CN103703267A - 用于阻尼冲击的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于减轻、特别是阻尼冲击以及振荡、特别是振动的影响的装置，并且涉及该用于减轻、特别是阻尼冲击以及振荡、特别是振动的影响的装置的用途。

Description

用于阻尼冲击的装置

技术领域

本发明涉及一种装置及其用途，所述装置用于减轻冲击以及振荡、特别是振动的影响，尤其用于阻尼冲击以及振荡、特别是振动。

背景技术

为了减轻（具体来说是阻尼（damp））例如冲击或振荡的机械运动的影响，在现有技术中，阻尼材料或者由阻尼材料制成的主体是已知的。在传统的阻尼材料中，所发生的机械运动的影响的减弱基本上基于两种模式的活动（action）。首先，在弹性材料的变形中的弹性恢复力产生了与影响运动的力相抵消的力，因此减轻了振荡，尤其是产生振荡阻尼。其次，损耗导致运动能量或动力能量不可逆地转换成热能。因此，机械运动的动能通过损耗而被减轻或者吸收，从而该运动被减弱。具体来说，在冲击的情况中，力负载因此在阻尼本体中减轻。为了使阻尼材料或者阻尼本体回到原始结构，在塑料材料中的机械负载作用之后，已经采用了相应的措施（例如用弹性材料进行涂敷），以使阻尼材料回到其初始形状。或者，阻尼材料可以配置成，同时既是弹性的，又能通过自身产生恢复力抵抗其变形以成为原始的形状。

放置粘弹性材料（例如各种聚氨酯泡沫）以吸收振荡且吸收冲击，这在现有技术中是已知的。在本文中，将粘弹性理解为，聚合物依赖于时间、温度和频率的弹性。粘弹性材料既具有部分弹性表现，又具有部分粘性表现。具体地说，在粘弹性聚合物中，粘弹性是基于高分子相互之间平衡的建立的推迟。

根据已知的弹性体（例如聚氨酯）的组分，这些适合用于减轻振荡或冲击中二者之一的影响。在此，振荡影响的减轻（例如振荡阻尼）的改进会导致冲击影响的减轻（例如冲击阻尼）的削弱，反之亦然。在此，一种性能的改进会引起其它性能的削弱。

在常见的弹性体中，这种相关性追溯至弹性与塑性变形的关系。

很多弹性体具有高弹力，因此适合用于减小振荡，例如通过振荡阻尼的方式。弹力描述了材料在力的作用之后的弹性，根据DIN53512，通过确定锤子落在该材料样品上的回弹高度来确定材料的弹力。在此情况下，高弹力（回弹弹性）对应于低的塑性变形。但是，低塑性变形意味着冲击能量的低损耗，因此意味着冲击作用的减轻的削弱，尤其是冲击阻尼的削弱。

具有高弹性的弹性体，已知有例如丁二烯弹性体、苯乙烯-丁二烯弹性体、丙烯腈-丁二烯弹性体、异戊二烯弹性体、乙烯基弹性体（如EVA或EVAC）、乙烯-丙烯共聚物（如EPDM，EPM）、丙烯酸酯橡胶、聚异丁烯橡胶及聚氨酯橡胶等。还应该提到交联的聚硅氧烷的硅氧烷弹性体（如硅氧烷橡胶（siloxane rubbers））。然而，这些具有良好回弹性的弹性体只具有低的冲击阻尼。

相比之下，在现有技术中，已知有材料由于更能减轻冲击的影响而被区别出来。这些物质（例如塑性弹性体）具有改良的冲击阻尼，这通过在力的作用下的弹性体的塑性变形来实现。这些聚合物在吸收了外部力之后仅略微缓和（relax），并且通过内部流动过程而减弱所供应的能量，其中，聚合物改变其外表面。相比于弹性体，聚合物仅在相对长的缓和时间之后才恢复到原始形状，或者完全不恢复。相比于交联的弹性体，传统材料是具有类凝胶（gel-like）的粘滞度的未交联聚合物，例如有机硅凝胶，聚氨酯凝胶，或者非交联橡胶。后者通常不是热交联的，但是有很少的桥型（bridge-type）结合。

例如，WO2004/022999描述了一种具有很好的机械阻尼性能的胶原成分，用于阻尼机械运动，尤其是阻尼冲击。

但是，现有技术已知的塑性聚合物的不利之处是它们在尺寸上不稳定。为此，必须使凝胶回到其初始形状，通常使用将凝胶约束在例如平板的其它弹性材料，以能够足以并且有效地阻尼重复的冲击。

