摩托车防护用具的开发研究与性能测试

摘要

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。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景和意义

1．1．1 国内摩托车交通事故

1．1．2 摩托车赛车

1．1．3 目前市场上防护用具的种类

1．1．4 目前市场上摩托车防护用具的规格

1．1．5 现有护具使用材料

1．1．6 目前市场上摩托车防护用具的不足

1．1．7 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 课题研究内容

2 纤维材料和非织造布的制备与性能分析

2．1 引言

2．2 三维卷曲中空涤纶

2．2．1 纤维表征

2．2．2 三维卷曲中空涤纶中空度

2．2．3 单纤维拉伸性能

2．2．4 单纤维卷曲性能

2．3 非织造布

2．3．1 实验方案

2．3．2 纤维准备

2．3．3 成网

2．3．4 加固

2．4 针刺非织造布基本性能测试

2．4．1 面密度

2．4．2 厚度

2．4．3 拉伸性能

2．4．4 透气性能

2．4．5 压缩性能

2．5 本章小结

3 剪切增稠液的配制与性能分析

3．1 引言

3．2 纳米二氧化硅

3．2．1 气相法二氧化硅

3．2．2 试剂及检测方法

3．2．3 结果与分析

3．3 剪切增稠体系

3．3．1 剪切增稠体系的基本概念与主要特征

3．3．2 剪切增稠的微观机理

3．3．3 剪切增稠的影响因素

3．3．4 剪切增稠液的应用

3．4 纳米SiO2／PEG200分散体系制备

3．4．1 试剂

3．4．2 仪器

3．4．3 纳米SiO2／PEG200分散体系制备

3．5 纳米SiO2／聚乙二醇体系流变性能分析

3．5．1 测试仪器

3．5．2 试验方法

3．5．3 稳态流变性能

3．5．4 动态流变性能

3．6 本章小结

4 剪切增稠液在摩托车防护用具上的应用研究

4．1 引言

4．2 不同浓度的剪切增稠液对护具性能影响

4．2．1 稀释浸渍

4．2．2 对透气性的影响

4．2．3 对抗冲击性的影响

4．3 不同面密度非织造布对护具性能影响

4．3．1 对透气性的影响

4．3．2 对抗冲击性的影响

4．4 不同稀释比的剪切增稠液对护具性能影响

4．4．1 对透气性的影响

4．4．2 对抗冲击性的影响

4．5 不同剪切增稠液含量对护具性能影响

4．5．1 对透气性的影响

4．5．2 对抗冲击性的影响

4．6 SiO2粒径对护具抗冲击性能研究

4．6．1 对透气性的影响

4．6．2 对抗冲击性的影响

4．7 STF-针刺布表面分析

4．8 成品展示

4．9 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录

致谢