一种含气凝胶的缓冲结构制造技术

本发明专利技术公开一种含气凝胶的缓冲结构，其特征在于，所述含气凝胶的缓冲结构由气凝胶、密封箱以及平行放置于密封箱中的薄壁空芯金属管构成，所述气凝胶填充在薄壁空芯金属管之间的间隙中。本发明专利技术提供的一种含气凝胶的缓冲结构，具有优异的减震吸能、抗冲击、防火隔热性能，适用于汽车防护、空投等领域，特别适用于高空空投、重型设备空投、载人空投、无伞空投等领域，拓展气凝胶的应用领域，市场前景巨大。

A buffer structure containing aerogels

The invention discloses a buffer structure containing aerogels, which is characterized by that the buffer structure of aerogels is composed of aerogels, sealing boxes, and thin-walled hollow metal tubes which are placed in a sealed box in parallel, and the aerogels are filled in gaps between thin-walled hollow metal tubes. The invention provides an aerogel based buffer structure, which has excellent shock absorption, energy absorption, impact resistance, fire and heat insulation performance, and is suitable for automobile protection, airdrop and other fields. It is especially suitable for high-altitude airdrop, heavy equipment airdrop, manned airdrop, Umbrella FREE airdrop and other fields. It expands the application field of aerogel and has huge market prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种含气凝胶的缓冲结构
本专利技术涉及一种缓冲结构，尤其涉及一种含气凝胶的缓冲结构，属于抗冲击、防爆、减震吸能复合材料领域。
技术介绍
气凝胶是一种具有三维网络骨架结构和纳米级孔洞的轻质无机固体材料，具有极高的孔隙率、比表面积，极低的密度和固含量，化学惰性和不燃性，表现出优异的绝热、防火、隔音、减震吸能以及透明等特性，导热系数可低至0.015W/m·K以下，是所有固体材料中隔热保温性能最好的一种，可广泛应用于国防军工、航空航天、安保反恐等军事领域以及绿色建筑、热量传输、太阳能利用、公共交通、金融设备防护等民用领域。薄壁空芯金属管是最传统、最有效的缓冲吸能结构，已经广泛应用于汽车、铁路列车、飞机和船舶等几乎所有运载工具的碰撞能量耗散系统中，经过合理的设计，薄壁管结构具有可控制的破坏模式、较平稳的压缩载荷，是一种优异的缓冲吸能元件。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种含气凝胶的缓冲结构。本专利技术的一种含气凝胶的缓冲结构，所述含气凝胶的缓冲结构由气凝胶材料、密封箱以及平行放置于所述密封箱中的多个薄壁空芯金属管构成，所述薄壁空芯金属管的两端与密封箱连接，所述气凝胶材料填充在薄壁空芯金属管之间的间隙中。在其中一个实施例中，所述薄壁空芯金属管的横截面形状为圆形、矩形、六边形、八边形、三角形、五角形中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述薄壁空芯金属管的壁厚为1-4mm，所述薄壁空芯金属管的内径为10-100mm。