一种轻质高强度缓冲复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种轻质高强度缓冲复合材料的制备方法。该方法是将热塑性树脂浸渍到高强度纤维中制成的高强度纤维板加热到热塑性树脂熔点以上后快速模压冷却定型，将一次性制成的高强度纤维壳放入模具中，再将植物油基软骨仿生缓冲减震材料注入高强度纤维壳中，在模具的上模面固定有表面贴有TPU膜的布料，TPU膜在靠近缓冲材料一侧，锁住模具待植物油基软骨仿生缓冲减震材料发泡固化定型，即得到该缓冲复合材料。该方法生产效率高，在高强度纤维片的冷压定型环节，使生产时间显著缩短，从现有的30‑35分钟/模提升至1‑3分钟/模，提高了约10倍。在安全与防暴、运动防护产品、智能装备震动保护产品、医疗减震与防护产品中可广泛应用。

Lightweight high strength buffering composite material, preparation method and application thereof

The invention discloses a preparation method of a lightweight high strength buffering composite material. This method is a thermoplastic resin impregnated into high strength fiber heating plate made of high strength fiber to thermoplastic resin above the melting point after rapid cooling molding, high strength fiber shell will be a one-time made into mould, then the vegetable oil based cushioning material into bionic cartilage with high strength fiber shell. The TPU film is adhered on the surface of the cloth is fixed on the upper die surface mold, TPU membrane near the buffer material side, lock the mold for vegetable oil based cushioning material curing foaming bionic cartilage shape, to obtain the composite buffer. The method has high production efficiency, in the cold rolled high strength fiber sheet forming part, the production time is obviously shortened, from the existing 30 35 minutes / 1 to 3 minutes / die, increased by about 10 times. It can be widely used in safety and anti riot, sports protection products, intelligent equipment, shock protection products, medical shock absorption and protection products.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于缓冲材料的
，具体涉及一种轻质高强度缓冲复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
传统的运动防护产品，为了提高抗击打能力，一般会采用钢片外壳再加上缓冲材料，或者使用ABS塑料与缓冲材料组合，这样使防护体具有强硬的外壳可以抗击打不变形，但同时又有缓冲材料的减震功能，使穿戴者能够更好地在一般激烈运动或场景保护身体不受伤害，比如冰球运动员的护胫，护膝；防暴警察的头盔，护肘，护膝，盾牌，安全鞋的包头，医疗夹具，机器人护甲。但同时也存在以下缺陷：1.采用钢片会比较笨重，使穿戴者会增加工作负荷，使运动员会表现不佳；2.采用ABS塑料如果材料薄一些会轻便，但抗打击能力会不如钢片，并且不防穿刺。