发明内容

因此，需要改良的装置，既能够减轻冲击影响（尤其是通过冲击阻尼），又能够减轻振荡的影响，尤其是冲击和振动阻尼。

已经惊奇地发现，由于丁烯块的交联，某些热塑性塑料，也就是那些基于苯乙烯-丁烯嵌段共聚物（styrene-butene block-copolymers），特别是基于苯乙烯-异丁烯嵌段共聚物的材料，由于弹性表现结合尤其显著的触变性（thixotropy）而被识别出来。

在本发明的含义中，基于苯乙烯-丁烯嵌段共聚物的热塑性塑料是指按重量计算包含50%-100%的苯乙烯-丁烯嵌段共聚物的热塑性塑料，优选地包括70%-95%的苯乙烯-丁烯嵌段共聚物，尤其优选地包括75%-90%的苯乙烯-丁烯嵌段共聚物。

通过触变性，可以理解粘稠度取决于所施加的剪切力的持续时间和大小。通常，例如湿沙、泥浆、牙膏、或者玻尿酸的材料都呈现了触变性表现。但是，所述材料在肖氏硬度A测量范围内没有重要的尺寸稳定性。

与此相反，根据本发明所采用的材料是触变性的热塑性塑料，由于其聚合物结构，所述材料能够通过重构内部分子交互作用并同时保持形状来耗散所引入的冲击能。在此，在热塑性塑料中的高弹性区域的交联同时产生恢复力。因此，保持了已知的弹性阻尼性能，这保证了该材料在变形之后又再次回到其初始形状。根据本发明所采用的热塑性材料，由于其触变性同时是弹性的，以惊人且及其有利的方式使凝胶的流变学性能分别与泡沫或弹性橡胶的弹性结合。根据本发明，所采用的热塑性材料不像传统的凝胶，不需要弹性外部壳体。

因此，根据本发明，热塑性材料可以极好地用在装置中，用于减轻冲击和振荡的影响，尤其是用于使冲击和振荡阻尼，这是由于其惊人地结合弹性材料的有利性能（强度、可加工性、弹性）与粘弹性及触变性材料的有利性能。因此，本发明涉及一种装置，用于减轻冲击和振荡的影响，尤其是用于使冲击和振荡阻尼，其包括根据本发明的基于苯乙烯-丁烯嵌段共聚物的热塑性主体1。所述主体1被布置为至少部分地位于载体2或载体的部分之上的顶部层，，或者所述主体1被布置为至少部分地位于第一载体2部分与第二载体3部分之间的中间层。

根据本发明所采用的热塑性塑料是基于苯乙烯-异丁烯嵌段共聚物的聚合物。这种嵌段共聚物在现有技术中是已知的，并且可以用例如US4946899中所描述的方法获得。本发明的优选实施方式提供基于苯乙烯-异丁烯嵌段共聚物的热塑性塑料的使用，尤其是苯乙烯-异丁烯二嵌段共聚物。在进一步有利的发展中，使用基于三嵌段共聚物的热塑性塑料，例如，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，尤其是苯乙烯-异丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物。

在嵌段共聚物中，该丁烯嵌段，特别是聚异丁烯嵌段，优选地具有10000-200000g/mol的平均分子质量，尤其是40000-100000g/mol的平均分子质量。优选地，在嵌段共聚物（尤其是三嵌段共聚物）中的聚苯乙烯嵌段，基于嵌段共聚物的总重量而具有5～50％的重量。嵌段共聚物可以是线性的，尤其可以分别是线性二嵌段或三嵌段共聚物。或者，可以使用如现有技术已知的具有3-6个臂或更多臂的径向嵌段共聚物。

热塑性塑料通常在重量上包括50-100%的苯乙烯-丁烯嵌段共聚物，特别是苯乙烯-异丁烯嵌段共聚物或苯乙烯-异丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物（分别地），优选地包括70-95%，尤其是包括75-90%，以及在重量上包括0-50%的至少一种另外的赋形剂或聚合物（优选为聚合物），优选地包括5-30%，尤其是10-25%。

在用于减轻冲击和振荡的影响、尤其是用于冲击以及振荡尤其振动的阻尼的装置中，根据本发明所述主体施加为顶部层，所述顶部层至少部分地位于载体或者任何形状的载体部分之上，由此提供了阻尼表面。因此，通过施加根据本发明的热塑性顶部保护层，任何形状的载体可以免受机械运动，例如冲击和振荡；或者施加在载体上的冲击和振荡可以以相对于其影响而减小的方式而传递至该表面。在本发明的含义中，主体也指阻尼元件。或者，该主体可以设置成中间层，至少部分地位于载体之间或载体的部分之间，只以减轻的形式（尤其是阻尼的形式）而将作用于一个载体的冲击和振荡传递至另一个载体。在这种实施方式中，主体因此作为载体之间的阻尼元件。在主体和载体之间作为顶部层和中间层的连接被实现为至少部分地直接的，优选地是抗粘连的，例如粘合固定。

