于300kg的重锤没有穿透PVC和聚酯弹性体的产品，因此可认为其他的树脂也是充分可行。
当丝径为3～0.1时，重锤不能穿透试验片。
当树脂的堆密度为0.003或以上时，可观察到冲击吸收效果。堆密度的上限为实施例2的聚氯乙烯的堆密度0.3。当大于0.3时，不能充分混入混凝土中。
从对冲击缓冲部件整体的大小和缓冲结构体的大小的比较结果可知，没有缓冲结构体时冲击缓冲部件散碎成大的块体，但冲击缓冲部件的外侧面与内部的缓冲结构体的外侧面间的距离最好在5cm以内。
以下说明其他的实施例。
实施例4使聚丙烯条带卷曲后重叠，使条带相互的接点熔融粘合成为一体，即为缓冲结构体。
使用新光尼龙(株)生产的商品名为Hechimaron的编织物型35BF(土木用暗渠集排水材)。将4个300×60×300m这种编织物在厚度方向重叠，然后放置入模具内。
将该叠层在A、B、C条件下埋设并固化于混凝土中。
表14
表15
从对冲击缓冲部件整体的大小和缓冲结构体大小的比较的试验结果来看，当没有缓冲结构体时，此冲击缓冲部件不能分散能量，而是破碎成大的碎块。
实施例5由东洋纺(株)生产的Bless Air。
3个Bless Air，每一个的尺寸为300mm×300mm×80mm。
填充材料放置于距离相对于冲击面的底面40mm处，缓冲结构体露出被冲击面50mm。
缓冲结构体在A、B、C条件下埋设和固化于填充材料中。
表16
表17
由表可知冲击吸收效果很显著，不会对被冲击侧产生导致其损伤的冲击，在各种用途下都很有效。
填充材料的制造实施例表18是与本发明的冲击缓冲部件一起使用的填充材料的制造实施例。
在前述表1所示的实施例中，填充材料只是由在粘合剂中添加水、发泡剂而构成，在本实施例中，由于填充材料中的粘合剂里包含有量为粘合剂2.5倍的集料砂和其他量为粘合剂1.5倍的集料碳酸钙(石粉)，因此，可降低粘合剂的强度，并通过添加碳酸钙，提高上述的粘合剂的分离抵抗性，提高经硬化后填充材料的形状记忆性。
表18填充材料制造实施例(kg/m3)
*基本物性 生比重0.75±0.1吨/m2；流动值200±20mm*强度为成型后7、14、28、91日的压缩强度试验片尺寸10×20cm*用表面活性剂做为发泡剂。
由表18所示的配比得到的填充材料的重量为60～120kg/m3，其重量与如在建筑物的一般结构中使用的重量为200～400kg/m3的混凝土相比很轻。该填充材料中的空气含量为40％或以上，断裂强度为2kgf/cm2或4kg/cm2，即这种填充材料易被较低的压力破坏。而当填充材料在受到超过破坏强度的冲击时，砂等集料间的结合被破坏，填充材料分散成为粒状，其中，粘合剂和碳酸钙附着在集料周围。
上述的流动值(150或以上)是将填充材料紧密填入缓冲结构体的空隙内所需的值。
冲撞试验下面对使用上述表18所示配比制造的填充材料的冲击缓冲部件进行移动障碍物的冲撞试验。
如图1所示，在本冲撞试验中，使冲击缓冲部件的背面与侧壁接触，在1.65m宽的移动障碍物上放置1.8吨的重量来进行冲击缓冲部件的冲撞试验。之所以在移动障碍物上放置1.8吨的重量，是因为事故率高、排气量在2000cc以上等级的小汽车的重量在1.8吨左右，在该试验中，可以检测出此类车辆在冲撞时冲击缓冲部件是否能缓冲冲击。
各试验样品的配置和移动障碍物的冲撞速度如表19所示。移动障碍物为钢结构的车，是一种即使冲撞也不会发生变形或其他损害的高刚性的试验车辆。
表19冲击缓冲部件的冲撞试验条件
在上表表示试验样品的标记中，数字部分表示使用的填充材料的种类，例如2指表18中压缩强度为2kg.f/cm2的填充材料，4指表18中压缩强度为4kg.f/cm2的填充材料。
试验样品序号中末尾的字母表示使用的缓冲结构体的种类，各种缓冲结构体的具体情况如下缓冲结构体A(低密度)条带直径1.0mm
