速率敏感防护服

申请号 CN202310822558.7 申请日 2023-07-06 公开(公告)号 CN117356779A 公开(公告)日 2024-01-09
申请人 纳米及先进材料研发院有限公司; 发明人 张康; 张士龙; 刘柏聪; 陈美珊; 李基凡;
摘要 本 发明 提供一种速率敏感防护服,其包括织物 外壳 、位于该织物外壳内的第一密封材料层和第二密封材料层,以及位于该第一密封材料和该第二封闭材料层之间的剪切增稠 流体 芯,其中该第一与第二密封材料层皆具有朝向防护服内部延伸并嵌入剪切增稠流体芯的 纤维 ,并且该 剪切增稠液体 与该密封材料层和该纤维直接 接触 。
权利要求

1.一种速率敏感防护服,其特征在于,包括:
织物外壳
第一密封材料层,其位于所述织物外壳内;
第二密封材料层,其位于所述织物外壳内;以及
剪切增稠流体芯,其位于所述第一和第二密封材料层之间;
其中所述第一密封材料层和所述第二密封材料层具有朝向所述防护服内部延伸并嵌入所述剪切增稠流体芯的纤维
其中所述剪切增稠流体芯包括剪切增稠流体芯,所述剪切变稠流体直接与所述第一和第二密封材料和所述纤维接触
2.根据权利要求1所述的速率敏感防护服,其中所述第一和第二密封材料层经偶联剂处理,其中所述偶联剂选自3‑三乙烷基丙基异氰酸酯或3‑基丙基三乙氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的速率敏感防护服,其中所述第一和第二密封材料层经2‑羟乙基丙烯酸酯改性处理。
4.根据权利要求1所述的速率敏感防护服,其中所述织物外壳的宽度大于所述第一密封材料层、所述第二密封材料层和所述剪切增稠流体芯的宽度。
5.根据权利要求1所述的速率敏感防护服,其中所述纤维的长度在1‑12毫米的范围之间。
6.根据权利要求1所述的速率敏感防护服,其中所述纤维在该第一和第二密封材料层上的密度在1‑20根/平方公分的范围之间。
7.根据权利要求1所述的速率敏感防护服,其中所述剪切增稠流体包括聚乙二醇以及纳米颗粒或纳米线,其中所述纳米颗粒或纳米线悬浮在所述聚乙二醇中。
8.根据权利要求7所述的速率敏感防护服,其中所述纳米颗粒或纳米线与所述聚乙二醇的质量比为1∶1至2.5∶1。
9.根据权利要求1所述的速率敏感防护服,其中所述第一密封材料层和所述第二密封材料层选自硅树脂、乳胶、氯丁橡胶、苯乙烯‑丁二烯橡胶、三元乙丙橡胶或其任意组合。
10.根据权利要求1所述的速率敏感防护服,其中所述织物外壳是由可顺应复杂曲率的弹性织物组成。
11.一种制备速率敏感防护服的方法,其特征在于,包括:
提供第一织物外壳;
以第一密封材料涂覆于所述第一织物外壳形成第一密封材料层;
将第一纤维植绒于所述第一密封材料层上;
提供第二织物外壳;
以第二密封材料涂覆于所述第二织物外壳形成第二密封材料层;
将第二纤维植绒于所述第二密封材料层上;
将所述第一密封材料层和所述第二密封材料层的边缘粘合在一起;以及
在所述第一和第二密封材料层之间注入或印刷剪切增稠流体,以形成剪切增稠流体芯。
12.根据权利要求11所述的制备速率敏感防护服的方法,进一步包括:
以选自3‑三乙氧基硅烷基丙基异氰酸酯或3‑氨基丙基三乙氧基硅烷的偶联剂处理所述速率敏感防护服。
13.根据权利要求11所述的制备速率敏感防护服的方法,进一步包括:
以2‑羟乙基丙烯酸酯改性所述速率敏感防护服。
14.根据权利要求11所述的制备速率敏感防护服的方法,其中所述第一和第二织物外壳的宽度大于所述第一密封材料层、所述第二密封材料层和所述剪切增稠流体芯的宽度。
15.根据权利要求11所述的制备速率敏感防护服的方法,其中所述第一纤维和所述第二纤维的长度在1‑12毫米的范围之间。
16.根据权利要求11所述的制备速率敏感防护服的方法,其中在所述第一和第二密封材料层上,所述第一和第二纤维的密度分别都在1‑20根/平方公分的范围之间。
17.根据权利要求11所述的制备速率敏感防护服的方法,其中所述剪切增稠流体包括聚乙二醇以及纳米颗粒或纳米线,其中所述纳米颗粒或纳米线悬浮在所述聚乙二醇中。