在本发明的进一步有利的发展中，所述热塑性材料是层压的，并且例如集成在组分中。

优选地，作为顶部层和中间层的主体均具有25-70之间的肖氏硬度A，更优选地在30-60之间，尤其是在40-60之间（根据DIN53505所测量）。

在根据本发明的装置的优选实施方式，其主体形成为单个部件。

在优选的实施方式中，除了苯乙烯-丁烯嵌段共聚物，特别是苯乙烯-异丁烯嵌段共聚物或苯乙烯-异丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物（分别地），热塑性塑料包括另外的聚合物。所述另外的共聚物优选地是用于提高粘附性和内聚力的热塑性塑料树脂，并是一种增粘树脂，例如基于脂肪族石油树脂、萜烯基树脂、松香类树脂或DCPD（双环戊二烯）基树脂的增粘树脂。作为替代或另外的增粘树脂，除了苯乙烯-丁烯嵌段共聚物，特别是苯乙烯-异丁烯嵌段共聚物或苯乙烯-异丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物（分别地），热塑性塑料含有基于脂肪族烯烃的另外的聚合物，特别是聚乙烯、聚丙烯或聚辛烷（polyoctane）。还可以存在进一步常用的辅助剂或添加剂（如稳定剂等）。

通过使用增粘树脂和基于脂族烯烃的另外聚合物，阻尼性能，尤其是热塑性塑料的触变性可以按需要进行调整。因此，可以获得用于减小冲击和振荡的影响的装置，尤其用于使冲击和振荡阻尼，且每个都具有定制的性能。

在此，根据树脂或油的性能特征，增粘树脂或油的添加会导致触变性的朝向更低或更高的温度改变，因此导致最大阻尼的改变。基于脂肪族烯烃的聚合物的添加通常导致触变性朝向更高温度的改变，即热塑性塑料的最大阻尼以更高的温度实现。

极好地减轻冲击和振荡的影响，特别是装置在广泛的温度范围内的冲击和振动阻尼，尤其注定了这能用于运动器材领域，特别是冬季运动领域。

在根据本发明的装置中，一方面主体可以作为阻尼顶部层而使用，例如在球拍运动器材中用作握持部件或者框架元件，用于阻尼作用在球拍主体上的冲击。因此，经过球拍而传递至运动员的手的振动被减缓，这使球拍的运动性能提高。因此，在运动器材中的柄或框架中，一个实施例提供了根据本发明的装置的使用。在此，所述柄可以是球拍运动器材的柄或者框架，尤其是网球拍、羽毛球拍、壁球拍、短网拍墙球拍、派德乐拍（padel racket）、或乒乓球拍、或者也可以是棒球拍。

此外，根据本发明的装置可以用在脚踏车中，特别是用在自行车的框架和自行车部件中，尤其是车把、杆、曲柄、脚踏板、握柄、货架、座椅、座杆、刹车杆、座椅部件、座椅杆、连杆（perches）、叉状物、叉状支撑件、固定夹和轮毂。在此，所述装置既可以用作阻尼顶部层，例如用在车把柄处，又可以用作中间层，例如在自行车框架中用于阻尼。根据本发明的装置的优选实施方式提供在复合材料中的热塑性塑料的层压，例如在自行车框架中。

根据本发明的另一个实施方式优选地用于冬季运动器材，尤其是用于滑雪用具或滑雪板或雪橇及其部件，例如滑雪固定件和滑雪固定片。因此，所述装置可以整合至滑雪的复合材料中，并且通过阻尼以有利的方式影响其运动性能。

根据本发明的装置还可以用于休闲运动器材，诸如手杖，例如用于徒步旅行、远足、北欧式健走，旅游，溜冰和滑雪杆。本发明的另一个有利的发展是在工具中使用所述装置，例如园艺工具、森林工具、园林护理工具、以及工程建筑工具，例如铲子、耙、耙机、锯子、剪刀，尤其是手铲、锹、修枝剪、手锯以及电锯，其中所述装置可以作为阻尼顶部层和中间层使用。将根据本发明的装置用在机动车的部件也是有利的，尤其是用在车身的部件；用在鞋垫中也是有利的，例如矫形鞋垫，以及，例如跑步鞋、骑车鞋和步行鞋的纤维增强鞋底。

