一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法技术

本发明专利技术公开了一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，所述吸能方法采用具有多端段‑单中间段的多段式结构的聚合物分子结构的热塑性弹性体进行吸能防护。所述热塑性弹性体聚合物分子各端段形成可逆分相物理交联；中间段为无定型态，并且，其中的至少部分链段中包含至少一种侧氢键基团，所述侧氢键基团可以形成链间超分子氢键动态交联。基于氢键的非共价性和动态可逆性，以动态聚合物热塑性弹性体作为吸能材料使用可以提供良好的阻尼、减震、隔音、抗冲击等功能，特别是应用于运动和日常生活与工作的身体防护、军警身体防护、防爆、空降和空投防护、汽车防撞、电子电器产品抗冲击防护等方面。

A method of energy absorption based on dynamic polymer thermoplastic elastomer

【技术实现步骤摘要】
一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法
本专利技术涉及一种吸能方法，具体涉及一种基于具有多端段-单中间段的多段式结构的聚合物分子构成的热塑性弹性体的吸能方法。
技术介绍
在日常生活、运动、休闲娱乐、军事、警务、安保、医护、生产等活动中，人体、动物体和物品等经常受到撞击、振动、震动、爆炸、声音等物理冲击的严重影响。通过使用吸能材料进行吸能，可以起到对这类物理冲击的有效防护、缓解。这些吸能方法分为主动式吸能与被动式吸能。主动式吸能包括使用减振器等方法，被动式吸能包括使用具有吸能功能的材料等方法。用于吸能的材料主要有金属、聚合物、复合材料等材料。其中，聚合物材料的能量损耗来源主要有以下几种：1，利用聚合物在其玻璃化转变温度附近具有高损耗因子的现象吸能。这种方法由于材料处在玻璃化转变温度附近，材料的力学性能对温度变化敏感，在使用过程中材料的力学性能易随环境温度的变化而剧烈变化，给使用带来困难。2，利用共价键等化学键的断裂以及材料内部产生裂纹甚至材料整体的断裂等过程吸能。在上述各过程中，共价键的断裂与宏观的裂纹、断裂不但无法恢复，还将导致材料的力学性能降低。在一次或少数几次吸能过程后，材料必须及时替换才能维持原有的性能。3，利用形变，特别是聚合物橡胶态或粘弹态的较大形变所带来的分子链段间的内摩擦吸能。这种方法通常需要材料发生较大的形变才能产生显著的效果，而当材料发生能量高损耗的形变后，往往无法恢复到原来的形状，无法继续使用，必须被更换。在现有技术中，用做吸能的聚合物材料常见的结构有基于上述各种能量损耗机理而设计得到的聚合物合金、聚合物互穿网络、聚合物弹性体等。这些用于吸能的结构往往是上述各机理的简单叠加，与单一的上述机理相比虽然一定程度上扩大了吸能范围提升了吸能效率，但仍然无法避免其不足。因此，需要发展一种新的吸能方法，特别是利用引入一种新的能量吸收和损耗机理的聚合物来进行吸能，以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
针对上述背景，本专利技术提供了一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法。为此，我们在传统的热塑性弹性体结构中引入含有超分子氢键交联的侧基和/或侧链，在保留热塑性弹性体其他良好性能的基础上，利用具有可逆性的超分子氢键的断裂作为吸能的主要手段。本专利技术可通过如下技术方案予以实现：在本专利技术的实施方式中，一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，提供一种动态聚合物热塑性弹性体，以此热塑性弹性体材料作为吸能材料进行吸能防护；其中，所述的热塑性弹性体的聚合物分子具有以下通式所示的多端段-单中间段的多段式结构，其中，A为端段，B为中间段；n为连接在中间段B上的端段A的数量，其大于等于2；各端段A相同或者不同，彼此之间相互混合或各自独立或既相互混合又各自独立地形成结晶相或与中间段B不相容的相或既有结晶相又有与中间段不相容的相，以形成基于各端段的可逆分相物理交联；任意两个端段之间隔着连接它们的中间段或中间段的子链段，且不通过除中间段以外的共价链接相链接；中间段B为无定型态，全部或部分链段中包含至少一种侧氢键基团，所述侧氢键基团形成链间超分子氢键动态交联。