CN103214728A - 一种仿生负泊松比材料及其制备方法 - Google Patents

一种仿生负泊松比材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于功能高分子泡沫材料，涉及材料的胞体结构和排列方式以及力学性能，特别涉及仿生负泊松比材料及其制备方法。本发明是基于天然泡沫的微孔结构及产生负泊松比的原理，设计和制备了一种具有特殊负泊松比结构的仿生负泊松比材料。本发明的仿生负泊松比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。本发明的材料在遭遇冲击时，因负泊松比引起的双向收缩，使冲击力迅速转化为形变能而被吸收，同时密度快速增大，从而增强了材料的抗冲击性。

Description

一种仿生负泊松比材料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能高分子泡沫材料，涉及材料的胞体结构和排列方式以及力学性能，特别涉及仿生负泊松比材料及其制备方法。
背景技术
泊松比(v)是材料的一种力学性能。法国数学家西蒙·泊松将它定义为：材料的横向应变(εx)与纵向应变(εy)之负商。用公式表示
v＝-εx/εy    (1)
根据这一定义，通常，我们见到的大多数材料具有正的泊松比，因为它们受到拉伸时就像拉伸一根弹性皮条那样横向变细，压缩时就像压缩一块橡皮那样横向膨胀。然而，也存在有少数负泊松比材料，现在常称其为拉胀材料(auxetic materials)。这类材料有着新颖的变形性：拉伸时其横向不是变细而是变粗，压缩时其横向不是膨胀而是收缩。在日常生活中，这类材料很少见到。
受负泊松比的影响，这类材料的一些力学性能优于非拉胀材料，包括抗凹陷能力、损坏抵抗力、冲击吸收力、损坏允许公差、平面应变破坏强度、回弹力、剪切模量等。这些优异的力学性能使其展示出广泛而诱人的应用前景。如，改变应力可以改变拉胀材料孔隙的透过性，使其成为潜在的智能过滤材料；又如，用拉胀材料制成的人造血管，因血液流过时产生的切应力作用而变厚，其使用寿命大大提高；当将它应用在海底电缆的外包装、车辆保险杠、道路缓冲装置时，其安全性和耐用性都将高于正泊松比材料。诸如此类的应用还将出现在火箭、飞机、隔音设备、电子产品等等众多产业，有些还可能是非拉胀材料不可替代的。因此，改变通用高分子材料的泊松比可以使其功能化或高性能化。
1987年Lakes教授在Science上发表文章，介绍了首次人工制备的负泊松比聚氨酯泡沫塑料，之后，拉胀材料的研究得到了迅速发展。目前，人们通过不同的方法制备出一些拉胀材料，如：胞体聚四氟乙烯、超高分子聚乙烯、液晶高分子、金属泡沫等。在自然界，人和动物及矿物中的拉胀现象也被发现，如：人腿多孔骨、猫皮、α-方晶石等。人们通过对所获得的拉胀材料的研究，发现材料的拉胀性主要是由于材料内部特殊的微结构(即拉胀结构)决定的。
现已发现或设计出多种拉胀结构，如凹蜂巢结构、纤束-节点结构、键连砖块结构等等。分析这些不同的拉胀结构，你会发现它们有着共同的特点：它们的结构均一，其基本单元(单个胞体或几个胞体的组合)本身就具有拉胀意义。如图1所示的几种拉胀结构的拉胀机理。
关于植物的拉胀现象至今未见报道。组成植物的细胞多为一些非凹陷的常规形状，由这些常规形状组成的材料通常不具有拉胀性。如，由类蜂巢结构组成的软木塞，由立柱状结构组成的轻质木材等，它们的泊松比均不为负值。然而，我们在对向日葵杆泡沫芯(向日葵杆的结构示意图见图2)进行径向压缩时，却意外地看到垂直于受力方向发生了收缩现象(压缩卸载后的样品光学照片见图3)。进一步测试发现，其泊松比效应在0＜εx＜80％的测试范围内均有存在，泊松比与压缩应变关系图见图4。
研究表明，向日葵杆泡沫芯结构，是一种复合结构。它由内外两部分组成，从横切面观察，中心(其直径占整个泡沫芯直径的1/3～2/3)是比较规则的六角蜂巢结构(其电镜照片见图5a、c)，而外围是由拉长的六角胞体组成(其电镜照片见图5a、d)，这些胞体由内到外，仅是沿径向逐渐伸长(其电镜照片见图5a、b)，形成了中心对称的发散状结构(计算机模拟的整体结构见图6)。可以看到：它没有凹陷的胞体，且基本单元——单个胞体或几个胞体的组合本身也不具拉胀性。这是它的显著结构特征，区别于文献已报道的各种拉胀结构。