重量 36kg尺寸 1000(厚)×1000(宽)×900mm(宽)(厚度与侧壁正交方向，宽与侧壁平行方向，以下相同)缓冲构造体B(中级密度)条带直径 1.0mm重量 45kg尺寸 1000(厚)×1000(宽)×900mm(高)缓冲结构体C(高密度)条带直径 1.0mm重量 63kg尺寸 1000(厚)×1000(宽)×900mm(宽)缓冲结构体D (极低密度)条带直径 1.0mm重量 27kg尺寸 [1000+300(半圆弧状突出)](厚)×1000(宽)×900mm(高)只有序号为13、14的试验中的缓冲结构体的尺寸为300×1000×1000mm。序号为10～14及16试验中的冲击缓冲部件的配置方式如图2所示。
图20表示在各试验中移动障碍物的最大加速度(G)表20移动障碍物的最大加速度
*为时速为50km/h的冲撞试验在以上的各试验中，本发明的冲击缓冲部件与移动障碍物相撞后从固体形状变为粒子形状(砂状)，因此可以较佳方式吸收来自移动障碍物的冲击。
在所使用的填充材料中，压缩强度为2kg.f/cm2的填充材料吸收冲击的性能较佳，缓冲结构体与压缩强度为2kg.f/cm2的填充材料组合使用时，随着密度变低，缓冲性能提高，而与压缩强度为4kg.f/cm2的填充材料组合时，未发现由于缓冲结构体的密度变化导致的缓冲性能的显著变化。
由以上结果可知，在序号为16的试验中，即将本实施例中的压缩强度为2kg.f/cm2的填充材料与极低密度的缓冲结构体组合，冲击缓冲部件按图2(F)的方式配置，此时能发挥最显著的冲击缓冲性能。
在移动障碍物的时速为50km/h的冲撞试验中，除序号为16的试验外，其他试验中的移动障碍物的最大加速度都超过了20G，这是因为移动障碍物具有足够的刚性以致其在与冲击缓冲部件相撞时也不会发生变形。本发明中的冲击缓冲部件的设计是利用其自身和车辆变形时两者吸收冲击的协同作用来使重力加速度降至20G或以下，优选是15G或以下，更优选是12G或以下的目的。对于序号为7～10试验的冲击缓冲部件，即使发生冲撞车辆的时速为50km/h，也可以使冲撞时的重力加速度降至20G以下。这是因为当真实车辆与冲击缓冲部件相撞时，车本身被破坏起到吸收冲击的缓冲作用。同样地，在用真实的车辆进行的冲撞试验时，即使发生冲撞车辆的时速为50km/h，序号为16试验中的冲击缓冲部件也能吸收冲击将重力加速度降至15G以下。
在上述试验中，为了进行比较，分别表示出了具有最佳冲击缓冲性能的序号为16的试验的时间—加速度曲线图(图3A)及位移—负载曲线图(图3B)、以及未能充分发挥冲击缓冲性能的序号为12的试验的时间—加速度曲线图(图4A)及位移—负载曲线图(图4B)。
如图4A所示，未能充分发挥冲击缓冲性能的试验序号为12的试验的时间—加速度曲线随着时间的推移在右下方呈现急剧下降的趋势，冲撞时的冲击能量能在约80微秒左右的比较短的时间被吸收。与此相反，序号为16的试验的时间—加速度曲线与序号为12的试验的相同曲线相比则较为缓和，冲撞时的能量需在较长的200微秒以上的时间里才能被吸收，因此显示出高的冲击缓冲能。
从试验序号为12的试验的位移—负载曲线图(图4B)可见，位移从约240mm回到120mm左右，这就是所谓的“反弹”的现象。与此相反，在序号为16的试验的位移—负载曲线图(图3B)中，则几乎观察不到该“反弹”的现象，表明该冲击可以较合适的方法被吸收。
如上所述，根据本发明提供的一种冲击缓冲部件，具有极佳的冲击缓冲特性，能较容易地根据用途的需要进行成形或制造，能很好满足广泛用途需要。本发明还提供了一种冲击缓冲部件用的填充材料。
这种冲击缓冲部件具有较高的冲击吸收特性，当车辆与其发生冲撞时，可使被撞车辆受到的重力加速度(前后方向施加在车板上的重力)降至20G或以下，较好为15G或以下，更好为12G或以下，可以防止死亡事故和导致重大伤害的严重事故的发生。
作为这种冲击缓冲部件中使用的填充材料，需具备必要的重量、阻燃性、耐候性、耐久性等条件，方能在受到预定或更大的冲击时，以较佳的方式断裂，从而起到冲击缓冲作用。
权利要求
