摩托车防护用具的开发研究与性能测试

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在摩托车运动中,安全一直是一个备受关注的话题,如何在追求刺激、速度的同时保证车手的人身安全,成为人们研究的关键。本课题主要针对摩托车防护用具的抗冲击性能和透气性能展开研究。  本文总结了目前市场上摩托车护具的种类、使用材料、国内外发展现状,分析了现有材料的优缺点,以及未来的发展趋势,提出了一种摩托车护具的新的加工方法,即使用非织造布结合剪切增稠液,从根本上解决护具透气性和抗冲击性的问题,为摩托车防护用具的开发开辟了一条新途径。  首先剪切增稠体系是指在一定外力作用下粘度增大的体系,这种剪切增稠液(Shear Thickening Fluid:STF)是目前美国最新报道的“液体防弹材料”的关键材料,具有非常好的防护性能;其次由于针刺非织造布透气性能优良,三维卷曲中空涤纶的卷曲性好,因此本课题的研究使用三维卷曲中空涤纶制成的针刺非织造布,并对其进行剪切增稠液的浸渍实验,希望解决护具抗冲击性和透气性问题。这是首次将非织造布和剪切增稠液使用到摩托车防护用具的研究上,具有一定的创新性。  本课题首先对于选用的三维卷曲中空涤纶和使用该纤维制成的非织造针刺布的各项基本性能做了测试。经测试三维卷曲中空涤纶短纤维在力学和卷曲性方面均较普通涤纶短纤维优良;针刺非织造布基本性能测试结果,与普通涤纶非织造布比较可知,选用该种纤维不仅使得针刺布具有非常优良的透气性能,在厚度上也能满足我们的使用要求。  本论文通过配制不同质量分数和不同粒径的纳米二氧化硅/聚乙二醇200分散体系,研究了浓度、粒径以及剪切速率对分散体系粘度和流变性的影响,同时还研究了各分散体系在应力剪切过程中的储能模量和耗能模量,以及其与应变之间的关系。研究发现,分散体系浓度越大,发生剪切增稠所需的临界剪切速率越小;粒径大的分散体系,同种质量分数条件下,发生剪切增稠所需的临界剪切速率越大。实验发现,随着剪切应力的增加,体系会依次出现线性粘弹区、剪切变稀区和剪切增稠区。  此外,对研制出的纳米二氧化硅/聚乙二醇200分散体系与非织造布复合材料进行了抗冲击性能和透气性能的实验研究,并具体讨论了影响护具抗冲击性能的各个因素。对不同浓度剪切增稠液,复合后针刺布抗冲击性能随着浓度增大而增强;对不同面密度针刺布,复合后其抗冲击性能随着面密度增加而增强;对不同稀释比,复合后针刺布抗冲击性能随着稀释比增大,先降减弱后增强;对不同压力,复合后针刺布抗冲击性能随着压力增大,先减弱后增强;对不同粒径剪切增稠液,同浓度时粒径大的剪切增稠液复合后针刺布抗冲击性能弱。
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