18.根据权利要求17所述的制备速率敏感防护服的方法,其中所述纳米颗粒或纳米线与所述聚乙二醇的质量比为1∶1至2.5∶1。
19.根据权利要求11所述的制备速率敏感防护服的方法,其中所述第一密封材料层和所述第二密封材料层选自硅树脂、乳胶、氯丁橡胶、苯乙烯‑丁二烯橡胶、三元乙丙橡胶或其任意组合。

说明书全文

速率敏感防护服

相关申请的交叉引用

[0001] 本申请要求对2022年07月06日提交的美国临时专利申请案63/358,860及2023年07月05日提交的美国专利申请案18/346,873享有优先权,通过引用将其公开内容并入本文。

技术领域

[0002] 本发明涉及防护服技术领域;较特别地,本发明涉及具有剪切增稠流体纤维的速率敏感防护服。

背景技术

[0003] 在举重和体育运动等活动中,经常会出现扭伤和钝性撞击等身体损伤,尤其是膝盖和脚踝特别容易受到这种伤害;更确切地说,常见的运动损伤中,这两个区域的损伤就占了50%以上,其中膝盖损伤占20%,而脚踝损伤占34%。为了降低膝盖和脚踝受伤的险,人们经常在膝盖和脚踝周围缠上绷带,虽然这些绷带提供了一定程度的支撑,并在撞击过程中起到缓冲作用,但传统的非弹性绷带会限制关节运动,并对钝性撞击所能提供的保护有限;另一方面,弹性绷带虽然提供了较大的灵活性,但它们无法防止关节内翻和钝性创伤。因此,本领域仍需要可提供足够支撑又舒适贴合的防护服。
[0004] 因此,本发明解决了这一需求。

发明内容

[0005] 本节旨在总结本发明实施例的部分面向,并进一步简要介绍部分的实施例。在本节中,以及在本发明的摘要和标题中,可以进行简化或省略,以避免混淆本节、摘要和标题的目的,并且这种简化或省略并非旨在限制本发明的范围。
[0006] 有鉴于上述关于防护服的问题,本发明提出一种即使在钝性创伤的情况下也能提供足够支撑且具备舒适贴合感的防护服。
[0007] 因此,于本发明的一个方面中,提供了一种速率敏感防护服,该防护服包括织物外壳、位于该织物外壳内的第一密封材料层、位于该织物外壳内的第二密封材料层,以及设置在该第一和第二密封材料层之间的剪切增稠流体芯,其中该密封材料层具有朝向防护服内部延伸并嵌入该剪切增稠流体芯的纤维,其中该剪切增稠流体芯包括剪切增稠流体,且该剪切变稠流体直接与所述密封材料和所述纤维接触
[0008] 在本发明的一个实施例中,该第一和第二密封材料层经偶联剂处理,其中该偶联剂选自3‑三乙烷基丙基异氰酸酯(3‑triethoxysilylpropyl isocyanate)或3‑基丙基三乙氧基硅烷(3‑aminopropyltriethoxysilane)。
[0009] 在本发明的另一个实施例中,该第一和第二密封材料层经2‑羟乙基丙烯酸酯(2‑hydroxyethyl acrylate)改性处理。
[0010] 在本发明的一个实施例中,该织物外壳的宽度大于该第一密封材料层、该第二密封材料层和该剪切增稠流体芯的宽度。
[0011] 在本发明的另一个实施例中,该纤维的长度在1‑12毫米的范围之间。
[0012] 在本发明的另一个实施例中,该纤维选自天然纤维或人造纤维。
[0013] 在本发明的一个实施例中,该纤维在该第一和第二密封材料层上的密度在1‑20根/平方公分的范围之间。
[0014] 在本发明的一个实施例中,该剪切增稠流体包括悬浮在聚乙二醇中的纳米颗粒或纳米线
[0015] 在本发明的另一个实施例中,该纳米颗粒或纳米线与该聚乙二醇的质量比为1:1至2.5:1。
[0016] 在本发明的另一个实施例中,该第一和第二密封材料层选自硅树脂、乳胶、氯丁橡胶、苯乙烯‑丁二烯橡胶、三元乙丙橡胶或其任意组合。
[0017] 在本发明的一个实施例中,该织物外壳由能够适应复杂曲率的弹性织物组成。
