一、智能吸震材料?——?ESA
ESA 材料是一種具有特殊流變特性的高分子材料。它在工作時(shí)不需要外加任何激勵,低應變率的情況下呈流動(dòng)狀態(tài),當它受到?jīng)_擊時(shí),材料會(huì )表現出一個(gè)相對固態(tài)的特性,從而消耗大量的能量。這種材料具有優(yōu)異的抗沖擊及緩沖吸能效果。
目前思創(chuàng )新材主要的材料類(lèi)型有三大類(lèi):
?ESA ?流變材料:即 ESA 凝膠這種材料它在常態(tài)下是柔軟的,沖擊變硬,可以感知不同強度的沖擊,既減震又有回彈。這種材料在日常生活非常常見(jiàn),即非牛頓流體的材料。
?ESA ?發(fā)泡材料:在 ESA 流變材料基礎上,將其跟其他基體材料復合之后,通過(guò)發(fā)泡工藝,做成的密度相對較小的材料,這種材料的沖擊力吸收率能夠高達 90%?以上。
?ESA ?熱塑性材料:針對熱塑性彈性體,思創(chuàng )新材研發(fā)了一種改性的 ESA 熱塑性材料,這種材料除了具有良好的減震性能、抗沖擊性能以外,還有較好的耐磨、耐撕裂性能。
二、ESA凝膠
在常態(tài)下, ESA 凝膠非常柔軟,緩慢拉伸后,凝膠顯示出優(yōu)異的延展性;然而,一旦受到外力沖擊, ESA 凝膠會(huì )瞬間變硬并呈現橫截面斷裂。
ESA 凝膠具有極致的減震吸能特性,并且具有回彈性,這是它的一項顯著(zhù)特性,為此也進(jìn)行了多次驗證實(shí)驗。
例如,將凝膠包裹在手指上并用力敲擊時(shí),手指在 ESA 凝膠的保護下并未感到疼痛。將 ESA 凝膠包裹在雞蛋上,用錘子敲擊雞蛋,結果雞蛋完好無(wú)損,但當去掉 ESA 凝膠保護的雞蛋被敲擊時(shí),雞蛋立即破裂。
更進(jìn)一步,將 ESA 凝膠包裹在手機屏幕上,用錘子敲擊手機屏幕,結果手機屏幕完好無(wú)損。
思創(chuàng )新材的團隊也試驗了在西瓜上使用 ESA 凝膠保護;結果表明,即使被敲擊,有 ESA 凝膠保護的西瓜仍然完好無(wú)損,而沒(méi)有 ESA 凝膠保護的西瓜不堪一擊。
三、ESA?發(fā)泡材料
1、ESA?發(fā)泡材料的研發(fā)及結構性能
在 ESA 流變材料的基礎上,通過(guò)技術(shù)升級,將其與基體材料復合處理后,得到了 ESA 發(fā)泡材料。
這種材料同樣具有優(yōu)異的抗沖擊性和減震吸能效果,在遇到高速沖擊時(shí)該材料能夠快速響應并吸收沖擊力;外力消失后它又能夠恢復到柔軟狀態(tài),是一種相對理想的防護材料。
如圖呈現的是 ESA 發(fā)泡材料微觀(guān)結構的掃描電鏡圖。從圖像分析可見(jiàn),該材料的泡孔結構分布較為均勻,且泡孔的孔徑范圍大約在50-200?μm之間。這種均勻且細膩的泡孔結構,表明了材料的高度均質(zhì)性。
對 ESA 材料進(jìn)行光電子能譜分析和紅外分析。得其材料主要含碳、氧和硅元素,ESA 發(fā)泡材料主要是聚氨酯和聚硼硅氧烷的混合物,即在基材聚氨酯中加入非牛頓流體聚硼硅氧烷,即 ESA 凝膠。
如今綠色生物基材料是一熱點(diǎn),ESA 發(fā)泡材料也是一種綠色環(huán)保的生物基材料。2023年該材料也已經(jīng)通過(guò)了美國農業(yè)部(USDA)的認證,里面生物基含量高達40%,而目前該材料的生物基含量最高已經(jīng)能夠達到50%。
