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纳米流体能量吸收材料

成果编号:19 单位名称:陕西煤业化工技术研究院有限责任公司

学术领域:新材料 技术成熟度:

关键词:

成果简介

纳米多孔材料本身由疏水性材料制成,在常规情况下,功能流体无法进入到纳米材料孔道当中,一旦发生外力作用,功能液体将进入纳米孔道,通过这一过程,将外力机械功转换为液固两相间的盈余表面张力和摩擦力,真正实现了能量守恒转化,外力撤消后,功能液体将流出纳米孔道,因此,材料本身可以反复多次使用。

目前,根据检测结果,纳米流体能量吸收材料是任何当前市面上的能量吸收材料的几十乃至数百倍以上。在高速冲击下,纳米约束的液体分子所展现出的独特构型可以极大程度地迁移和减缓冲击波,效果远优于任何已知材料。



主要技术指标

纳米多孔材料本身由疏水性材料制成,在常规情况下,功能流体无法进入到纳米材料孔道当中,一旦发生外力作用,功能液体将进入纳米孔道,通过这一过程,将外力机械功转换为液固两相间的盈余表面张力和摩擦力,真正实现了能量守恒转化,外力撤消后,功能液体将流出纳米孔道,因此,材料本身可以反复多次使用。1g纳米多孔材料的比表面积可以达到100—2000平方米,是基体材料的几十亿倍,其吸收密度可以达到60-200J/g以上。

序号

                           项目

             指标

   1

                        凝沸点

      -40℃—70℃

   2

                          密度

0.8 g/cm3—1.2g/ cm3

   3

                   能量吸收密度

           ≥60J/g

   4

                   吸能响应速度

           ≤4ms

   5

能量吸收模块实现功能目标时能承受的最大压强

           ≥150MPa

   6

冲击回弹实验,(误差<±0.5%)室温(22±5℃)

回弹值%(16.0-17.2)

 

目前,根据检测结果,纳米流体能量吸收材料是任何当前市面上的能量吸收材料的几十乃至数百倍以上。在高速冲击下,纳米约束的液体分子所展现出的独特构型可以极大程度地迁移和减缓冲击波,效果远优于任何已知材料。

吸能材料

密度(g/cm3)

吸能密度(J/g)

          常规产品

高聚物泡沫材料

     0.03-0.3

    0.1-2

EPP、EPE、EPS、EVA、发泡海绵、聚氨酯、HDPE、LDPE

金属泡沫材料

      0.1-0.3

     1-20

        泡沫铝

多孔编织复合材料

         0.1

     1-10

         涤纶

形状记忆合金

         5-7

     <1


NFEAM *

      0.8-1.2

   60-200


纳米流体能量吸收材料结构简单,成本低廉,性能在大范围内可调(仅需简单改动就可使材料适用于不同的工业、军用、民用的应用中)。材料可以方便地嵌入任何现有的需保护的系统中,无需对现有系统进行重大结构改造。目前,已经在国家劳动保护用品质量监督检验中心,中船重工七二五研究所进行了第三方评价测试,检测结果表明,纳米流体能量吸收材料可以提高安全帽和摩托车头盔吸能性能60%—70%左右。

应用案例

国家劳动保护用品质量监督检验中心头盔检测

在头模之上戴上头盔,共计5KG,传感器置于头盔与头模之间,从1.8米高处落下,头盔率先着地,传感器感应到重力加速度越小,吸能效果越好。

加入吸能模块的头盔

未加吸能模块的头盔

峰值:221.0g

150g作用时间:1.73ms

峰值:830.0g

150g作用时间:1.09ms

200g作用时间:0.74ms

200g作用时间:0.90ms

峰值:293.1g

150g作用时间:1.78ms

峰值:958.3g

150g作用时间:1.09ms

200g作用时间:1.25ms

200g作用时间:0.93ms

峰值:245.3g

150g作用时间:2.2.ms

峰值:958.3g

150g作用时间:0.92ms

200g作用时间:1.40ms

200g作用时间:0.83ms

峰值:512.6g

150g作用时间:1.68ms

峰值:958.3g

150g作用时间:0.92ms

200g作用时间:1.40ms

200g作用时间:0.83ms

峰值:142.8g

150g作用时间:0.00ms

峰值:541.2g

150g作用时间:0.96ms

200g作用时间:0.00ms

200g作用时间:0.77ms

峰值:249.5g

150g作用时间:2.06ms

峰值:958.3g

150g作用时间:0.88ms

200g作用时间:1.45ms

200g作用时间:0.82ms

落锤试验

将传感器放置于四种减震测试材料下方,5kg锤头从30厘米高处落下,材料会吸收冲击力,材料底部的传感器记录未吸收的冲击力峰值,未吸收冲击力峰值越小,说明材料本身吸收冲击力效果越好。

吸能材料

EVA

硅胶

EPS

纳米流体能量吸收材料

锤头重量

5KG

5KG

5KG

5KG

冲击力峰值

515KG

692KG

903KG

234KG

图像资料

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