在根据本发明的装置中，一方面主体可以用作阻尼顶部层，例如在球拍运动器材中，作为握持部件用于阻尼作用在球拍主体上的冲击，抵抗该冲击向手部的传输。可替代地或者额外地，主体可以用作中间层，例如在柄部或握柄中，以只将被减轻的作用于球拍头部的力通量传递至球拍握柄。因此，主体可以整合至手部工具的握柄或杆中，例如铲子、剪刀或电锯。

本发明进一步涉及如上所述的热塑性塑料的使用，其基于苯乙烯-丁烯嵌段共聚物，尤其是苯乙烯-异丁烯嵌段共聚物或苯乙烯-异丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物（分别地），用于减轻冲击和振荡的影响，尤其是在上述装置中用于阻尼冲击和振荡，尤其是如上所述的冬季运动器材、球拍运动器材、自行车、或所述应用的部件、休闲运动器材、园艺工具、机车零部件、以及鞋部件。

附图说明

图1示意性地示出主体1在载体2上作为顶部层。

图2示意性地示出主体1在第一载体2和第二载体3之间作为中间层。

图3示意性地示出主体1在第一载体2和第二载体3之间作为中间层，在示例性实施方式中起阻尼元件的作用，例如在工具的握柄或杆中。

图4示意性地示出铲子的实例，在握柄元件42中，嵌入了阻尼主体1，以使得在握柄元件42与铲杆5之间没有出现直接的接触。

图5示出在用于滑雪撬12的层压复合材料中的主体1。层11中所示的层压件包括滑雪撬的涂层和边缘、两层塑料-纤维复合材料9（例如玻璃纤维-塑料复合材料（GFK）或碳纤维-塑料复合材料（CFK）），在两层复合材料之间的主体1和滑雪撬核心10、以及上覆盖的顶部层8。

图6示出了本发明作为外部阻尼片的使用，例如用于安装在滑雪撬12上，其中，主体1通过粘合剂包含层14而固定在框架片15上。

图7示出了具有冲击吸收尖端的徒步棒的示意结构。该尖端16自由地在尖端罩18以及导引17中滑动。在此，尖端16和棒19由根据本发明的主体1所连接。

图8示意性地示出在夹层结构中的层压件21，其中，主体1由两层碳纤维-塑料复合材料9所包围，并且整合在自行车框架20中。

图9示出图8中已描述的层压件21在球拍运动器材的框架22中的使用。

图10示意性地示出阻尼的球拍运动器材的结构的横截面，其中，根据本发明的主体1在球拍握柄23与握柄带24之间缠绕。

图11示意性地示出步枪的进一步实例，在步枪的身体接触点，尤其是在握柄26和粗端25处，主体1以薄膜的形式被施加。

图12示意性地示出电锯，在电锯的握持点，主体1以薄膜的形式被施加。

具体实施方式

本发明通过所列示例进行详细解释。

示例1：铲子

在传统的园艺工具中（例如铲子），当挖掘或者松土时，振动和冲击从铲子片6经由铲杆5传递至握柄元件42。使用者必须克服这些冲击和振动，这就导致了额外的作用力（effort）。

在示例1（图4）中，铲杆5和握柄元件42没有彼此直接相互连接。在握柄元件42与铲杆之间，放置了握柄罩41。在握柄罩41中，铲杆5接触根据本发明的主体1，所述主体1因此被握柄元件42和铲杆5所约束（图4c）。根据本发明，所述主体阻尼冲击和振动，以使得冲击和振动不（或仅以减弱的方式）传给握柄元件42，并因此不（或仅以减弱的方式）传至使用者。在此，最大阻尼有锁定元件7所约束。

在所述实例中，相比于传统的铲子，根据本发明的主体1的使用使得使用该工具所节省的功率更高。

示例2：具有内部阻尼的滑雪撬

在第二个实例中，阻尼滑雪撬，根据图5的主体1局部地层叠在滑雪撬12中。在滑雪撬12的这些点处，该层压件包括形成滑雪撬的涂层和边缘的层11以及由GFK和/或CFK复合材料9制成的层。在此之前，处于相应点的主体1取代木核或聚氨酯核10和/或与所述核重叠。后形成层（subsequent）由复合材料9所形成，其后是作为最高层的印制顶层。优选地，根据本发明的主体1以重叠的方式插入滑雪撬12的尖端与核心尖端之间。在与传统滑雪撬的直接对比中可以示出，当从行驶区域至弯曲区域进行操纵时，层制主体1防止振动发生。为此，测试者操纵滑雪撬，每个雪橇具有或者不具有根据本发明的结构。这对滑雪撬的运行表现有显著的积极作用。因此，滑雪撬更平坦且易于控制，从而产生显然更舒适的操纵体验。