值得注意的是,USDA對生物基認證的最低要求是超過(guò)25%的生物基含量,這也進(jìn)一步證實(shí)了該材料在綠色環(huán)保方面的杰出貢獻和達到的高標準。
2、? ESA?發(fā)泡材料的作用機理
其主要的作用機理與兩個(gè)方面有關(guān):
與基體材料有關(guān):多孔材料本身受到?jīng)_擊時(shí),通過(guò)細胞壁結構的彎曲、摩擦和內部空氣的壓縮,吸收震動(dòng)產(chǎn)生的能量,從而達到防護的目的。
與剪切增稠的凝膠有關(guān):通過(guò)添加 ESA 凝膠,?在受到?jīng)_擊時(shí)呈現剪切增稠的特性,進(jìn)而增加材料整體的損耗模量。相應材料在力的作用下引起分子鏈滑移,這也會(huì )消耗更多能量,使得材料在變形時(shí)能夠吸收能量,達到減震的效果。
3、ESA?發(fā)泡材料性能檢測
ESA 發(fā)泡材料在鞋材領(lǐng)域的應用經(jīng)歷了一系列檢測。
其減震 G 值達到14.1,反映了其優(yōu)秀的吸震性能。材料的回彈率較低,符合主要吸震目的的預期,同時(shí)顯示出較好的壓縮變形性能。永久壓縮變形率為3%,表明材料具有較高的結構穩定性。
DSⅡ?的數值越低,動(dòng)態(tài)剛性越低,證明材料擁有更好的吸震性能;而該材料沖擊減震性能DSⅡ的數值約為145.3,從而驗證了材料超過(guò)70%的高效吸能效果。
將 ESA 發(fā)泡材料與現在傳統發(fā)泡中底材料的沖擊測試對比,沖擊力值越小證明材料的吸能效果越好,而 ESA 發(fā)泡材料減震吸能的特性是目前傳統中底材料的兩倍。
在“CCTV晉江欄目”的一次采訪(fǎng)中,為驗證 ESA 材料的性能進(jìn)行了一項對比實(shí)驗。
將防震材料鋪在同一玻璃上,一個(gè)鋼球從一定高度落下,普通材料下方的玻璃板瞬間破裂,但鋪了 ESA 發(fā)泡材料的玻璃板保持完好無(wú)損。這一實(shí)驗結果有效證明了該材料在減震吸能方面的優(yōu)異性能。
四、ESA 麒麟涂料
1、ESA 麒麟涂料的介紹
ESA 麒麟涂料實(shí)際上是一種高分子彈性噴涂材料。它通過(guò)設備在噴槍位置進(jìn)行高壓對撞,噴到物體表面形成一個(gè)保護層,這種保護層在噴出后可以瞬間固化。
2、ESA 麒麟噴涂材料的特性
ESA 麒麟涂料的主要特性包括增強結構、增韌耐磨,以及提供防水、防腐等。
- 施工便捷:其采用的是噴涂工藝,噴涂后5秒內便可凝膠,10秒后即可表干,意味著(zhù)在噴涂完成10秒后,就可以直接接觸涂料,而不會(huì )造成任何表面損壞,無(wú)滴落,無(wú)流掛。
- 綠色環(huán)保:在過(guò)去的一些工程應用中,它被用于飲用水池的內側,作為防水和防腐噴涂,防止水池漏水或外表面腐蝕。并且其不含任何有機溶劑,沒(méi)有 VOC 排放,可以直接與飲用水接觸。
- 增強結構:其出色的附著(zhù)力能夠與多種基材緊密結合,展現了優(yōu)異的抗撕裂和抗剝落性能。
- 增韌耐磨:具備良好的拉伸強度和耐磨、耐刮蹭能力。例如,在鞋材行業(yè)的應用中,將該涂料噴涂于鞋子和服裝上可顯著(zhù)提高耐磨性和提供結構支撐。
- 防水防腐:它對大多數酸堿性溶劑的抵抗,為材料提供了額外的保護層。
經(jīng) 1.5-2 mm 厚的 ESA 麒麟涂料處理的紙杯,能承受人的全重而不形變,承重能力達350公斤,而四個(gè)這樣的紙杯可支撐重量達1,450公斤;