[0018] 本发明的另一个方面中,涉及一种制备速率敏感防护服的方法,包括提供第一外壳并用第一密封材料涂覆于该第一织物外壳以形成第一密封材料层;接下来,将第一纤维植绒在该第一密封材料层上;随后,提供第二织物外壳,并用第二密封材料涂覆于该第二织物外壳以形成第二密封材料层;将第二纤维植绒在该第二密封材料层上;接着将该第一密封材料层和该第二密封材料层的边缘粘合在一起;最后,在该第一和第二密封材料层之间注入或印刷剪切增稠流体,以形成剪切增稠流体芯。
[0019] 在本发明的一个实施例中,该方法还包括用选自3‑三乙氧基硅烷基丙基异氰酸酯(3‑triethoxysilylpropyl  isocyanate)或3‑氨基丙基三乙氧基硅烷(3‑aminopropyltriethoxysilane)的偶联剂处理该速率敏感防护服。
[0020] 在本发明的另一个实施例中,该方法还包括用2‑羟乙基丙烯酸酯改性该速率敏感防护服。
[0021] 在本发明的一个实施例中,该织物外壳的宽度大于该第一密封材料层、该第二密封材料层和该剪切增稠流体芯的宽度。
[0022] 在本发明的一个实施例中,该第一和第二纤维的长度在1‑12毫米的范围之间。
[0023] 在本发明的另一个实施例中,在该第一和第二密封材料层上,该第一和第二纤维的密度分别都在1‑20根/平方公分的范围之间。
[0024] 在本发明的一个实施例中,该剪切增稠流体包括悬浮在聚乙二醇中的纳米颗粒或纳米线。
[0025] 在本发明的另一个实施例中,该纳米颗粒或纳米线与该聚乙二醇的质量比为1:1至2.5:1。
[0026] 在本发明的另一个实施例中,该第一和第二密封材料层选自硅树脂、乳胶、氯丁橡胶、苯乙烯‑丁二烯橡胶、三元乙丙橡胶或其任意组合。附图说明
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将简要介绍描述实施例所需要的附图。值得注意的是,以下的附图说明仅仅是本发明的部分实施例,基于这些附图,本领域技术人员在无需创造性的情况下,而获得其他附图是显而易见的,其中:
[0028] 图1A为本发明一实施例的速率敏感防护服的总体构造的横截面示意图;
[0029] 图1B为本发明的一实施例的速率敏感防护服的另一横截面示意图;
[0030] 图2A和2B分别是本发明一实施例的速率敏感防护服的应‑应变图和速率敏感应变图;
[0031] 图3A和3B分别为本发明一实施例的速率敏感防护服的应力‑应变图和速率敏感应变图;
[0032] 图4A至4E分别为本发明的部分实施例的速率敏感防护服的应力‑应变图;
[0033] 图5A至5E分别为本发明的部分实施例的速率敏感防护服的速率敏感应变图;
[0034] 图6A至6E为显示本发明的实施例中,用以制备速率敏感防护服的方法的示意图;图6A显示第一外壳;图6B显示了第一密封材料覆盖第一外壳的一部分;图6C展示了将第一纤维嵌入第一密封材料中;图6D则显示形成第二外壳、第二密封材料和第二纤维后,与第一外壳、第一密封材料和第一纤维粘合在一起的截面图;以及图6E是速率敏感防护服的最终成品的截面图;
[0035] 图7是本发明一实施例的速率敏感防护服的透视图;
[0036] 图8A和8B显示本发明的实施例中,用以处理速率敏感防护服的方法的示意图;图8A显示氧等离子处理;以及图8B显示硅烷偶联剂处理;
[0037] 图9A至9D显示本发明的部分实施例中,制备速率敏感防护服时所使用的偶联剂的化学结构代表图;图9A是3‑缩甘油氧基丙基三乙氧基硅烷的化学结构;图9B显示N‑(3‑三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺的化学结构;图9C展示3‑三乙氧基甲硅烷基丙基异氰酸酯的化学结构;以及图9D显示3‑氨基丙基三乙氧基硅烷的化学结构;
[0038] 图10A至10D分别显示本发明的部分实施例的速率敏感防护服的应力‑应变曲线图;
[0039] 图11A至11D分别显示本发明的部分实施例的速率敏感防护服的速率敏感曲线图;
[0040] 图12A至12C显示本发明的一实施例中,对速率敏感的防护服的表面进行改性的方法的示意图;图12A显示氧等离子处理;图12B显示硅烷偶联剂处理;以及图12C显示表面改性;