在其中一个实施例中，所述密封箱的长和宽为0.05-2m、高为0.05-1m，所述密封箱壁厚为1-10mm。在其中一个实施例中，所述密封箱和所述薄壁空芯金属管的材质为铝、铁、铜、钢、形状记忆合金、阻尼合金中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述形状记忆合金为镍钛形状记忆合金、铜基形状记忆合金或铁基形状记忆合金，所述铜基形状记忆合金为Cu-Zn-Al系或Cu-Al-Ni系形状记忆合金，所述铁基形状记忆合金为Fe-Mn-Si系形状记忆合金、Fe-Ni-Co系形状记忆合金、Fe-Pt系形状记忆合金或Fe-Pd系形状记忆合金；所述阻尼合金为高阻尼钛合金、高阻尼铝合金、高阻尼镁合金、高阻尼铁基合金、高阻尼锌基合金、高阻尼锰基合金、高阻尼铜基合金中的一种。在其中一个实施例中，所述薄壁空芯金属管和所述密封箱一体成型或者通过焊接连接。在其中一个实施例中，所述薄壁空芯金属管内部填充泡沫铝、发泡聚氨酯、发泡聚苯乙烯或气凝胶材料。在其中一个实施例中，所述气凝胶材料为气凝胶、纤维增强气凝胶、胶粘剂增强气凝胶中的一种或多种，所述纤维增强气凝胶为以纤维作为增强相的气凝胶复合材料，所述胶粘剂增强气凝胶为以胶粘剂作为粘结增强相的气凝胶复合材料。在其中一个实施例中，所述气凝胶为SiO2气凝胶、TiO2气凝胶、碳气凝胶、Fe3O4气凝胶或V2O5气凝胶。在其中一个实施例中，所述胶粘剂为有机胶粘剂或无机胶粘剂，所述有机胶粘剂为水性松香树脂、水性醇酸树脂、水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯树脂、水性有机硅树脂、水性氟碳树脂、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂、聚氯乙烯树脂、聚丙烯树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂中的一种或多种，所述无机胶粘剂为水泥、石膏、石灰石、水玻璃、氧化铜-磷酸胶中的一种或多种。在其中一个实施例中，所述纤维为玻璃纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维、碳纤维中的一种或多种。一种缓冲结构，将上述任一含气凝胶的缓冲结构并排放置或叠加放置，得到的缓冲结构。上述含气凝胶的缓冲结构具有优异的减震吸能、抗冲击、防火隔热性能，适用于汽车防护、空投等领域，特别适用于高空空投、重型设备空投、载人空投、无伞空投等领域，拓展气凝胶的应用领域，市场前景巨大。附图说明图1为本专利技术的含气凝胶的缓冲结构的纵向界面剖析图，其中，1-薄壁空芯金属管，2-气凝胶材料，3-密封箱；图2为本专利技术的含气凝胶的缓冲结构的横向界面剖析图，其中，1-薄壁空芯金属管，2-气凝胶材料，3-密封箱；图3为本专利技术的另一含气凝胶的缓冲结构的纵向界面剖析图，其中，1-薄壁空芯金属管，2-气凝胶材料，3-密封箱，4-空气。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。本专利技术的含气凝胶的缓冲结构的一种实施例，所述含气凝胶的缓冲结构由气凝胶材料2、密封箱3以及平行放置于所述密封箱3中的多个薄壁空芯金属管1构成，所述薄壁空芯金属管1的两端与密封箱3连接，所述气凝胶材料2填充在薄壁空芯金属管1之间的间隙中，如图1和图2所示。如此，薄壁空芯金属管在轴向受到冲击时，发生渐进叠缩式变形，即塑性铰（即管壁褶皱）有序的从结构一端形成；也可能发生Euler变形，即薄壁空芯金属管在初始变形时受到横向弯曲变形的作用，第一个塑性铰发生在结构的中部，进而吸收消耗冲击能量。