同樣,普通泡沫材料經(jīng)涂料噴涂后,即使被卡車(chē)碾壓,也能保持結構完整,這都有效證明了涂料對物體結構強度的顯著(zhù)增強效果。
對該材料的耐磨特性通過(guò)使用角磨機進(jìn)行打磨來(lái)驗證,與當前市面上其他耐磨樹(shù)脂相比,經(jīng) ESA 麒麟涂料處理的表面即使出現輕微劃痕也不會(huì )穿透,表明其具有較普通樹(shù)脂更強的耐磨性。
用兩公斤的炸藥炸一塊木板墻,未涂抹 ESA 麒麟涂料的木板墻在沖擊波下瞬間破碎,而涂抹該涂料后的木板在爆炸沖擊波下無(wú)破裂痕跡。而經(jīng)涂料處理后的雞蛋和西瓜從30米高空墜落,均完好無(wú)損??梢?jiàn)該材料優(yōu)越的防爆防護性能。
五、ESA?材料的鞋材應用
ESA 材料的主要優(yōu)勢,在于其應用于鞋底時(shí),能夠提供輕柔的承托和較高的舒適感。在行走時(shí),材料展現出優(yōu)異的承托性能;而在奔跑時(shí),則能夠適應沖擊力,保持律動(dòng)的適應性,并靈活地化解沖擊力。
與國外的非牛頓流體凝膠相比,ESA 凝膠展現出了更為優(yōu)越的性能。
通過(guò)對 ESA 凝膠及其他幾種材料進(jìn)行熱機械分析(DMA),分析結果顯示損耗因子的大小直接關(guān)聯(lián)著(zhù)材料的性能效果;在頻率為0.16 Hz時(shí),ESA凝膠的損耗因子達到86,而 D3O 材料的損耗因子為79。
證明在減震吸能效果方面,ESA 凝膠相比于國內外的其他材料,表現出更佳的性能。
實(shí)際上,思創(chuàng )新材在2023年已與一些品牌進(jìn)行了合作,創(chuàng )新性地將 ESA 凝膠應用到鞋的中底作為填充材料。ESA 凝膠這種材料現在已經(jīng)成為了鞋的減震核心,而這種新型鞋材在去年8月就已經(jīng)上市。這個(gè)創(chuàng )新應用展示了 ESA 凝膠材料的廣泛可能性和實(shí)用性。
ESA 材料除了作為減震配件被應用于鞋的中底,思創(chuàng )新材還將其拓展到功能鞋墊的應用領(lǐng)域。這些功能鞋墊特別在前掌和后跟的部分采用了 ESA 發(fā)泡材料。
此外,思創(chuàng )新材還致力于開(kāi)發(fā)適用于滑板鞋和板鞋的產(chǎn)品,計劃將這些鞋款的主要材料完全替換為具有緩沖性能的 ESA 發(fā)泡材料。其主要目標是實(shí)現極致的減震效果,通過(guò)提升沖擊吸收能力,增強對落地沖擊瞬間的減震保護。
在早期階段,ESA 麒麟涂料也已成功應用于運動(dòng)織物鞋的表面和鞋底,使鞋子的脆弱部分變得更結實(shí),更防水耐磨。除了在鞋材領(lǐng)域的應用,ESA 麒麟涂料也在騎行裝備得到了應用。
五、關(guān)于思創(chuàng )新材
深圳市思創(chuàng )新材科技有限公司成立于2017年11月,系礪劍防務(wù)技術(shù)集團下屬的子公司,是一家集研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售智能吸能材料、防護裝備的高新科技企業(yè)。
目前該司的材料主要應用在摩托車(chē)騎行防護、運動(dòng)防護、鞋類(lèi)防護以及高端設備減震防護等領(lǐng)域,在 2019 年該司已通過(guò)了國家的高新技術(shù)企業(yè)認證。
來(lái)源:思創(chuàng )新材科技有限公司在第九屆鞋材論壇演講資料
原文始發(fā)于微信公眾號(艾邦高分子):ESA智能吸震材料介紹及鞋材應用