[0041] 图13显示本发明的一实施例中,用于改性速率敏感防护服的表面的有机化合物的化学结构代表图;
[0042] 图14A至14B显示本发明的部分实施例的速率敏感防护服的应力‑应变图和速率敏感应变图;
[0043] 图15A至15E分别显示本发明的部分实施例的速率敏感防护服的应力‑应变图;
[0044] 图16A至16E分别显示本发明的部分实施例的速率敏感防护服的速率敏感应变图;
[0045] 图17A和17B分别显示具有或不具有剪切增稠流体芯的防护服的应力‑应变图;
[0046] 图18A至18D分别显示本发明的部分实施例的速率敏感防护服的纹理图案;图18A为平行的长短线的图案;图18B为密集虚线的图案;图18C为横跨表面的平行直线图案;以及图18D为密集的点的图案;以及
[0047] 图19A至19D分别显示本发明的部分实施例的速率敏感防护服的应力‑应变图。

具体实施方式

[0048] 为了使本发明的上述目的、特征和优点易于理解,下面将详细描述实施例与相关附图。
[0049] 为了提供对本发明的全面理解,在以下叙述中提出了许多具体细节,但应理解的是,在不脱离本发明精神的情况下,本领域技术人员能清楚理解本发明可透过以外的其他方式实施,因此本发明不限于以下公开的具体实施例。
[0050] 如本文所用,术语“纤维”是指天然纤维或人造纤维,包括但不限于植物纤维、动物纤维、矿物纤维、再生纤维、合成纤维和无机纤维。
[0051] 参见图1A,显示了本发明实施例的速率敏感防护服10的横截面。在此实施例中,该速率敏感防护服10是矩形构造的条带,其包括织物外壳110、第一密封材料层120a、第二密封材料层120b,以及剪切增稠流体芯130。第一和第二密封材料层120a和120b位于织物外壳110内并且彼此相对,而剪切增稠流体芯130被设置在第一和第二密封材料层120a和120b之间,即剪切增稠流体芯130夹在第一和第二密封材料层120a和120b之间,并且织物外壳包封剪切增稠液体芯130以及第一和第二密封层120a、120b,其中织物外壳110与第一和第二密封材料层120a和120b、剪切增稠流体芯130相比,具有更大的宽度。
[0052] 将纤维122a和122b植绒于第一和第二密封材料层120a和120b上,因此这些源于相应的第一和第二密封材料层120a和120b的纤维122a和122b会朝向防护服内部延伸,并且与含有剪切增稠流体的剪切增稠流体芯130结合。如图1A所示,第一密封材料层120a上的纤维122a与第二密封材料层120上的纤维122b两者并不会产生交叠;然而,在某些实施例中,纤维122a和122b的长度会使其彼此交叠。纤维122a和122b的长度约在1‑12毫米之间;在一个实施例中,该纤维的长度在8‑12毫米之间。第一密封材料层120a上的纤维122a的密度在1‑
20根/平方公分之间;在部分实施例中,第二密封材料层120b上的纤维122b具有与纤维122a相同的密度;然而,在其他实施例中,纤维122b具有与纤维122a不同的密度。同样地,这种变化也可以应用于纤维122a和122b的长度;更具体地,在一实施例中,纤维122a和122b的长度基本上相同;在另一实施例中,纤维122a和122b的长度不同。透过静电植绒的方式将纤维
122a和122b植绒到密封材料层120a和120b上,其中纤维可以由如聚酰胺、人造丝、花或聚酯等的材料制成。
[0053] 参见图1B,显示了速率敏感防护服10的另一截面图,此横截面包括速率敏感防护服10的剪切增稠流体芯130。由于剪切增稠流体芯130与其重叠,无法在图1B中看见第一密封材料层120a;然而,可以在此横截面中观察到扎根于第一密封材料层120a中的纤维122a延伸并嵌入到剪切增稠流体芯130中。
