一种两相逆势凝胶柔性安全防护板的制作方法
【专利摘要】一种两相逆势凝胶柔性安全防护板，包括由气凝胶固态材料制成的顶板、底板、移动柱、固定柱、以及侧壁，顶板、底板和侧壁围成的封闭腔体内装有具有剪切增稠效应的液凝胶流体；多个移动柱分布在顶板、底板和侧壁围成的内部空间内，移动柱顶端与顶板相连，底端自由，每个移动柱四周包围有多个所述固定柱，相邻固定柱间存在间隙，固定柱的顶端和底端分别与顶板和底板相连，能够随着顶板和底板的移动变形而变形；本发明复合板将外力冲击能量转换为由气凝胶构成顶板、底板、固定柱、移动柱和侧壁的变形能和结构阻尼内能、液凝胶流体流动的界面能和内能以及液凝胶流体和固态的气凝胶之间的摩擦内能；该柔性板重量较轻，形状可任意制定，应用范围广。
【专利说明】
一种两相逆势凝胶柔性安全防护板
技术领域
[0001]本发明涉及一种安全防护复合板，具体涉及一种两相逆势凝胶柔性安全防护板。
【背景技术】
[0002]目前在航空航天、汽车制造以及人体防护等领域，工程技术人员广泛使用液压缓冲、薄壁构件等来吸收冲击所带来的能量，从而达到保护目标结构的目的。液压缓冲吸能的原理是冲击作用在液压器件上，利用油液的粘性阻尼作用，将部分冲击能量通过节流孔吸收转化为油液的热能并散发掉。液压缓冲装置结构复杂、维修不便、密封要求高、并且对环境温度变化敏感，成产成本和保养费用高。薄壁构件吸能是利用薄壁结构在受到外力时变形乃至压溃吸收和消耗冲击能量，其结构相对简单，但薄壁结构受冲击塑性变形乃至压溃，仅能承受一次冲击，不能用于交变冲击，不能重复使用。而且在人体防护领域中，基于薄壁构件的防弹背心或者连体防护服无法自由变形，使用者行动受到极大约束，不利于使用者完成任务。
【发明内容】
[0003]为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种两相逆势凝胶柔性安全防护板，将外力冲击能量转换为由气凝胶构成顶板、底板、固定柱、移动柱和侧壁的变形能和结构阻尼内能，液凝胶流体流动的界面能和内能以及液凝胶流体和固态的气凝胶之间的摩擦内能。整个复合板吸能效果优秀，安全防护作用好;该柔性板重量较轻，形状可任意制定，应用范围广。
[0004]为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案:
[0005]—种两相逆势凝胶柔性安全防护板，包括由气凝胶固态材料制成的顶板1、底板2、移动柱3、固定柱4、以及侧壁5，顶板1、底板2和侧壁5围成的封闭腔体内装有具有剪切增稠效应的液凝胶流体6;多个所述移动柱3分布在顶板1、底板2和侧壁5围成的内部空间内，移动柱3顶端与顶板I相连，底端自由，每个所述移动柱3四周包围有多个所述固定柱4，相邻固定柱间存在间隙，固定柱4的顶端和底端分别与顶板I和底板2相连，能够随着顶板I和底板2的移动变形而变形，移动柱3随着顶板I移动变形而对封装在复合板内部的液凝胶流体6施加挤压推动作用；该复合板在受到缓慢或轻载冲击时，主要由气凝胶固态材料变形发挥吸能防护作用；受到高速冲击或者重载冲击时，气凝胶固态材料变形和液凝胶流动吸能同时作用，并且由于液凝胶的剪切增稠，吸收能量卸载外力的能力随着冲击增大而增强。
[0006]所述的顶板I上下表面为平面、波纹状或者锯齿状，材料是气凝胶固态材料。
[0007]所述的底板2上下表面为平面、波纹状或者锯齿状，材料是气凝胶固态材料。
[0008]所述的移动柱3形状为方柱、圆柱、圆锥或者多面体截面柱，材料是气凝胶固态材料。
[0009]所述的固定柱4为方柱、圆柱、圆锥或者多面体截面柱，材料是气凝胶固态材料。
[0010]所述的侧壁5内外表面为平面、波纹状或者锯齿状，材料是气凝胶固态材料。[0011 ]和现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0012](I)该复合板基体材料为气凝胶，极大减轻了整个复合板的重量，并且气凝胶在受力变形时可以有效吸收能量，显著增强了该复合板的安全防护性能。
[0013](2)该复合板内部封装材料为具有剪切增稠效应的液凝胶，在受到快速或重载冲击时，该液凝胶粘滞阻力迅速增大，有效提高了吸能防护效果。
[0014](3)该复合板在受到轻载慢速冲击时气凝胶固态材料起主要作用，响应速度快，受到重载快速冲击时气凝胶固态材料和液凝胶流体同时起作用，吸能效果迅速增强，适应冲击种类广泛。
[0015](4)该复合板具有良好柔性，适应对防护材料柔性要求高的场合。