进一步研究表明，向日葵杆泡沫芯表现出负泊松比的主要原因，是材料的径向杨氏模量远大于切向，且杨氏模量沿径向的梯度递增对负泊松比的产生有较好的协同作用。材料的这些特性，主要取决于外围胞体的长细比、排列方式及取向度。另外，单纯的中心胞体没有负泊松比。
经测试，向日葵杆外围泡沫芯的径向杨氏模量是切向或轴向的5～6倍，是中心的2倍，且由中心向外沿径向呈梯度递增，半径每增加3mm，径向杨氏模量与切向杨氏模量的比就提高1倍。测试结果见表1。成分分析及微观结构研究表明，内外泡沫的主要成分——纤维素、半纤维素、木质素，以及相对结晶度和平均微纤丝角没有明显差异，壁厚等也未有明显改变。这表明内外杨氏模量的变化主要来自胞体的几何结构和排列方式。
表1.不同样品的平均力学性能
Figure BDA0000132482770000031
表中数据均为5个样品的平均值。样品的大小为6mm3的正方体，由中心向外半径增加的梯度是3mm。
通过对胞体几何结构的理论分析发现，径向杨氏模量远大于切向是由于拉长胞体几何结构的各项异性造成的。吉布森假设了一种理想化的开口孔穴代表具有轴对称的泡沫材料，当孔穴为长方体时，其长轴方向的杨氏模量Eh与切向杨氏模量El，二者之间的关系如下：
Eh/El＝2R2/[1+(1/R)3](2)
式中R表示空穴的各向异性率，R＝h/1，h表示空穴的长，l表示宽和厚。
由上式可以看出，当形状的各项异性率R为2时，杨氏模量的异性率Eh/El接近于8。可见，杨氏模量的比率强烈地依赖于胞体几何结构的各项异性率。向日葵杆泡沫芯胞体的实际结构比较复杂，但上述理论模型的分析仍可用于解释向日葵杆外围泡沫芯的径向杨氏模量远大于切向，主要是由于拉长胞体几何结构的各向异性造成的。
对于杨氏模量的梯度变化，主要是拉长胞体沿径向的排列及取向度(单位体积内胞体的长轴与载荷力方向的平行排列的有序程度)决定的。由于外围胞体的长轴是沿径向排列的，而长轴的杨氏模量又远大于切向，因此，当径向压缩时，随着半径的增大，拉长胞体沿载荷力方向的取向度越来越大，材料在该方向的杨氏模量也就随之增加。所以，当沿径向分段进行杨氏模量测试时，材料即表现出梯度递增的特征。
通过有限元分析，证明了径向杨氏模量远大于切向是这种泡沫材料产生负泊松比的主要原因之一。先后通过梁单元模型、壳单元模型和连续体模型进行了分析研究，结果发现胞体严格的径向排列使应力集中于中心，当径向杨氏模量远大于切向时，可产生负泊松比，如果太小将不会产生负泊松比。图7是内、外杨氏模量异性率均为30时，连续体模型压缩后的有限元设计模拟的变形形貌。它是在一个10×10mm的薄板上进行压缩实验的，虽然这个板是方形的，但材料的参数是按照径向、切向赋予的，像向日葵泡沫芯一样是沿径向发散的。径向和切向的杨氏模量分别为300MPa和30MPa，采用各向异性的本构关系(Lamina in Abaqus)，并施加3mm的位移载荷，摩擦系数为0.2。图7是压缩率为0.3的应力云图，图8是各向异性率为30的连续体模型的应力传递的大小和方向。
比较图7和图3，可以看到连续体模型的形变与向日葵杆泡沫芯径向压缩的形变极为接近。因此，径向杨氏模量远大于切向，是这种泡沫材料产生负泊松比的重要条件之一。
在测试向日葵泡沫芯的性能时发现，径向杨氏模量与切向杨氏模量的比为8时，即可产生明显的负泊松比，这与有限元分析的杨氏模量比率相差甚远。二者不同的是，模型的杨氏模量比率是内外一致的，而向日葵的内外杨氏模量的比率是梯度递增的。因此，杨氏模量的梯度变化也是产生负泊松比的重要条件之一。通过变形机制的分析进一步证明了这一点。通过动态电镜看到：在压缩过程中，向日葵杆泡沫芯的中心胞体最先发生形状变化，并逐步完成由非拉胀结构向凹陷的多褶皱的拉胀结构的转变(见图9)，这种变化不断向外层层推进，直至压缩结束。
如前所述，杨氏模量的各向异性主要是由胞体几何结构的各向异性(即长细比)引起的，而杨氏模量的梯度变化则主要是由胞体严格的取向度(即径向排列)引起的。因此，当胞体的各向异性与取向度在合理的取值区间时便可产生负泊松比。换而言之，胞体的拉长及其径向排列是向日葵杆泡沫芯产生负泊松比的主要原因。