[0054] 在一个实施例中,剪切增稠流体芯包括纳米颗粒或纳米线和聚乙二醇,其中该纳米颗粒或纳米线悬浮在聚乙二醇中。在一个实施例中,该纳米颗粒是二氧化硅,而溶剂是聚乙二醇,其中该纳米颗粒或纳米线与聚乙二醇之间的质量比在1:1和2.5:1之间。在另一个实施例中,该纳米颗粒或纳米线与聚乙二醇之间的质量比为2.3比1。当剪切速率增加到临界值以上时,剪切增稠流体芯的粘度会增加,其粘度的增加是因为纳米颗粒或纳米线突然聚集所导致的结果。
[0055] 当速率敏感防护服被拉伸时,由于剪切增稠流体芯的剪切增稠作用,纤维和剪切增稠流体之间的内摩擦会表现出速率敏感的特质。此外,纤维的长度会影响内摩擦的速率敏感性。一旦纤维和剪切增稠流体之间的内摩擦超过某一阈值时,由于过高的内摩擦,会导致无法进一步拉伸防护服。因此,将进行纤维长度对速率灵敏度的影响的评估。
[0056] 参考图2A‑2B、图3A‑3B,其说明了不同长度的纤维与速率敏感防护服之间的应力‑应变特性。与图3A和图3B相比,在图2A和图2B中使用的速率敏感防护服具有更短的纤维;更具体地,在图2A中,以50毫米/分钟和500毫米/分钟的速率拉伸具有长度为12.5毫米的纤维的防护服,其中,上方的曲线为500毫米/分钟拉伸的结果,而下方的曲线则为50毫米/分钟拉伸的结果。速率灵敏度的计算方法是将500毫米/min以下的负载(N)除以50毫米/分钟以下的负载(N),结果如图2B所示,值得注意的是,针对以下不同样品的速率灵敏度测试都是通过上述方法进行计算。
[0057] 如图3A所示,对具有长度为25毫米的纤维的防护服进行50毫米/分钟和500毫米/分钟的拉伸,同样地,上方曲线表示500毫米/分钟拉伸的结果,而下方曲线显示为50毫米/分钟拉伸。相应的速率灵敏度结果如图3B所示,可见具有较长的纤维的防护服表现出较高的速率敏感性。换言之,当速率敏感的防护服包含较长的纤维时,纤维和剪切增稠流体芯之间的内摩擦对拉伸速率的响应性更强。
[0058] 参见图4A至图4E,测试具有不同长度纤维的速率敏感防护服的应力‑应变特性。图4A至4E中的纤维的长度分别为3、5、8、10和12毫米,且所有纤维都经过O2等离子处理,并分别以50毫米/分钟和500毫米/分钟的拉伸速率进行测试。
[0059] 如图4A所示,速率敏感防护服包含长度为3毫米的纤维,其中上方曲线表示500毫米/分钟拉伸的结果,而下方的曲线对应于50毫米/分钟拉伸,同样地,在图4B至4E中也是以一样的方法呈现,而每个图分别都表示使用不同的纤维长度,例如,图4E中,速率敏感防护服采用长度为12毫米的纤维,其中的上方曲线为500毫米/分钟拉伸的结果,而下方曲线为50毫米/分钟拉伸。
[0060] 参见图5A至图5E,其分别计算并显示了五种速率敏感防护服的速率敏感度,图中的虚线表示2.5的速率敏感性基准线。如图所示,在强度较小的应变下,速率敏感防护服中纤维的增加可显着提升速率敏感度的峰值。
[0061] 在图5A中,具有长度为3毫米的纤维的速率敏感防护服,其速率灵敏度的峰值大约出现在2;参见图5C和5D,速率敏感防护服所含的纤维分别为8毫米和10毫米时,速率敏感防护服的速率灵敏度可提升至2.0和2.5之间的范围内;如图5E所示,速率敏感防护服所含的纤维长度为12毫米时,速率灵敏度的峰值约为2.5。值得注意的是,纤维长度可以超过12毫米,例如15毫米、20毫米、25毫米,或者甚至更长。一般来说,纤维长度的范围可以从0.5毫米到50毫米。
[0062] 图6A至图6E显示一种制备速率敏感防护服的方法1000。首先,如图6A所示,提供了第一外壳612;在一个实施例中,第一外壳612由弹性织物制成,并可根据预期的形状而成形。接下来,如图6B所示,引入第一密封材料614,且使第一密封材料614覆盖第一外壳612的一部分,值得注意的是,第一密封材料614的尺寸小于第一外壳612,其中第一密封材料614可以使用各种材料,包括硅树脂、乳胶、氯丁橡胶、苯乙烯‑丁二烯橡胶和EPDM橡胶。最后,如图6C所示,在后续步骤中,通过静电植绒的过程将纤维616嵌入第一密封材料614上。