1.一种冲击缓冲部件，其包括一种具有三维弹簧结构的缓冲结构体，该缓冲结构体的一部分被埋设和固化在含有能水合的、能水硬化的粘合剂的经发泡和硬化了的填充材料中，所述缓冲结构体具有由不规则的卷曲物或环状物形成的大的空隙，所述的卷曲物或环状物是将热塑性树脂熔融挤出形成连续的条带，并在熔融状态下使该条带弯曲或成环而形成的，其使相邻的条带相互接触而缠绕。
2.根据权利要求1所述的冲击缓冲部件，其特征在于，所述缓冲结构体的堆比重为0.003～0.3g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的冲击缓冲部件，其特征在于，所述缓冲结构体的条带直径为0.1～3mm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的冲击缓冲部件，其特征在于，它的比重为0.2～1.3g/cm3。
5.根据权利要求1所述的冲击缓冲部件，其特征在于，它由具有各种堆比重或条带直径的某些缓冲结构体组合而构成。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的冲击缓冲部件，其特征在于，所述缓冲结构体是将具有给定厚度的多个缓冲结构体构件沿厚度方向平行重叠而形成。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的冲击缓冲部件，其特征在于，所述缓冲结构体具有给定的厚度，其是通过将具有给定厚度的缓冲结构体构件的一端卷绕而成的。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的冲击缓冲部件，其特征在于，它被装入塑料容器内。
9.一种用于制造冲击缓冲部件的方法，其特征在于，将具有三维弹簧结构的缓冲结构体放入模具中，并在所述的模具中注入和硬化含有能水合的、能水硬化的粘合剂的泡沫填充材料，所述缓冲结构体具有由不规则的卷曲物或环状物形成的大的空隙，所述卷曲物或环状物是将热塑性树脂热挤出形成连续的条带，并在熔融状态下使条带弯曲或成环，其使相邻的条带相互接触而缠绕。
10.根据权利要求9所述的用于制造冲击缓冲部件的方法，其特征在于，所述的模具是塑料容器，其自身构成冲击缓冲部件的外表面或外壁。
11.一种用于冲击缓冲部件的填充材料，其用于具有三维弹簧结构的缓冲结构体中填充大的空隙，以便与所述的缓冲结构体构成冲击缓冲部件，所述的大的空隙是由不规则的卷曲物和环状物而形成，其使相邻的条带相互接触而缠绕形成上述空隙，其特征在于，所述填充材料是将4.0～33.3wt％能水合的、能水硬化的粘合剂、2.7～46.7wt％碳酸钙、2.7～53.3wt％集料、13.3～53.3wt％水、0.1～0.4wt％发泡剂和1.3～9.6wt％发泡剂稀释用水混合在一起而形成。
12.根据权利要求11所述的用于冲击缓冲部件的填充材料，其特征在于，其经干燥、硬化后的断裂负载高达10kg.f/cm2。
13.根据权利要求11或12所述的用于冲击缓冲部件的填充材料，其特征在于，所述的能水合的、能水硬化的粘合剂含有石灰铝酸盐和石灰硅酸盐作为化学组合成分。
14.根据权利要求13所述的用于冲击缓冲部件的填充材料，其特征在于，所述粘合剂含有作为石灰铝酸盐的3CaOAl2O3，作为石灰硅酸盐的3CaOSiO2及2CaOSiO2，其化学组合比例为15％～18％的3CaOAl2O3、55～60％的3CaOSiO2和10～20％的2CaOSiO2。
全文摘要
一种冲击缓冲部件,其包括三维弹簧结构的缓冲结构体,它具有由不规则的卷曲物或环形物形成的大空隙,所述的卷曲物或环形物是通过将热塑性树脂加热挤出而形成连续的条带,并在熔融状态下卷曲或成环所述带条,使相邻的条带相互接触而缠绕。将所述的缓冲结构体埋设在含有能水合的、能水硬化的粘合剂的经发泡和硬化的填充材料中,同时一部分缓冲结构体暴露于可接收冲击的表面上。所述冲击缓冲部件可减轻对部件冲撞时引起的损害。
文档编号F16F1/02GK1253089SQ9911129
公开日2000年5月17日 申请日期1999年8月6日 优先权日1998年8月7日
发明者西堀贞夫, 干村秀次 申请人:艾因兴产株式会社, 干村秀次