能量吸收件制造技术

提供一种包括多孔聚合物材料的能量吸收件。所述聚合物材料由包括连续相的热塑性组合物形成，所述连续相包含基体聚合物并且微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂以离散区域的形式分散在所述连续相内，在所述材料中限定出多孔网络，所述多孔网络包括具有约800纳米或更小的平均横截面尺寸的多个纳米孔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】能量吸收件 相关申请 本申请要求2013年6月12日递交的序列号为61/833, 996的美国临时申请和2013 年11月22日递交的序列号为61/907, 548的美国临时申请的优先权，将其整体引入本文作 为参考。 专利技术背景 在大部分类型的冲击保护装置和服装如防弹（弹道）背心、头盔、护肘或护胫等 中，冲击能量经硬质材料传递并之后进入身体，造成挫伤或撞击创伤。例如，防弹衣通常包 括包在织物外罩内的多层Kevlar?和Spectra⑧织造织物，其统称为"弹道包（ballistic pack) "。当子弹进入Kevlar?层时，其被缠在纤维内并停止其前进运动，但是它并不会抑 制或吸收冲击的传递能。为了降低冲击创伤，通常将创伤包与弹道包连用。这些创伤包也 通常由Kevlar?或Spectra?:织物构成，但由比弹道包中的层更薄的多个层组成。但创伤 包能增加大量重量并降低背心的柔性。由于这些问题，泡沫垫也已经被开发成减震器。然 而，尽管能够在压力下压缩并变平，但泡沫材料通常不能用作良好的能量吸收器，因为它们 不会流动或顺应于具体形状。 如此，目前存在对在各种制品如保护装置中用作能量吸收件的改进的材料的需 求。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施方案，公开了一种能量吸收件，其包括聚合物材料。所述聚 合物材料由热塑性组合物形成，所述热塑性组合物含有包括基体聚合物的连续相。微米包 含物添加剂和纳米包含物添加剂以离散区域的形式分散在连续相中，其中在所述材料中限 定出多孔网络，所述多孔网络包含多个纳米孔，所述纳米孔具有约800纳米或更小的平均 横截面尺寸。 本专利技术的其它特征和方面将在下方更详细地讨论。 附图的简要说明 针对本领域普通技术人员的本专利技术的完整且能够实现的公开（包括其最佳方式） 在说明书的剩余部分中参照附图被更具体地阐述，其中： 图1是可应用本专利技术的能量吸收件的保护装置的一个实施方案的前视图； 图2是可应用本专利技术的能量吸收件的保护装置的另一个实施方案的透视图； 图3是可在本专利技术中使用的能量吸收件的一个实施方案的剖视图； 图4是可在本专利技术中使用的能量吸收件的另一个实施方案的剖视图； 图5是可在本专利技术中使用的能量吸收件的又一个实施方案的剖视图； 图6-7是实施例3的未拉伸膜的扫描式电子显微镜（SEM)显微照片（膜沿平行于 机器方向的方向被切开）； 图8-9是实施例3的已拉伸膜的SEM显微照片（膜沿平行于机器方向的方向被切 开）； 图10-11是实施例4的未拉伸膜的SEM显微照片，其中在图10中膜沿垂直于机器 方向的方向被切开，并且在图11中膜沿平行于机器方向的方向被切开；以及 图12-13是实施例4的已拉伸膜的SEM显微照片（膜沿平行于机器方向的方向被 切开）。 在本说明书和附图中的附图标记的重复使用旨在代表本专利技术的相同或类似的特 征或元件。【具体实施方式】 详沐 现在将详细参照本专利技术的各种实施方案，其一个或多个实施例在以下阐述。每个 实施例以解释本专利技术而不是限制本专利技术的方式提供。事实上，对于本领域技术人员显而易 见的是，在不背离本专利技术的范围或精神的情况下，可以在本专利技术中做出各种修改和变化。例 如，作为一个实施方案的部分说明或描述的特征，可以用于另一个实施方案以产生又一个 实施方案。因此，本专利技术打算覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这样的修改和 变化。 -般而言，本专利技术涉及包含多孔聚合物材料的能量吸收件（例如膜、纤维材料、模 塑制品等）。所述聚合物材料由热塑性组合物形成，所述热塑性组合物含有包含基体聚合 物、微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂的连续相。