[0063] 如本文所用,术语“静电植绒”是一种纺织工程技术,透过库仑驱动力将微纤维驱动向基底,而留下排列整齐的纤维丛。表面可选择性地包括粘合剂或制成具有粘性以接合纤维。
[0064] 在将纤维616静电植绒到第一密封材料614上之后,采用如图6A至6C所述的相同方法制备速率敏感防护服的另一半。如图6D所示,显示了部分完成的速率敏感防护服的截面图,其中随后形成的第二外壳622、第二密封材料624和纤维626被牢固地结合至第一外壳612、第一密封材料614和纤维616。可使用粘合剂来确保这些层与层之间的粘合,例如使用硅粘合剂密封剂
[0065] 如图6E所示,在第一密封材料614和第二密封材料624之间形成剪切增稠流体芯618,其中可通过注射或印刷将剪切增稠流体芯618引入与填充至第一密封材料614和第二密封材料624之间的空间。纤维616和626可分别从第一密封材料614和第二密封材料624上延伸出,并嵌入至剪切增稠流体芯618中,意即纤维616和626的一部分被缠绕在第一和第二密封材料614和624内,而其余部分则陷入至剪切增稠流体芯618内。
[0066] 参见图7,显示本发明实施例的速率敏感防护服12的透视图。速率敏感防护服12包括外壳612和622、第一密封材料614和第二密封材料624、与第一密封材料和第二密封材料614、624交织的纤维616和626(未示于图中)、剪切增稠流体芯618和黏胶632,其中剪切增稠流体芯618位在第一密封材料614和第二密封材料624之间。值得注意的是,图7中所示的纤维616仅代表了其总体分布中的一部分(借鉴图6D,可见纤维616和626分别被植绒于第一密封材料614和第二密封材料624的表面)。施加胶水632至第一外壳612和第二外壳622的原始边缘,以包封第一密封材料614和第二密封材料624。
[0067] 在部分实施例中,在制备速率敏感防护服前,先对所用的密封材料和纤维进行额外处理。参见图8A,在一个实施例中,密封材料和纤维在200瓦特下进行10分钟的氧等离子处理810。值得注意的是,仅在包括外壳612a、第一密封材料614a和纤维616a的半成品上进行氧等离子处理。氧等离子处理810可在第一密封材料614a的表面上诱导形成极性官能团,例如,如果密封材料是硅橡胶,则得到的官能团主要是硅烷醇基(SiOH),其可使密封材料的表面性质从疏水性变为亲水性。接下来,如图8B所示,将等离子处理的外壳612b、第一密封材料614b、纤维616b浸入硅烷偶联剂820中,透过硅烷偶联剂增强第一密封材料614b与剪切增稠流体芯618之间的结合,以及纤维616b与剪切减稠流体芯614之间的结合。
[0068] 参见图9A至图9D,分别使用四种不同的硅烷偶联剂进行处理,如图9A所示,硅烷偶联剂为3‑缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷(3‑glycidoxypropyltriethoxysilane);如图9B所示,硅烷偶联剂为N‑(3‑三甲氧基硅烷基丙基)乙二胺(N‑(3‑trimethoxysilylpropyl)ethylenediamine);如图9C所示,硅烷偶联剂为3‑三乙氧基硅烷基丙基异氰酸酯(3‑triethoxysilylpropyl isocyanate);如图9D所示,硅烷偶联剂为3‑氨基丙基三乙氧基硅烷(3‑aminopropyltriethoxysilane)。在一个实施例中,将1重量百分比(wt%)的硅烷偶联剂溶解在95%的乙醇中2小时,随后,将第一种密封材料、纤维和外壳在120℃下干燥1小时。在一实施例中,经硅烷偶联剂处理后,再进行第二次氧等离子处理,第二次氧等离子处理可增强密封材料表面的亲水性。
