[发明专利]一种负泊松比防护用具材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种负泊松比防护用具材料的制备方法，包括原料混合、等离子处理、辐照处理、微波处理、降温处理、溶剂浸泡、真空干燥等步骤，与现有负泊松比材料制备方法相比，本发明以常规聚合单体为初始原料，多种辐射源的配合使用，在促进单体聚合的同时能够使功能助剂和配合助剂发挥聚合物结构调控的效果，使聚合物出现内凹结构单元，从而具有负泊松比效应。通过本发明所述的制备方法制得的聚合物材料的负泊松比值在‑0.2到‑0.48之间，具有优良的负泊松比效应，能够作为防护用具材料用于运动护具的生产制造中。

技术领域

本发明属于功能性聚合物材料领域，涉及一种负泊松比聚合物材料及其制备方法和应用。

背景技术

负泊松比材料，即拉胀材料，表现为在受拉时，其横向发生膨胀；相反，在受到挤压时发生收缩。科学家早在100年前就发现某些天然材料具有负的泊松比，如奶牛乳头部分的皮肤、黄铁矿、砷、镉。负泊松比材料作为一种可设计材料概念是在20世纪80年代首先由Lakes提出来的，旨在满足高新技术领域对新材料提出的要求，之后具有负泊松比效应的泡沫材料、聚合物材料、复合材料不断被设计出来。

由于负泊松比效用使这种材料的力学性能得到增强，包括剪切模量、断裂韧性、冲击强度、压痕阻力等，因而负泊松比材料在许多工程领域都有广阔的应用前景。现有的负泊松比聚合物材料通常是将单体聚合形成聚合物后再对聚合物的结构进行加工处理，使其形成具有负泊松比性质的聚合物材料，但该方法对聚合物结构调控有限，且工艺复杂，获得的负泊松比材料性能波动大，因此使用一步聚合的方式获得性能稳定的负泊松比材料成为目前的研究热点。

体育运动如滑雪、橄榄球、足球等具有一定的危险性，为了降低运动员受伤程度，需要使用到相关的防护用具，为了提高防护用具的效果，其中所使用到的材料非常关键。负泊松比材料由于具有优异的力学性能而成为运动防护材料的首选。运动防护材料对于负泊松比材料的性能要求较高，需要具有较高的负泊松比效应，除此之外，现有的负泊松比材料用于运动护具的制造还存在一些问题，比如：质量大、缓冲效果差、穿戴体验感差等。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种负泊松比防护用具材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)原料混合：

将聚合单体材料、功能助剂、配合助剂、光敏剂、催化剂按质量比20-60：10-30：0.1-0.6：0.001-0.08：0.01-0.2的比例混合均匀；

(2)等离子处理：

将混合物引入真空装置中，使用氦等离子体对混合物进行辐照处理，氦等离子体的流强为1.0╳10²¹-2.5╳10²¹ions/m²·S，辐照处理时间为1-3分钟；

(3)辐照处理：

将所得产物引入辐照瓶中，进行γ射线辐照处理或紫外辐照处理；γ射线辐照处理1-4分钟，辐照剂量率为4-5kGy/h；紫外辐照处理2-8分钟，波长范围：320-400nm；

(4)微波处理：

将所得产物使用微波处理60-120秒，微波功率为300-700W；

(5)降温处理：

立即将产物置于-5～-25℃的环境中保持1-4小时；单体在各种辐照源的照射下发生聚合，同时产生内凹结构；单体聚合时候会发热，聚合物的温度很高，不利于成型，此时降温能够保留辐照聚合时形成的内凹结构，保持结构稳定；

(6)溶剂浸泡：

将降温处理后的产物浸泡在溶剂中4-10小时；浸泡可以去除之前添加的各种助剂；

(7)真空干燥：

将浸泡后的产物经60℃真空干燥，获得负泊松比材料。