目前，由于轻便而且强度超高的纤维制品具有超高的比强度，优异的耐温性，使其代替钢片成为一种趋势，然而对高强度纤维制备的研究和应用刚起步，大多高强度纤维主要应用在建筑增强和箱包外壳领域，尚未见有关在运动防护产品上的应用，究其原因如下：(1)在专利技术专利CN103847166A中指出，现有方法通常使用连续单向纤维布浸渍热固性树脂后热压成型做成纤维板，然后作为建筑增强件。这种方法制作的板材表面粗糙，仅能用作建筑板材这种表面要求不高的产品。(2)另一种方法是将高强度纤维在已制的壳模具内进行铺设，然后再放入树脂，模压并加温固化，见专利技术专利CN104401012A。因为这种做法的人工成本高，加之生产效率低，一个产品的成型时间达到30-35分钟，这样生产的制品单位模具成本高，人工成本也高，很难大量工业化生产。(3)专利技术专利CN105690907A是将高强度纤维先与热固性树脂拉制成板材，然后再模压成型应用到箱包壳体，其成功制备了高强度外壳，但因没有与缓冲材料结合，不能用于轻质高强度而又具备缓冲减震的防护产品中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，本专利技术的首要目的在于提供一种轻质高强度缓冲复合材料的制备方法。该方法生产效率高，在高强度纤维片的冷压定型环节，使生产时间显著缩短，从现有的30-35分钟/模提升至1-3分钟/模，提高了约10倍。本专利技术的另一目的在于提供上述方法制备的轻质高强度缓冲复合材料。本专利技术的再一目的在于提供上述轻质高强度缓冲复合材料的应用。本专利技术上述目的通过以下技术方案予以实现：一种轻质高强度缓冲复合材料的制备方法，主要包括以下步骤：S1.将热塑性树脂浸渍到高强度纤维中制成高强度纤维板，将高强度纤维板切割成高强度纤维板片；S2.将步骤S1切割的高强度纤维片加热1-3min后，在1-5秒内放到30-80℃的定型模具的下模上，启动冷压机，下模以100-500毫米/秒的速度上升至上模与下模夹持到高强度纤维片的位置，再以0.1-50毫米/秒的速度继续往上挤压到使模具完全夹持住高强度纤维片，然后定型30-120秒后，得到定型的高强度纤维壳；S3.将制得的高强度纤维壳放入成品模具中，将植物油基软骨仿生缓冲减震材料注入到高强度纤维壳中，将表面粘有TPU膜的布料固定在成品模具的上模面，TPU膜在靠近植物油基软骨仿生缓冲减震材料一侧，盖上上模后，锁住模具待植物油基软骨仿生缓冲减震材料发泡固化定型后，即得轻质高强度缓冲复合材料。优选地，步骤S1中所述热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚异丁烯、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯醚或热塑性聚氨酯。优选地，步骤S1中所述高强度纤维为碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维、分子量大于100万的聚乙烯中的一种或任意两种。优选地，步骤S2中所述定型模具为下模表面抛光并喷有铁氟龙涂层的金属模具，所述金属为熔点为400℃以上的固体金属。优选地，步骤S2中所述加热的温度为高于所述热塑性树脂的熔点5-10℃。优选地，步骤S3中所述植物油基软骨仿生缓冲减震材料为专利申请号201610979730.X所述材料。上述方法制备的轻质高强度缓冲复合材料，包括热塑性树脂、高强度纤维、植物油基软骨仿生缓冲减震材料、TPU膜和布料。优选地，所述TPU膜的厚度为0.015～1毫米，所述布料为网布，布料的克重为100-400克/平方米。优选地，所述布料为多孔透气网布。更为优选地，所述布料为涤纶或锦纶。上述方法制备的轻质高强度缓冲复合材料及其在安全与防暴、运动防护产品、智能装备震动保护产品、医疗减震与防护产品中的应用。本专利技术中在制备定型的高强度纤维壳中的关键点在于，材料放到模具上要迅速启动冷压机，这里需要让纤维片不要冷却，保持溶融状态，使材料在液相向固相转变的过程中，在机械力的作用下，逐渐定形为模具设定的形状。当冷压机刚开始启动时到上下模具靠近至夹持到纤维片这个过程的速度为100-500毫米/秒，但到达上下模具夹持到纤维片位置后，速度立刻降低至0.1-50毫米/秒，这是为了防止速度太快将纤维片拉坏，并继续挤压并最终达到模具的完全夹持纤维片的状态，然后定型30-120秒后，上下模具会再次完全合拢，利用模具上设置的切边刀将已定型的纤维片多余边料切除，然后上下模具会自动分开，从模具中取出定型的高强度纤维壳。这样使定型的高强度纤维壳表面美观，成型角度饱满美观，而且边角料通过模具自动切除，省去人工修边的工序和成本。本专利技术的定型高强度纤维壳的模具优选为铜，铁，铝中一种以上，这是由于工艺操作温度限制，并且模具要承受挤压力而必须具有一定强度，故所述金属为熔点为400℃以上的固体金属，且经济成本低廉。表面抛光和喷涂铁氟龙涂层是因为模具的下模表面光滑可以使纤维壳制品表面光滑美观，生产制品时更容易脱模。