在本专利技术的实施方式中，一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，所述的热塑性弹性体聚合物分子中，聚合物分子的各端段A和中间段B各自独立地在其骨架链上还含有骨架氢键基团。在本专利技术的实施方式中，一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，所述的热塑性弹性体聚合物分子中，平均每100个中间段B骨架重复单元接入含氢键基团的侧基、侧链或侧基和侧链中的数目为0.1至200个。在本专利技术的实施方式中，一种动态聚合物热塑性弹性体，其中还含有其他多端段-单中间段的多段式结构的热塑性弹性体聚合物成分、其他两段式热塑性弹性体聚合物成分、其他软段不含有任意侧氢键基团的热塑性弹性体聚合物成分、其他热塑性聚合物成分中的至少一种。在本专利技术的实施方式中，一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，所述的动态聚合物热塑性弹性体是固体聚合物、水凝胶、离子液体凝胶、齐聚物溶胀凝胶、增塑剂溶胀凝胶、有机凝胶、泡沫材料。在本专利技术的实施方式中，一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，构成所述热塑性弹性体的组分还包括以下任一种或任几种可添加物：助剂、添加剂、填料。在本专利技术的实施方式中，一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，所述的吸能方法应用于运动和日常生活与工作的身体防护、军警身体防护、防爆、空降和空投防护、汽车防撞、电子电器产品抗冲击防护、隔音、减震。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提供的吸能方法中，首先构建基于多端段-单中间段的多段式结构且端段以结晶/相分离形成交联、中间段以氢键形成交联的动态聚合物热塑性弹性体。基于中间段中的动态性氢键交联，弹性体在受到物理冲击时，能够产生增稠效应，吸收冲击能；另一方面，当冲击力大于交联氢键的强度时，交联氢键受力断裂，产生基于动态超分子解离的能力损耗，进一步产生吸能作用。这种多重吸能机理是现有技术所缺乏的。此外，冲击解除后，氢键交联又可以重新生成，吸能效能多次使用也不容易降低，这也比现有吸能方法和技术有巨大的优势。(2)本专利技术提供的吸能方法中，所述动态聚合物热塑性弹性体利用侧氢键基团形成中间段链间交联，并基于侧氢键交联进行多重能量吸收和耗散。由于侧氢键基团在侧基和/或侧链上，是悬挂在骨架链侧边的基团，其基团和链的运动更加自由，因此动态性更强，在受到物理冲击时，响应更快；冲击解除后，恢复也更快，有利于高频多次防护。(3)通过合理的分子设计，可调节其对环境温度的敏感度，以适用于更宽的温度范围，同一个产品可以在不同的温度环境下使用而不容易出现性能差异，比现有吸能方法中使用的材料更具优势。(4)本专利技术中所利用的中间段链间超分子氢键交联还可以提供材料的韧性和自修复性，比现有吸能方法中使用的吸能材料使用场合更广、寿命更长。(5)本专利技术提供的吸能方法所利用的动态聚合物热塑性弹性体具有良好的可调控性。通过结构设计和合成，可制备出具有不同结构、表观特征、性能可调、用途广泛的动态聚合物；通过控制侧基和/或侧链上氢键基团的种类和数目，可以制备动态可逆性强弱不同的动态聚合物热塑性弹性体；通过控制端段物理交联和中间段超分子氢键交联两者成分的比例，可以制备出不同力学性能、不同自修复性等多样性的动态聚合物热塑性弹性体。这在传统的用作吸能的材料里面是难以做到的。