[发明专利]一种具有负泊松比特性的三维抗冲击材料

说明书

本发明公开了一种具有负泊松比特性的三维抗冲击材料，通过单个胞体在三维空间上周期性排列组成，其中单个胞体是由一对相同的异型四边形单元结构相互正交连接而成。单个胞体与相邻胞体在Z方向上通过直肋结构相互对齐紧密连接；在X方向与Y方向上通过弧肋结构相互平行且对齐紧密连接。本发明的具有负泊松比特性的三维抗冲击材料，其Z方向受到拉伸时，X方向与Y方向发生膨胀；Z方向受压缩时，X方向与Y方向发生收缩。本发明的具有负泊松比特性的三维抗冲击材料，可作为缓冲材料应用到汽车车体、缓冲器等结构，大大提高了冲击韧性和抗压能力。

技术领域

本发明涉及材料科学技术领域，尤其涉及一种具有负泊松比特性的三维抗冲击材料。

背景技术

通常情况下，对一个材料试件做纵向拉伸实验时其轴向发生收缩，当压缩材料试件时其轴向发生膨胀。这就意味着几乎所有常见材料试件的泊松比都为正值，但是仍存在一些结构特殊的材料其泊松比为负值，例如：铜泡沫的泊松比值为-0.8。早在上个世纪八十年代末Lakes教授通过对普通泡沫进行热机械方法处理制备出了具有负泊松比特性的泡沫材料，由于其奇特的特性，负泊松比材料逐渐受到重视而快速发展起来。

泊松比(v)用公式表示如下：

v＝-ε_j/ε_i

其中，ε_j表示材料的横向收缩应变；ε_i表示材料的纵向伸长应变，i,j分别为两相互垂直的坐标轴。区别于普通材料，对一个负泊松比材料试件做纵向拉伸实验时其轴向发生膨胀，当压缩材料试件时其轴向发生收缩。正因为负泊松比材料具有不同于普通材料的特性，所以在很多情况下这类材料表现出的物理机械性能要远远优于普通材料，包括抗冲击性能、抗断裂性能、回弹韧性、剪切模量等特性，使其在生活中展现出巨大而广泛的应用价值。

随着社会的快速发展，人们生活水平得到了很大的提高，汽车作为一种日常代步工具进入千家万户，随之而来的就是大量的撞车和追尾事故，由于汽车车体大部分为普通金属材料，在其受到撞击时极易发生压溃变形同时挤压车室内部，对人体造成很大的伤害甚至危及生命。

专利号为CN 103214728 A涉及一种仿生负泊松比材料及其制备方法，所述材料是基于天然泡沫的微孔结构及产生负泊松比的原理，设计和制备而成。所述材料是由热塑性塑料通过螺杆挤出机制备得到的一种多孔泡沫结构材料，所述的孔是拉长的蜂窝状微孔，且众多的所述的拉长的蜂窝状微孔的长轴沿径向方向一层一层的由中心轴对称向外呈发散状排列。虽然本文所述材料具有负泊松比特性，但是由于其微孔结构中尖角的出现，不可避免的出现了应力集中，大大减弱了其抗冲击性能和抗压能力，极易在受到较大载荷冲击时发生压溃变形，所以文本中并没有解决材料受到较大载荷作用时发生压溃变形的问题。

专利号为CN 105965930 A涉及一种内六角负泊松比蜂窝的制备方法，包括下列步骤：第一步：原料基材经过涂胶、叠层、然后热压得到蜂窝叠块；接下来将所述蜂窝叠块拉伸、定型得到过拉伸白蜂窝块，该过拉伸白蜂窝块的孔格的截面形状为矩形；第二步：对所述第一步制得的过拉伸白蜂窝块进行首次浸胶，然后进行热处理使浸胶的胶液半固化；第三步：在工装架上，对所述过拉伸白蜂窝块的孔格进行压缩，该压缩是对所述孔格的长边的中部进行，使所述孔格相对的长边的中部向对折弯；第四步：对压缩后的蜂窝进行浸胶固化，得到内六角负泊松比蜂窝。虽然本文所述的内凹负泊松比蜂窝通过上述步骤制备了出来，但是由于孔格相对的长边的中部向对折弯，同样存在尖角，导致所述蜂窝在受到外部载荷时出现应力集中，且很容易在受到较大载荷冲击时发生压溃变形。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有负泊松比特性的三维抗冲击材料，所述材料可作为缓冲材料应用到汽车车体、缓冲器等结构，大大提高了冲击韧性和抗压能力。