总之，向日葵杆泡沫芯向世人展示了一种全新的拉胀结构，它告诉人们，正常形状的胞体结构，通过改变长细比、排列方式及取向度，也可获得具有负泊松比的功能材料。特别是本发明的这种结构，具有持续的负泊松比，当材料遭遇冲击时，它的耐冲击性更加优良。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种仿生负泊松比材料，这种材料由于结构的变化引起材料力学性能的变化，表现出很好的抗冲击性能和回弹性能。
本发明的目的之二是提供一种仿生负泊松比材料的制备方法。
本发明是基于天然泡沫的微孔结构及产生负泊松比的原理，设计和制备了一种具有特殊负泊松比结构的仿生负泊松比材料。所述的仿生负泊松比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(一个拉长的蜂窝状微孔为一个胞体)。
本发明的仿生负泊松比材料的制备方法：将金属模板安装在螺杆挤出机的挤出头前端，然后将热塑性塑料通过螺杆挤出机挤出，制备得到所述的仿生负泊松比材料。
所述的金属模板的横截面设计有沿中心轴对称一层一层的向外呈发散状的众多拉长的蜂窝状微孔结构(如图10所示)，所述的拉长的蜂窝状微孔可采用激光刻蚀进行制备得到。如图10所示，所述的拉长的蜂窝状微孔结构是一层一层的向外呈发散状有序排列而成的，横截面为正方形或长方形。将上述金属模板安装在螺杆挤出机的挤出头前端，热塑性塑料经过螺杆挤出机和金属模板时，就制备出多孔的长条形(长方体型或正方体型)的仿生负泊松比材料制品。
所述的螺杆挤出机的温度范围为130～260℃。
所述的热塑性塑料为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚酯中的一种或几种。
所述的金属模板的横截面为正方形或长方形，边长可为1cm～10cm；也可根据具体要求，及材料制品的用途要求来确定金属模板的横截面。材料制品可为长方体型或正方体型。
所述的金属是不锈钢、铝合金或钛合金等。
所述的拉长的蜂窝状微孔的长边与短边的比值为1～10。
所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚将对仿生负泊松比材料的抗冲击性和回弹性有所影响，从而根据对仿生负泊松比材料制品的不同要求，通过所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚的调整，制备出具有抗冲击性比较显著的，或者是弹性比较明显的仿生负泊松比材料。所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚优选为0.1～200μm，力求通过所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚来调整杨氏模量的变化。
本发明的仿生负泊松比材料(也称之为拉胀材料)具有反常的形变特性，受拉时横向变粗，而不是变细；受压时横向收缩，而不是膨胀。本发明的材料的径向杨氏模量远大于切向，且由内向外沿径向呈梯度递增。本发明的材料在遭遇冲击时，因负泊松比引起的双向收缩，使冲击力迅速转化为形变能而被吸收，同时密度快速增大，从而增强了材料的抗冲击性。
附图说明
图1.几种拉胀结构及拉胀机理示意图；其中：a凹蜂巢结构及拉胀机理；b键连砖块结构及拉胀机理；c纤束-节点结构及拉胀机理。
图2.向日葵杆结构的模拟图。
图3.向日葵杆泡沫芯压缩后的拉胀效果。
图4.向日葵径向压缩时vxy和σx随εx变化的曲线图(样品为12mm3的正方形样品)。
图5.向日葵杆泡沫芯的胞体结构电镜图；其中：a中心至外围的横截面图；b中心至外围的纵截面图；c中心胞体的横截面图；d外围胞体横截面图。
图6.向日葵杆泡沫芯横截面结构示意图。
图7.各向异性率为30的连续体模型的变形形貌(Mises应力云图)。
图8.各向异性率为30的连续体模型，显示压缩中应力传递的大小和方向。
图9.径向压缩后卸载中心结构的电镜照片，去除外围结构后，再次压缩或拉伸均有负泊松比效应。
图10.本发明的一种负泊松比材料的结构及本发明所用的一种金属模板的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