所述添加剂可如此选择，以使得它们 具有不同于基体聚合物的弹性模量。以这种方式，所述微米包含物添加剂和纳米包含物添 加剂可以分别作为离散的微米级和纳米级相区域分散在所述连续相中。本专利技术人已经发 现，在经受变形和拉长应变（例如拉伸）时，微米级和纳米级相区域能够以独特的方式相互 影响，以形成孔的网络。即，据信，由于材料的不相容性引起的应力集中，拉伸应变可以在微 米级离散相区域附近产生加强的局部剪切区域和/或应力强度区域（例如，正应力）。这些 剪切和/或应力密集区域导致在邻近微米级区域的聚合物基体中的一些初始剥离。然而， 显著地，局部剪切和/或应力密集区域还可以在与微米级区域重叠的纳米级离散相区域附 近产生。这样的重叠剪切和/或应力密集区域导致在聚合物基体中发生甚至进一步的剥 离，从而在纳米级区域和/或微米级区域附近产生大量的纳米孔。 通过上述技术，可在聚合物材料中如此形成多孔网络，以使得所述孔在给定单位 体积的材料中所占的平均体积百分比是相对高的，如约15%至约80%每立方厘米，在一些 实施方案中约20 %至约70%，以及在一些实施方案中约30 %至约60 %每立方厘米材料。大 部分孔也是"纳米级"尺寸的（"纳米孔")，如具有约800纳米或更小，在一些实施方案中约 5至约250纳米，以及在一些实施方案中约10至约100纳米的平均横截面尺寸的那些。术 语"横截面尺寸"通常指代孔的特性尺寸（例如宽度或直径），该特性尺寸与其主轴线（例 如长度）基本正交并且通常还与在拉伸过程中施加的应力的方向基本正交。这样的纳米孔 例如可占聚合物材料的总孔体积的约15vol. %或更大，在一些实施方案中约20vol. %或 更大，在一些实施方案中约30vol. %至100vol. %，以及在一些实施方案中约40vol. %至 约 90vol. %。 由于聚合物材料的纳米孔位于离散相区域（例如微米级和/或纳米级）附近，所 述聚合物材料的纳米孔可在载荷下帮助消耗能量并且增加在低速和高速冲击下的冲击强 度。在不打算被理论限制的情况下，例如，据信，当经受相对低至中度冲击力时，可产生相对 慢速地传播经过聚合物材料的压力波。随着所述波的行进，所述聚合物材料可以可逆地压 缩或变形，并因此可通过经由孔结构内部变形吸收部分冲击能来缓和在冲击过程中对身体 部位的冲击。在高速冲击过程中，在冲击区域的力可大很多且产生的压力波可行进的快很 多。所述压力波可快很多地或从冲击时间起到达材料的外边界。可能的结果是在高很多的 压力下产生内部压力波，这导致在更高压力下的快很多的内部均衡。此外，通过注入邻近单 元，与它们可缓冲压力相比，单个孔被更快地压缩。因此，在高冲击速度下，仅就所述多孔结 构可承受压缩空气在孔体积内同时不断增加的压力而言，所述聚合物材料可以非破坏性地 压缩。在到达压力极限之后，除了本专利技术的孔仍可恢复其初始形状之外，聚合物材料的进一 步压缩需要多孔结构类似于传统硬质闭孔泡沫的破坏性变形。上述压力效应的总和是使得 聚合物材料在高速冲击过程中非常坚硬，但仍能恢复相当大比例的其初始形状。 所得聚合物材料可例如显示出高程度的冲击强度。材料例如可具有根据ASTM D6110-10在23°C下测定的约10千焦耳每平方厘米（"kj/m2"）或更高，在一些实施方案中 约20kJ/m2或更高，在一些实施方案中约35kJ/m2或更高，以及在一些实施方案中约45kJ/m2 至约100kJ/m2的简支梁缺口冲击强度（notchedCharpyimpactstrength)。并且，所述聚 合物材料能够在经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能量吸收件，其包括聚合物材料，其中，所述聚合物材料由热塑性组合物形成，所述热塑性组合物含有包括基体聚合物的连续相，并且进一步地，其中微米包含物添加剂和纳米包含物添加剂以离散区域的形式分散在所述连续相内，其中，在所述材料中限定出多孔网络，所述多孔网络包括具有约800纳米或更小的平均横截面尺寸的多个纳米孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·A·托波尔卡雷夫，R·J·麦克尼尼，N·T·肖勒，P·S·洛兹切尔，M·M·姆莱茨瓦，
申请(专利权)人：金伯利克拉克环球有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US