气凝胶具有纳米多孔结构和三维网络结构，具有优异的保温隔热、减震吸能等特性，气凝胶材料保留气凝胶所有的特性，将气凝胶材料填充在薄壁空芯金属管的间隙中，该复合结构受到外力时，一方面，薄壁空芯金属管发生变形，产生无数个塑性铰，吸收能量，另一方面，气凝胶材料首先发生弹性变形，吸收部分能量，随着外力的增加，气凝胶材料发生骨架坍塌，吸收大量的能量，并且，气凝胶材料与薄壁空芯金属管具有耦合协同作用，即塑性铰产生的过程中会进入气凝胶材料，此过程需要破坏无数个气凝胶的纳米孔壁，吸收大量能量，因此，本专利技术的缓冲结构具有优异的减震吸能、高阻尼性能。此外，气凝胶材料可以填充部分薄壁空芯金属管的孔隙，在密封箱中保留适当空气层4，如图3所示。本实施例中，所述薄壁空芯金属管的横截面形状为圆形、矩形、六边形、八边形、三角形、五角形中的一种或多种。此外，本专利技术的薄壁空芯金属管的横截面还可以为多边形、多角形（如锯齿状）。本实施例中，所述薄壁空芯金属管的壁厚为1-4mm，所述薄壁空芯金属管的内径为10-100mm。本实施例中，所述密封箱的长和宽为0.05-2m、高为0.05-1m，所述密封箱壁厚为1-10mm。如此，本专利技术优选长和宽相等的密封箱，这样有利于模块化管理，以空投为例，可以根据需要投放的设备或物资的重量，选择合适尺寸的缓冲结构，或者将多个缓冲结构组合使用。本实施例中，所述密封箱和所述薄壁空芯金属管的材质为铝、铁、铜、钢、形状记忆合金、阻尼合金中的一种或多种。如此，形状记忆合金具有优异的马氏体相变能耗特性，应力或应变作用下，形状记忆合金发生马氏体到奥氏体的可逆相变，消耗吸收能量，并且形状记忆合金宏观表现为超高弹性和韧性，可以通过自身更高幅度的形变消耗更多的能量，阻尼性能显著；本专利技术的阻尼合金可以为通过马氏体内部孪晶界面的移动耗能的孪晶型阻尼材料，如Mn-Cu合金、Cu-Zn-Al合金等，可以为通过两相之间界面耗能的复相型阻尼材料，如Zn-Al合金等，还可以为通过应力诱发磁畴壁可逆或不可逆转动耗能的强磁型阻尼材料，如Fe-Cr合金等。本实施例中，所述形状记忆合金为镍钛形状记忆合金、铜基形状记忆合金或铁基形状记忆合金，所述铜基形状记忆合金为Cu-Zn-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含气凝胶的缓冲结构，其特征在于，所述含气凝胶的缓冲结构由气凝胶材料、密封箱以及平行放置于所述密封箱中的多个薄壁空芯金属管构成，所述薄壁空芯金属管的两端与密封箱连接，所述气凝胶材料填充在薄壁空芯金属管之间的间隙中。

【技术特征摘要】
1.一种含气凝胶的缓冲结构，其特征在于，所述含气凝胶的缓冲结构由气凝胶材料、密封箱以及平行放置于所述密封箱中的多个薄壁空芯金属管构成，所述薄壁空芯金属管的两端与密封箱连接，所述气凝胶材料填充在薄壁空芯金属管之间的间隙中。2.根据权利要求1所述一种含气凝胶的缓冲结构，其特征在于，所述薄壁空芯金属管的横截面形状为圆形、矩形、六边形、八边形、三角形、五角形中的一种或多种。3.根据权利要求1所述一种含气凝胶的缓冲结构，其特征在于，所述薄壁空芯金属管的壁厚为1-4mm，所述薄壁空芯金属管的内径为10-100mm。4.根据权利要求1所述一种含气凝胶的缓冲结构，其特征在于，所述密封箱的长和宽为0.05-2m、高为0.05-1m，所述密封箱壁厚为1-10mm。5.根据权利要求1所述一种含气凝胶的缓冲结构，其特征在于，所述密封箱和所述薄壁空芯金属管的材质为铝、铁、铜、钢、形状记忆合金、阻尼合金中的一种或多种；所述形状记忆合金为镍钛形状记忆合金、铜基形状记忆合金或铁基形状记忆合金，所述铜基形状记忆合金为Cu-Zn-Al系或Cu-Al-Ni系形状记忆合金，所述铁基形状记忆合金为Fe-Mn-Si系形状记忆合金、Fe-Ni-Co系形状记忆合金、Fe-Pt系形状记忆合金或Fe-Pd系形状记忆合金；所述阻尼合金为高阻尼钛合金、高阻尼铝合金、高阻尼镁合金、高阻尼铁基合金、高阻尼锌基合金、...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢军，卢孟磊，张丁日，卢梦言，左小荣，卢珊，卢斌，
申请(专利权)人：湖南尚成新材料科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43