[发明专利]一种刚度梯度拉胀材料的制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种刚度梯度拉胀材料的制备方法及用途，本发明方法是利用建模软件建模，将模型及数据导入激光切割机中，使用激光切割机切割和雕刻乳胶、聚氨酯、橡胶等弹性体，从而得到二维或三维刚度梯度均匀空隙拉胀材料。制备的刚度梯度均匀空隙结构拉胀材料可以用作鞋垫、鞋底、防弹服、人体防护垫、安全帽及头盔内衬、沙发坐垫、汽车安全座椅、枕头、包装材料、抗缓冲材料等。本发明的特点加工方便，可以一体化成型，适用原材料广。

技术领域

本发明涉及一种刚度梯度拉胀材料的制备方法及用途，尤其是用于制备服用面料、产业用的缓冲减震纺织品的刚度梯度拉胀材料的制备方法，属于纺织材料与技术领域。

背景技术

梯度功能材料是1986年由日本学者首先提出来的，至今已经有了飞速的发展。目前，国外应用梯度理论进行材料设计已涉及到热、电、光、磁等领域。但从力学性能出发，应用梯度理论，探讨设计力学梯度功能结构增强复合材料方面，还未见报道。变刚度材料也是一种功能梯度材料。通过改变材料内部的组分或者结构，可以得到刚度呈梯度变化的功能梯度零件。本发明采用一次成型的方式制备刚度梯度的均匀空隙结构拉胀材料，不仅可以做服装用，还可以做各种抗缓冲材料。

王璐(王璐，苗琳莉等，CN104706443A，2015)发明了一种具有刚度梯度变化的疝修补片，该发明具有足够强度和优良弹性，补片中间主体部分孔径大、柔软、面密度小，有利于组织长入和提高腹壁顺应性，补片边缘具有加强固定部分，提高了材料与缝合线或疝钉等固定装置的固位强度，且利于手术操作中将补片展平。樊瑜波(樊瑜波，李剑，CN106983551A，2017)提供了一种刚度梯度变化的多孔复合骨板及其制备方法，骨板由刚度依次增加的贴合层、过渡层、实体层依次连接构成，各层相应的位置贯穿有定位孔，刚度较小的贴合层与原骨相接触，可降低骨板接触面的刚度，改善应力遮挡效应，刚度较大的实体层实现固定连接；贴合层与过渡层上设有多孔结构，可促进细胞的粘附生长，形成更为牢固的生物固定，有利于骨板的长期有效服役；骨板整体结构采用3D打印一体成型，可实现从贴合层、过渡层的多孔结构到实体层的实体结构的自然过渡和衔接，具有明显的各项异性力学特性。

梯度孔隙材料属于功能梯度材料，兼有低孔隙率材料强度和刚度较高和高孔隙率材料吸音效果较好的优点，而且，梯度孔隙率材料对声波的阻抗沿梯度变化方向呈梯度变化规律，研究表明，渐变阻抗的多孔材料具有最佳的宽频吸声效果，在材料与空气的界面处和材料内部不存在材料成分和声阻的突变，因此，能够减少声音的反射和避免产生应力集中。从本发明的形状上看，该发明还属于梯度孔隙率材料，即沿着某个方向材料的孔隙率呈现梯度式的变化的材料，本发明由下至上孔隙率依次变小或变大。

乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司(P·戴-嘉罗，D·加里等，CN102083769A，2011)申请了一种具有孔隙率梯度和催化活性相梯度的陶瓷泡沫，该材料为圆柱形，外圈致内圈、轴向材料浓度不同。黄健(黄健，熊旭峰等，CN106007524A，2016)提供了一种孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材及其制备方法，保温板材内部具有气泡，并且气泡在保温板材内部随厚度呈梯度分布。其制备方法为：将碱金属氢氧化物和碱金属硅酸盐水溶液以及水混合，使碱金属氢氧化物完全溶解，然后加入粉煤灰形成地质聚合物浆体，并向地质聚合物浆体中加入发泡剂进行发泡，再加入分散剂和增稠剂，最后注模、养护、脱模即得到孔隙率梯度可控的地聚物外墙保温板材。该保温板材不仅抗压强度大，导热系数低，而且孔隙率大，气泡在保温板材内部随厚度呈梯度分布，不仅能够提高保温效果，用于建筑物墙体保温可以承受更大的负风压，可以有效避免高空坠物。

因此梯度结构材料具有优越的性能，对纺织材料赋予梯度结构及梯度刚度将具有极为优越的性能。

发明内容

本发明的目的是：针对纺织材料的服用面料和缓冲用的产业用纺织品进行梯度刚度结构设计，赋予材料压缩梯度变化，提高压缩的整体协同效应；尤其是结合负泊松比结构，实现梯度负泊松比结构的纺织材料，在结构上实现刚度变化，有效改善缓冲性能和静态下的拉伸性能差异。