请参见图10，采用激光刻蚀技术在不锈钢板上进行制备拉长的蜂窝状微孔。所述的不锈钢板的横截面设计有沿中心轴对称一层一层的向外呈发散状的众多拉长的蜂窝状微孔结构；不锈钢板上的拉长的蜂窝状微孔的长轴、长边与短边的比值、孔壁厚分别为100μm、2、0.1μm。
将上述制备好的不锈钢模板安装在螺杆挤出机的挤出头前端，然后将聚丙烯通过螺杆挤出机挤出，便可制备得到多孔泡沫结构材料制品，即得到弹性较好的具有一定压缩性能的仿生负泊松比材料；其中，所述的螺杆挤出机的螺杆温度设置为：第一段温度为190℃、第二段温度为220℃、第三段温度为230℃、第四段温度为200℃。
仿生负泊松比材料制品构件的大小为：1cm×1cm×10cm；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。所述的拉长的蜂窝状微孔的长轴为100μm；所述的拉长的蜂窝状微孔的长边与短边的比值长为2；所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚为0.1μm。
实施例2
请参见图10，采用激光刻蚀技术在铝合金板上进行制备拉长的蜂窝状微孔。所述的铝合金板的横截面设计有沿中心轴对称一层一层的向外呈发散状的众多拉长的蜂窝状微孔结构；铝合金板上的拉长的蜂窝状微孔的长轴、长边与短边的比值分别为500μm、2；拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为1μm，径向：中心起始孔壁厚为1μm，半径每增大1mm，孔壁厚增加0.5μm。
将上述制备好的铝合金板安装在螺杆挤出机的挤出头前端，然后将聚丙烯通过螺杆挤出机挤出，便可制备得到多孔泡沫结构材料制品，即得到弹性较好且负泊松比显著的仿生负泊松比材料；其中，所述的螺杆挤出机的螺杆温度设置为：第一段温度为190℃、第二段温度为220℃、第三段温度为230℃、第四段温度为200℃。
仿生负泊松比材料制品构件的大小为：8cm×8cm×100cm；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。所述的拉长的蜂窝状微孔的长轴为500μm；所述的拉长的蜂窝状微孔的长边与短边的比值为2；所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为1μm，径向：中心起始孔壁厚为1μm，半径每增大1mm，孔壁厚增加0.5μm。
实施例3
请参见图10，采用激光刻蚀技术在铝合金板上进行制备拉长的蜂窝状微孔。所述的铝合金板的横截面设计有沿中心轴对称一层一层的向外呈发散状的众多拉长的蜂窝状微孔结构；铝合金板上的拉长的蜂窝状微孔的长轴、长边与短边的比值分别为400μm、1.2；拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为3μm，径向：中心起始孔壁厚为3μm，半径每增大0.8mm，孔壁厚增加0.6μm。
将上述制备好的铝合金板安装在螺杆挤出机的挤出头前端，然后将聚乙烯通过螺杆挤出机挤出，便可制备得到多孔泡沫结构材料制品，即得到杨氏模量较高且负泊松比显著的仿生负泊松比材料；其中，所述的螺杆挤出机的螺杆温度设置为：第一段温度为130℃、第二段温度为150℃、第三段温度为160℃、第四段温度为150℃。
仿生负泊松比材料制品构件的大小为：10cm×10cm×1000cm；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。所述的拉长的蜂窝状微孔的长轴为400μm；所述的拉长的蜂窝状微孔的长边与短边的比值为1.2；所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为3μm，径向：中心起始孔壁厚为3μm，半径每增大0.8mm，孔壁厚增加0.6μm。
实施例4
请参见图10，采用激光刻蚀技术在铝合金板上进行制备拉长的蜂窝状微孔。所述的铝合金板的横截面设计有沿中心轴对称一层一层的向外呈发散状的众多拉长的蜂窝状微孔结构；铝合金板上的拉长的蜂窝状微孔的长轴、长边与短边的比值分别为100μm、2；拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为8μm，径向：中心起始孔壁厚为8μm，半径每增大1.0mm，孔壁厚增加0.8μm。