【附图说明】
[0016]图1是本发明复合板示意图。
[0017]图2是本发明复合板受外力时液凝胶流动方式示意图。
[0018]图3是本发明复合板受正压力变形示意图。
[0019]图4是本发明复合板受剪切力变形示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明做进一步详细说明。
[0021]参照图1，一种两相逆势凝胶柔性安全防护板，包括由气凝胶固态材料制成的顶板
1、底板2、移动柱3、固定柱4、以及侧壁5，顶板1、底板2和侧壁5围成的封闭腔体内装有具有剪切增稠效应的液凝胶流体6;多个所述移动柱3分布在顶板1、底板2和侧壁5围成的内部空间内，移动柱3顶端与顶板I相连，底端自由，每个所述移动柱3四周包围有多个所述固定柱4，相邻固定柱间存在间隙，固定柱4的顶端和底端分别与顶板I和底板2相连，能够随着顶板I和底板2的移动变形而变形，移动柱3随着顶板I移动变形而对封装在复合板内部的液凝胶流体6施加挤压推动作用。
[0022]参照图2，复合板受力时，封装在复合板内部的液凝胶流体6受到顶板1、底板2、移动柱3和固定柱4的作用而发生流动，从固定柱4之间的间隙中流动，将外力能量转换为其界面能和内能。
[0023]参照图3，该复合板底板2固定，顶板I在正压力作用下发生翘曲变形，带动移动柱3推动液凝胶流体6流动。
[0024]参照图4，该复合板底板2固定，顶板I在剪切力作用下发生弯曲变形，带动移动柱3推动液凝胶流体6流动。
[0025]参照图3和图4，该复合板在受到外力时，将能量转换为气凝胶固态材料的变性能和内能、剪切增强液凝胶流体的界面能和内能以及该两相材料之间的摩擦内能。
[0026]总之，该复合板受到外力作用时发生形变，封装在复合板内部空间的液凝胶发生流动，外力能量转换以下形式的能量，分别为由气凝胶构成顶板、底板、固定柱、移动柱和侧壁的变形能和结构阻尼内能，液凝胶流动的界面能和内能以及液凝胶和固态的气凝胶之间的摩擦内能。该复合板在受到缓慢或轻载冲击时，主要由气凝胶固态材料变形发挥吸能防护作用;受到高速冲击或者重载冲击时，气凝胶固态材料变形和液凝胶流动吸能同时作用，并且由于液凝胶的剪切增稠，吸收能量卸载外力的能力随着冲击增大而增强，整个复合板吸能效果优秀，安全防护作用好。该柔性板重量较轻，形状可任意制定，应用范围广。
【主权项】
1.一种两相逆势凝胶柔性安全防护板，其特征在于:包括由气凝胶固态材料制成的顶板(I)、底板(2)、移动柱(3)、固定柱(4)、以及侧壁(5)，顶板(1)、底板(2)和侧壁(5)围成的封闭腔体内装有具有剪切增稠效应的液凝胶流体(6); 多个所述移动柱(3)分布在顶板(I)、底板(2)和侧壁(5)围成的内部空间内，移动柱(3)顶端与顶板(I)相连，底端自由，每个所述移动柱(3)四周包围有多个所述固定柱(4)，相邻固定柱间存在间隙，固定柱(4)的顶端和底端分别与顶板(I)和底板(2)相连，能够随着顶板(I)和底板(2)的移动变形而变形，移动柱(3)随着顶板(I)移动变形而对封装在复合板内部的液凝胶流体(6)施加挤压推动作用。2.根据权利要求1所述的一种两相逆势凝胶柔性安全防护板，其特征在于:所述的顶板(1)上下表面为平面、波纹状或者锯齿状。3.根据权利要求1所述的一种两相逆势凝胶柔性安全防护板，其特征在于:所述的底板(2)上下表面为平面、波纹状或者锯齿状。4.根据权利要求1所述的一种两相逆势凝胶柔性安全防护板，其特征在于:所述的移动柱(3)形状为方柱、圆柱、圆锥或者多面体截面柱。5.根据权利要求1所述的一种两相逆势凝胶柔性安全防护板，其特征在于:所述的固定柱(4)为方柱、圆柱、圆锥或者多面体截面柱。6.根据权利要求1所述的一种两相逆势凝胶柔性安全防护板，其特征在于:所述的侧壁(5)内外表面为平面、波纹状或者锯齿状。
【文档编号】F16F9/30GK106090105SQ201610671866
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月15日 公开号201610671866.4, CN 106090105 A, CN 106090105A, CN 201610671866, CN-A-106090105, CN106090105 A, CN106090105A, CN201610671866, CN201610671866.4
【发明人】陈曦, 闫渊, 刘涛, 张秀锋
【申请人】北京羲源创新科技有限公司