本专利技术在缓冲复合材料中设置有布料，使缓冲复合材料在后续加工制成防护制品时，可以直接与穿戴装置缝合，无需将缓冲复合材料放置在穿戴装置的保护罩中，使本缓冲复合材料的高强度纤度外壳直接外露。这样的优势有四个：(1)使成品制作更加简单，无需制作复杂的保护罩而用简单的固定带取代；(2)高强度纤维外壳外露，增加了防护制品的美观感和实在感；(3)在防护时因高强度纤度外壳作为最先接触撞击物，最终的防护性更好，在摩擦加撞击损伤时的防护状态不会出现因保护罩强度不够破裂而造成防护制品脱落，失去保护功效；(4)多孔透气网布有利于散热，使穿戴者不易出汗，穿着舒适，布料只作为固定而非耐摩擦与防撞击材料，具有一定的强度即可保证穿戴的稳固性。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术的缓冲复合材料制作工艺的生产效率高，在高强度纤维片的冷压定型环节，使生产时间显著缩短，从现有的30-35分钟/模提升至1-3分钟/模，提高了约10倍，模具设计具有切边装置，省去修边工序，使生产成本降低。2.本专利技术采用抛光并喷涂铁氟龙表面涂层的金属模具，生产制品时更容易脱模，且不需要抛光打磨喷漆工序，就能使成品外观达到光滑细腻的效果，使所制得缓冲复合材料的外观美观。3.本专利技术制备的缓冲复合材料兼具高强度和高缓冲特性，并且质量轻盈，外壳强度可与钢片媲美，表面抗穿刺强度达到1200N以上，整体缓冲性能在13毫米厚度即可达EN1621-1的2级水平。4.本专利技术在缓冲复合材料中设置有布料，在后续加工制成防护制品时，无需制作复杂的保护罩而用简单的固定带取代，可以将缓冲复合材料直接与穿戴装置缝合，使本缓冲复合材料的高强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轻质高强度缓冲复合材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：S1.将热塑性树脂浸渍到高强度纤维中制成高强度纤维板，将高强度纤维板切割成高强度纤维板片；S2.将步骤S1切割的高强度纤维片加热1‑3min后，在1‑5秒内放到30‑80℃的定型模具的下模上，启动冷压机，下模以100‑500毫米/秒的速度上升至上模与下模夹持到高强度纤维片的位置，再以0.1‑50毫米/秒的速度继续往上挤压到使模具完全夹持住高强度纤维片，然后定型30‑120秒后，上下模具再次完全合拢，利用模具上设置的切边刀切除已定形好的纤维片上的多余边料，然后上下模具会自动分开，得到定型的高强度纤维壳；S3.将制得的高强度纤维壳放入成品模具中，将植物油基软骨仿生缓冲减震材料注入到高强度纤维壳中，将表面粘有TPU膜的布料固定在成品模具的上模面，TPU膜在靠近植物油基软骨仿生缓冲减震材料一侧，盖上上模后，锁住模具待植物油基软骨仿生缓冲减震材料发泡固化定型后，开模，取出，修边去掉废料，即得轻质高强度缓冲复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种轻质高强度缓冲复合材料的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：S1.将热塑性树脂浸渍到高强度纤维中制成高强度纤维板，将高强度纤维板切割成高强度纤维板片；S2.将步骤S1切割的高强度纤维片加热1-3min后，在1-5秒内放到30-80℃的定型模具的下模上，启动冷压机，下模以100-500毫米/秒的速度上升至上模与下模夹持到高强度纤维片的位置，再以0.1-50毫米/秒的速度继续往上挤压到使模具完全夹持住高强度纤维片，然后定型30-120秒后，上下模具再次完全合拢，利用模具上设置的切边刀切除已定形好的纤维片上的多余边料，然后上下模具会自动分开，得到定型的高强度纤维壳；S3.将制得的高强度纤维壳放入成品模具中，将植物油基软骨仿生缓冲减震材料注入到高强度纤维壳中，将表面粘有TPU膜的布料固定在成品模具的上模面，TPU膜在靠近植物油基软骨仿生缓冲减震材料一侧，盖上上模后，锁住模具待植物油基软骨仿生缓冲减震材料发泡固化定型后，开模，取出，修边去掉废料，即得轻质高强度缓冲复合材料。2.根据权利要求1所述轻质高强度缓冲复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚异丁烯、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯醚或热塑性聚氨酯。3.根据权利要求1所述轻质...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小刚，王博伟，陈可儿，
申请(专利权)人：佛山林至高分子材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44