将上述制备好的铝合金板安装在螺杆挤出机的挤出头前端，然后聚乙烯通过螺杆挤出机挤出，便可制备得到多孔泡沫结构材料制品，即得到具有抗冲击性的仿生负泊松比材料；其中，所述的螺杆挤出机的螺杆温度设置为：第一段温度为130℃、第二段温度为150℃、第三段温度为160℃、第四段温度为150℃。
仿生负泊松比材料制品构件的大小为：10cm×8cm×1000cm；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。所述的拉长的蜂窝状微孔的长轴为100μm；所述的拉长的蜂窝状微孔的长边与短边的比值为2；所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为8μm，径向：中心起始孔壁厚为8μm，半径每增大1.0mm，孔壁厚增加0.8μm。
实施例5
请参见图10，采用激光刻蚀技术在钛合金板上进行制备拉长的蜂窝状微孔。所述的钛合金板的横截面设计有沿中心轴对称一层一层的向外呈发散状的众多拉长的蜂窝状微孔结构；钛合金板上的拉长的蜂窝状微孔的长轴、长边与短边的比值分别为100μm、2；拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为0.1μm，径向：中心起始孔壁厚为8μm，半径每增大1.0mm，孔壁厚增加0.8μm。
将上述制备好的钛合金板安装在螺杆挤出机的挤出头前端，然后将聚酯通过螺杆挤出机挤出，便可制备得到多孔泡沫结构材料制品，即得到具有一定弹性的仿生负泊松比材料；其中，所述的螺杆挤出机的螺杆温度设置为：第一段温度为190℃、第二段温度为220℃、第三段温度为260℃、第四段温度为200℃。
仿生负泊松比材料制品构件的大小为：5cm×3cm×10cm；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。所述的拉长的蜂窝状微孔的长轴为100μm；所述的拉长的蜂窝状微孔的长边与短边的比值为2；所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为0.1μm，径向：中心起始孔壁厚为8μm，半径每增大1.0mm，孔壁厚增加0.8μm。
实施例6
请参见图10，采用激光刻蚀技术在不锈钢板上进行制备拉长的蜂窝状微孔。所述的不锈钢板的横截面设计有沿中心轴对称一层一层的向外呈发散状的众多拉长的蜂窝状微孔结构；不锈钢板上的拉长的蜂窝状微孔的长轴、长边与短边的比值分别为100μm、2；拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为200μm，径向：中心起始孔壁厚为100μm，半径每增大1.0mm，孔壁厚增加10μm。
将上述制备好的不锈钢板安装在螺杆挤出机的挤出头前端，然后将聚酯通过螺杆挤出机挤出，便可制备得到多孔泡沫结构材料制品，即得到具有抗冲击性比较显著的仿生负泊松比材料；其中，所述的螺杆挤出机的螺杆温度设置为：第一段温度为190℃、第二段温度为220℃、第三段温度为260℃、第四段温度为200℃。
仿生负泊松比材料制品构件的大小为：10cm×10cm×500cm；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。所述的拉长的蜂窝状微孔的长轴为100μm；所述的拉长的蜂窝状微孔的长边与短边的比值为2；所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为200μm，径向：中心起始孔壁厚为100μm，半径每增大1.0mm，孔壁厚增加10μm。
实施例7
请参见图10，采用激光刻蚀技术在铝合金板上进行制备拉长的蜂窝状微孔。所述的铝合金板的横截面设计有沿中心轴对称一层一层的向外呈发散状的众多拉长的蜂窝状微孔结构；铝合金板上的拉长的蜂窝状微孔的长轴、长边与短边的比值分别为100μm、2；拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为0.1m，径向：中心起始孔壁厚为8μm，半径每增大1.0mm，孔壁厚增加0.8μm。