[0069] 参见图10A至图10D,具有12mm纤维的经处理的速率敏感防护服分别用3‑缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷、N‑(3‑三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺、3‑三乙氧基甲硅烷基异氰酸酯和3‑氨基丙基三甲氧基硅烷处理后,在50毫米/分钟和500毫米/分钟的条件下测试其应力‑应变特性。参见图10A,显示经3‑缩水甘油氧基丙基三乙氧基硅烷处理的速率敏感防护服的测试结果,其中上方的曲线代表500毫米/分钟拉伸试验的结果,而下方的曲线代表50毫米/分钟拉伸试验的结果;类似地,参见图10B,显示经N‑(3‑三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺处理的速率敏感防护服的测试结果,上方曲线代表500毫米/分钟拉伸试验的结果,下方曲线代表50毫米/分钟拉伸试验;参见图10C,显示经3‑三乙氧基甲硅烷基丙基异氰酸酯处理的速率敏感防护服的测试结果,其中上方曲线对应于500毫米/分钟拉伸试验的结果,下曲线对应于50毫米/分钟拉伸试验结果;最后,图10D显示经3‑氨基丙基三乙氧基硅烷处理的速率敏感防护服的测试结果,上方曲线表示来自500毫米/分钟拉伸试验的结果,下方曲线表示来自50毫米/分钟拉伸试验结果。
[0070] 参见图11A至图11D,分别显示上述四种经硅烷偶联剂处理后的速率敏感防护服的速率敏感度,图中虚线代表基准值2.5。从图中可见经硅烷偶联剂处理后,明显提高了速率敏感性。例如,如图5E所示,当具有12mm纤维的速率敏感防护服在未经硅烷偶联剂处理时,其速率敏感的峰值大约落在2.5;然而,用硅烷偶联剂处理过后,可将速率灵敏度提高至超过2.5的基准值。值得注意的是,以3‑三乙氧基硅烷基丙基异氰酸酯处理(图11C)和以3‑氨基丙基三乙氧基硅烷处理(图11D),两者都可将防护服的速率敏感度提升至3.0。
[0071] 在本发明的一个实施例中,对经硅烷偶联剂处理后的密封材料和纤维进行表面改性。参见图12A至图12C,如图12A所示,外壳612a、密封材料614a和纤维616a经氧等离子处理810,在一个实施例中,在200W下进行10分钟氧等离子处理;然后,如图12B所示,用硅烷偶联剂820处理外壳612b、密封材料614b和纤维616b,在一个实施例中,将外壳612b、密封材料
614b和纤维616b浸入由1重量百分比(wt%)硅烷偶联剂溶于95%乙醇中所组成的硅烷偶联剂溶液中2小时,然后在120℃下干燥1小时;随后,如图12C所示,透过刀涂或浸渍的方式,将外壳612c、密封材料614c和纤维616c表面浸在改性溶液中进行表面改性830,这种表面改性过程可将密封材料层的表面性质从疏水性改变为亲水性;更具体地,初始氧等离子处理将密封材料的表面从疏水性改变为亲水性,而后续的表面改性则通过将亲水官能团(例如羟基)引入至密封材料的表面,将亲水性质扩展到剩余的疏水区域,透过此改性方式,当剪切增稠流体、密封材料和纤维结合时,彼此之间会产生更强的界面力。
[0072] 在一个实施例中,改性溶液包括2‑羟乙基丙烯酸酯,如图13显示了2‑羟乙基丙烯酸酯的代表性化学结构,在此实施例中,2‑羟乙基丙烯酸酯提供羟基(‑OH基团)到密封材料的表面,‑OH基团的引入增加了密封材料和纤维的亲水性。
[0073] 参见图14A,在50毫米/分钟和500毫米/分钟的拉伸条件下测试具有12mm纤维的速率敏感防护服,该防护服经过氧等离子体处理、硅烷偶联剂处理(3‑氨基丙基三乙氧基硅烷)和表面改性(在120℃下刀涂2‑羟乙基丙烯酸酯)。图14A中的上曲线表示500毫米/分钟拉伸试验的结果,而下曲线表示50毫米/分钟拉伸试验的结果。为了进一步评估性能,在图14B中计算并显示该速率敏感防护服的速率敏感度,很明显地,在进行上述处理之后,速率敏感性提升至超过3.0。再见图10D和11D,其中的速率敏感防护服样品经历相同的处理过程,不同之处在于其未经表面改性,因此,如图中所示,未经表面改性的速率敏感防护服的速率敏感度并无法达到3.0。上述结果凸显表面改性在提高防护服速率敏感度方面的重要性。
