老人防护用STF胶囊多级缓冲复合材料的结构及性能

作     者：霍俊丽 

作者单位：天津工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：楼静文;刘星;穆菊红

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：STF胶囊 聚氨酯发泡 多级缓冲 力学防护 

摘      要：针对高龄人群跌倒的防护,本文研究设计了一种用于制备防护服的多级缓冲吸能的纺织复合材料,并探讨了这一材料的缓冲性能等力学防护性能。受柚子皮结构的启发,本文所设计的多级缓冲复合材料的结构为:在聚氨酯发泡中添加封装有剪切增稠液（STF）的STF胶囊,发泡聚氨酯的两侧覆加间隔机织物。在复合材料的制备过程中,对材料的多级缓冲性能的提升分别探讨了STF的制备、STF的胶囊化、聚氨酯发泡以及织物的添加等工艺并进行了优化,以达到可以有效防护跌倒后所受到的冲击力。通过对所制备的STF胶囊进行SEM观察,结果证实STF胶囊具有双层和内部多孔的核壳结构,混配在聚氨酯泡沫中,可形成能有效增加缓冲性能的类柚子皮结构;通过TGA曲线,可观察到被成功包封的STF胶囊具有较好的热稳定性,226℃以下较稳定。通过控制针头内径制备不同粒径STF胶囊,探讨了STF胶囊的粒径大小对热稳定性、溶胀能力、强度、释放动力学性能和缓冲性能的影响;实验结果显示1.83 mm粒径的胶囊,其包封STF含量最高且具有最高的压缩能和缓释速度,同时具有良好的热稳定性和力学性能。将所制得的STF胶囊混入发泡聚氨酯中（STF-CPCM）,并对其进行SEM、FTIR、TG、压缩和动态冲击测试。SEM观察到PU65具有最大泡孔直径和壁厚;FTIR测试结果证实STF胶囊没有与聚氨酯发生反应;TGA结果显示PU75具有最大残留质量为11.47%;压缩测试结果显示PU65/30具有最大的压缩能,达到1.985 MPa;在20 J能量冲击下,PU75具有最大的缓冲响应;在添加不同质量分数STF胶囊的样品中,PU75/40具有最好的缓冲性能。随后,对发泡聚氨酯覆加经编间隔织物（SC/PU/间隔）复合材料的缓冲性能进行了研究。结果显示,间隔织物有利缓冲性能的增加:其中4-W/STF/PU的压缩能量是P-PU的5.65倍,4-W/STF/PU的最大冲击力值相比于P-PU下降了848N。本研究为老人防护用品的开发提供了参考。