将上述制备好的铝合金板安装在螺杆挤出机的挤出头前端，然后将聚氯乙烯通过螺杆挤出机挤出，便可制备得到多孔泡沫结构材料制品，即得到具有一定弹性的仿生负泊松比材料；其中，所述的螺杆挤出机的螺杆温度设置为：第一段温度为130℃、第二段温度为150℃、第三段温度为160℃、第四段温度为150℃。
仿生负泊松比材料制品构件的大小为：8cm×5cm×10cm；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。所述的拉长的蜂窝状微孔的长轴为100μm；所述的拉长的蜂窝状微孔的长边与短边的比值为2；所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为0.1m，径向：中心起始孔壁厚为8μm，半径每增大1.0mm，孔壁厚增加0.8μm。
实施例8
请参见图10，采用激光刻蚀技术在铝合金板上进行制备拉长的蜂窝状微孔。所述的铝合金板的横截面设计有沿中心轴对称一层一层的向外呈发散状的众多拉长的蜂窝状微孔结构；铝合金板上的拉长的蜂窝状微孔的长轴、长边与短边的比值分别为100μm、2；拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为200μm，径向：中心起始孔壁厚为100μm，半径每增大1.0mm，孔壁厚增加10μm。
将上述制备好的铝合金板安装在螺杆挤出机的挤出头前端，然后将聚氯乙烯通过螺杆挤出机挤出，便可制备得到多孔泡沫结构材料制品，即得到具有抗冲击性的仿生负泊松比材料；其中，所述的螺杆挤出机的螺杆温度设置为：第一段温度为130℃、第二段温度为150℃、第三段温度为160℃、第四段温度为150℃。
仿生负泊松比材料制品构件的大小为：10cm×10cm×1000cm；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。所述的拉长的蜂窝状微孔的长轴为100μm；所述的拉长的蜂窝状微孔的长边与短边的比值为2；所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚：切向均为200μm，径向：中心起始孔壁厚为100μm，半径每增大1.0mm，孔壁厚增加10μm。

Claims (8)

1.一种仿生负泊松比材料，其特征是：所述的仿生负泊松比材料是由热塑性塑料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。
2.根据权利要求1所述的仿生负泊松比材料，其特征是：所述的热塑性塑料选自聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的仿生负泊松比材料，其特征是：所述的拉长的蜂窝状微孔的长边与短边的比值为1～10。
4.根据权利要求1或3所述的仿生负泊松比材料，其特征是：所述的拉长的蜂窝状微孔的孔壁厚为0.1～200μm。
5.一种根据权利要求1～4任意一项所述的仿生负泊松比材料的制备方法，其特征是：将金属模板安装在螺杆挤出机的挤出头前端，然后将热塑性塑料通过螺杆挤出机挤出，得到所述的仿生负泊松比材料；
所述的金属模板的横截面设计有沿中心轴对称一层一层的向外呈发散状的众多拉长的蜂窝状微孔结构。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是：所述的螺杆挤出机的温度范围为130～260℃。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是：所述的金属是不锈钢、铝合金或钛合金。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征是：所述的热塑性塑料为丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚酯中的一种或几种。
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