[发明专利]一种仿竹子梯度变异结构的吸能防护夹芯板材

说明书

本发明所提供的一种仿竹子梯度变异结构的吸能防护夹芯板材，其中包括：依次设置的上压板、中部夹芯层以及下底板；所述中部夹芯层包括：若干个仿竹子吸能单元，所述仿竹子吸能单元包括：圆柱筒状胞元组件；超分子量纤维束，位于所述圆柱筒状胞元组件内；以及吸能圈，设置于所述圆柱筒状胞元组件外。本发明模仿竹子的结构，设置仿竹子吸能单元，作为中部夹芯的支撑骨架，提高夹芯板材的整体结构强度，并进行能量吸收；中空结构又可有效减轻自重，决定着板材的性能效果，通过仿竹子吸能单元与上压板、下底板的结合，使得吸能防护夹芯板材兼具吸能特性、轻质的特点，在吸能防护材料领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及吸能防护材料领域，特别涉及一种吸能防护材料领域的仿竹子梯度变异结构的夹芯板材。

背景技术

吸能材料一直是防护领域十分关注的研究主题，尤其是单兵防护、施工安全以及运输包装等诸多领域，对具有高吸能特性的轻量化材料的需求与日俱增，夹芯板材由于强度高、质量轻和成本低等优点而在飞机制造、列车厢体和建筑装饰等领域得到广泛应用。

高吸能材料往往密度大，导致单位体积材料的重量增加，而轻量化材料通常又不具有理想的吸能效果，高吸能和轻量化两者难以兼得一直是防护材料领域面临的重要挑战。如何通过结构设计与组合优化，使夹芯板材在保持整体轻量化的基础上，达到高效吸能的效果，从而实现轻质吸能兼备的目标，这是材料研究人员亟待解决的技术难题。

因此，现有技术还有待改进和提高。

发明内容

针对现有技术缺陷，本发明提供一种仿竹子梯度变异结构的吸能防护夹芯板材，将竹子梯度变异结构用于夹芯板材的设计中，可以实现材料整体的轻量化和增强材料的能量吸收能力，旨在解决传统防护材料轻质吸能难以兼备的技术难题。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明提供了仿竹子梯度变异结构的吸能防护夹芯板材，包括：依次设置的上压板、中部夹芯层以及下压板，所述中部夹芯层包括：若干个仿竹子吸能单元，所述仿竹子吸能单元包括：圆柱筒状胞元组件；超高分子量纤维束，位于所述圆柱筒状胞元组件内；以及吸能圈，设置于所述圆柱筒状胞元组件外。

进一步地，所述所述上压板的厚度和所述下压板的厚度相等，所述上压板的厚度不超过所述中部夹芯层厚度的1/9。

进一步地，所述上压板和所述下压板均为超高分子量聚乙烯板。

进一步地，所述圆柱筒状胞元组件包括：若干个不同直径的圆柱筒状胞元，若干个所述圆柱筒状胞元同心设置；相邻两个所述圆柱筒状胞元之间具有间隙，所述超高分子量纤维束均布于所述间隙内。

进一步地，从所述圆柱筒状胞元组件的外部到内部，所述圆柱筒状胞元的质量密度逐渐减小；和/或所述圆柱筒状胞元的厚度逐渐减小。

进一步地，从所述圆柱筒状胞元组件的外部到内部，所述超高分子量纤维束的数量逐渐减小。

进一步地，所述吸能圈为超高分子量聚乙烯纤维编织成类圆环结构，所述吸能圈位于所述圆柱筒状胞元组件的中间位置，所述吸能圈的厚度为所述中部夹芯层厚度的15％。

进一步地，所述吸能圈内设置有无序孔状空腔，所述无序孔状空腔通过孔变形吸收能量。

进一步地，所述无序孔状空腔的体积不超过所述吸能圈总体积的5％，所述无序孔状空腔为球形或椭球形。

进一步地，一种仿竹子梯度变异结构的吸能防护夹芯板材的制备方法，并包括以下步骤：所述上压板、所述下压板以及所述中部夹芯层，用热压法依次相连接；所述吸能圈和所述圆柱筒状胞元，用热压法连接为一个整体；所述圆柱筒状胞元和所述超高分子量纤维束，用注射成型的方法加工为一个整体。