[0074] 表1中显示了剪切增稠流体芯的各种配方,其中,“PEG200”表示聚乙二醇200,“PPG2000”表示聚丙二醇2000,“MWCNT”表示多壁纳米管,成分的计量单位为克。
[0075] 表1
[0076] 参见图15A至图15E,显示速率敏感防护服样品的应力‑应变结果。这些含有不同配方的剪切增稠流体芯的速率敏感防护服样品分别被标记为S1至S5,其都具有12mm长的纤维并经过硅烷偶联剂处理和表面改性。在每个应力‑应变图中,上方曲线表示500毫米/分钟试验的结果,而下方曲线表示50毫米/分钟试验结果。图16A至1图6E中显示速率敏感防护服S1至S5的速率敏感度,图中虚线表示基准值3.0。总体而言,速率敏感防护服S1至S5表现出超过3.0的优异速率敏感度,值得注意的是,如图15B和图16B所示,样品S2显示出大约3.5的速率灵敏度。
[0077] 表2显示了速率敏感防护服S1至S5的落球试验结果。初始冲击力约为2500N,由置于样品下方的力传感器记录平均传递力(average transmitted force,ATF)。落球测试结果显示速率敏感保护装置S1至S5具有降低力平均传递力的效果。速率敏感的防护服S1至S5都表现出大于65%的力减弱效果,且速率敏感防护服S4在受到冲击力时,可表现出80%左右的力减弱效果。
[0078] 表2样品 厚度(mm) 平均传递力(N) 力减弱效果
S1 2.38 793 68%
S2 2.16 698 72%
S3 2.40 860 66%
S4 2.41 562 78%
S5 2.53 648 74%
[0079] 参见图17A和图17B,分别测试了具有和不具有剪切增稠流体芯的防护服的性能。图17A中所呈现的是具有剪切增稠流体芯的防护服的测试结果,上曲线代表以500毫米/分钟拉伸,下曲线代表以50毫米/分钟拉伸。图17B中所呈现的是不具有剪切增稠流体芯的防护服的测试结果,上曲线代表以500毫米/分钟拉伸,下曲线代表以50毫米/分钟拉伸。很明显地,具有剪切增稠流体芯的防护服对拉伸表现出更大的敏感性。
[0080] 参见图18A至图18D,显示通过在织物外壳和密封材料层上以刀涂制成的不同纹理图案。在图18A中,图案包括交替排列的平行的长短线;在图18B中,图案是密集虚线;在图18C中,图案是横跨织物外壳和密封材料层表面的平行直线;在图18D中,图案是密集的点。
[0081] 参见图19A至19D,通过拉伸试验检查了不同纹理图案对应力‑应变特性造成的影响。
[0082] 如本文所用,术语“近似”、“基本上”、“实质上”和“关于”用于描述和解释一个小的变化,当与事件或情况结合使用时,该术语可以指事件或情况准确发生的情况,以及事件或情况大致发生的情况。如本文中用于叙述定值或范围时,术语“大约”通常指在定值或范围的±10%、±5%、±1%或±0.5%的范围内,该范围在本文中可以被理解为从一个端点到另一个端点或者在两个端点之间,除非另有说明,否则本公开中公开的所有范围都包括端点。术语“基本共面”可指沿同一平面且相距几微米(μm)以内的两个表面,例如,沿同一个平面定位的10μm以内、5μm以内,1μm以内或0.5μm以内。当提到“基本上”相同的数值或特性时,该术语可以指数值平均值的±10%、±5%、±1%或±0.5%以内的值。
[0083] 本发明的上述叙述是为了说明和描述本发明而提供的,并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式,许多修改和变化对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
[0084] 选择和描述上述实施例是为了最好地解释本发明的原理及其实际应用,从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例以及适用于预期特定用途的各种修改。
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