具体实施方式本专利技术涉及一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，其特征在于，提供一种动态聚合物热塑性弹性体，以此热塑性弹性体材料作为吸能材料进行吸能防护；其中所述的热塑性弹性体的聚合物分子具有多端段-单中间段的多段式结构，各端段之间相互和/或各自独立地可形成结晶相和/或与中间段不相容的非晶相，以形成基于各端段的可逆分相物理交联；其中中间段为无定型态，并且，其中的至少部分链段中包含至少一种侧基和/或侧链上的侧氢键基团，所述侧氢键基团可以形成链间超分子氢键动态交联。在本专利技术中，所述的吸能指针对包括但不限于对撞击、振动、震动、爆炸、声音所造成的物理冲击的能量的吸收，不包括仅对热能和/或电能的吸收。本专利技术中所述的“聚合”为链的增长过程/作用，也即通过分子间反应/作用(包括共价化学反应和非共价/超分子作用)形成直链、支化、环、二维/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，其特征在于，提供一种动态聚合物热塑性弹性体，以此热塑性弹性体材料作为吸能材料进行吸能防护；其中，所述的热塑性弹性体的聚合物分子具有以下通式所示的多端段‑单中间段的多段式结构，

【技术特征摘要】
1.一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，其特征在于，提供一种动态聚合物热塑性弹性体，以此热塑性弹性体材料作为吸能材料进行吸能防护；其中，所述的热塑性弹性体的聚合物分子具有以下通式所示的多端段-单中间段的多段式结构，其中，A为端段，B为中间段；n为连接在中间段B上的端段A的数量，其大于等于2；各端段A相同或者不同，彼此之间相互混合或各自独立或既相互混合又各自独立地形成结晶相或与中间段B不相容的相或既有结晶相又有与中间段不相容的相，以形成基于端段的可逆分相物理交联；任意两个端段之间隔着连接它们的中间段或中间段的子链段，且不通过除中间段以外的共价链接相链接；中间段B为无定型态，全部或部分链段中包含至少一种侧氢键基团，所述侧氢键基团形成链间超分子氢键动态交联。2.根据权利要求1所述的一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，其特征在于，所述的热塑性弹性体聚合物分子中间段B上的侧氢键基团是同时含有氢键供体和氢键受体形成不超过四齿氢键的氢键基团。3.根据权利要求1所述的一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，其特征在于，所述的热塑性弹性体聚合物分子中间段B上的侧氢键基团含有下述通式所示结构中的至少一种，其中，X选自氧原子、硫原子、氮原子、硅原子、碳原子，Y选自氧原子、硫原子；其中，a为与X原子相连的R1或R2的数目；当X为氧原子或硫原子时，a为0，R1和R2不存在；当X为氮原子时，a为1，R1和R2各自独立地选自氢原子、取代原子或取代基；当X为硅原子或碳原子时，a为1，各个R1和R2各自独立地选自氢原子、取代原子或取代基；其中，G1、G2为端基；其中，L为二价连接基团；其中，L与R1、R2、G1、G2中任一基团之间相连成桥或不相连成桥，R1与G1相连成桥或不相连成桥，R2与G2相连成桥或不相连成桥。4.根据权利要求3所述的一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，其特征在于，所述的热塑性弹性体聚合物分子中间段B上的侧氢键基团中，R1、R2、G1、G2各自独立选自氢原子、卤素原子、C1-20烃基、C1-20杂烃基、取代的C1-20烃基、取代的杂烃基；L选自C1-20亚烃基、二价C1-20杂烃基、取代的C1-20亚烃基、取代的二价C1-20杂烃基及其任意多种的组合形成的基团。5.根据权利要求3所述的一种基于动态聚合物热塑性弹性体的吸能方法，其特征在于，所述的热塑性弹性体聚合物分子中间段B上的侧氢键基团中，R1、R2、G1、G2各自独立选自氢原子、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基、苄基、三...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：翁秋梅，
类型：发明
国别省市：福建,35