示例3：具有外部阻尼的滑雪撬

根据图6A，起初主体1通过粘合剂包含层14而固定在框架板15上。因此准备好的框架板15被粘在滑雪撬12上，位于尖端和核心尖端之间的滑雪橇12的前部区域。也是在这个示例中，类似于第二个示例，可以观测到显著平滑的运行性能，其更易于控制。

示例4：徒步杖

当将徒步杖杵在地上时，在徒步杖中产生振动和冲击，并且所述振动和冲击传递至运动者，从而导致所需气力增加并且降低了舒适度。具有震动吸收尖端的徒步杖通常包括具有引导件17的尖端壳18，尖端16在引导件17中自由地滑动。在尖端16与徒步杖19的端部之间有阻尼材料，在示例中为主体1。对于所述结构，已经对多种材料进行了测试，例如硅树脂、热塑性弹性体以及根据本发明的热塑性塑料。对于振动阻尼，具有根据本发明的热塑性塑料的结构明显由于其它被测试的材料。

示例5：自行车

主体1被层压于CFK层9之间。因此，所述如此形成的层压件21组成了自行车框架20。图8示出了优选的安装位置，其中层压件21尤其有利地起到获得舒适度的作用。通过局部的层压件21，在车座和整个自行车上的振动均能够显著减小。

示例6：网球拍

根据前面的示例，主体1被层压于网球拍的框架22的CFK层9之间（图9）。这使得球的冲击产生的振动显著减轻，并且因此对运动性能起到积极作用。

示例7：球拍柄

在进一步的示例中，根据本发明的主体1在球拍柄23与柄部带24之间缠绕（图10）。如示例6所述，相比于传统的球拍，此处的振动也显著减小，并且其舒适度以及运动性能显著提高。

示例8：步枪

根据图11，主体1作为薄膜而粘合至身体接触位置，尤其是在柄部26和粗端25处。尽管该膜厚度低至1mm，但是还是能够观测到弹回作用显著减小，这导致射击舒适度显著增加。

示例9：电锯

与示例8类似，主体薄膜粘合至电锯的握持位置。同样地，通过减轻振动而实现节约功率。

Claims (15)

1.一种用于减轻、特别是阻尼冲击以及振荡、特别是振动的影响、的装置，其特征在于包括主体（1），所述主体是基于苯乙烯-丁烯嵌段共聚物的热塑性塑料，其中，所述主体（1）被布置为至少部分地位于第一载体（2）之上的顶部层，或者所述主体（1）被布置为至少部分地位于第一载体（2）部分与第二载体（3）部分之间的中间层。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述热塑性塑料的硬度在25-75HSA之间。

3.如在前权利要求中任一项所述的装置，其中，所述主体（1）形成为一体件。

4.如在前权利要求中任一项所述的装置，其中，所述主体（1）粘附地连接至第一载体（2）和/或第二载体（3）。

5.如在前权利要求中任一项所述的装置，其中，所述主体（1）与第一载体（2）和第二载体（3）形成层压件。

6.如在前权利要求中任一项所述的装置，其中，所述热塑性塑料基于苯乙烯-异丁烯嵌段共聚物。

7.如在前权利要求中任一项所述的装置，其中，所述热塑性塑料基于苯乙烯-异丁烯-苯乙烯三嵌段共聚物。

8.如在前权利要求中任一项所述的装置，其中，所述热塑性塑料包含至少一种另外的聚合物。

9.如权利要求7所述的装置，其中，所述另外的聚合物包括增粘树脂或油脂。

10.如权利要求8所述的装置，其中，所述增粘树脂分别地是脂肪族石油树脂、萜烯系树脂、松香类树脂、或双环戊二烯基树脂以及它们的混合物。

11.如在前权利要求中任一项所述的装置，其中，所述热塑性塑料包含至少一种另外的聚合物，所述另外的聚合物基于脂族烯烃，优选地基于聚乙烯或聚丙烯。

12.如在前权利要求中任一项所述的装置，所述装置可用于：冬季运动器材，尤其是滑雪撬、滑雪板、滑板、滑冰鞋，或其部分；球拍运动器材，尤其是网球拍、羽毛球拍、壁球拍、短网拍墙球拍、派德乐拍、乒乓球拍、或者棒球拍；自行车或其部分；休闲运动器材，尤其是步行杖或滑雪杖；园艺工具，尤其是铲子、剪刀、锯子或电锯、或其部分；机车零件；或者鞋垫。

13.一种基于苯乙烯-丁烯嵌段共聚物的热塑性塑料作为尤其根据如在前权利要求中的任一项所述的用于阻尼冲击以及振荡、特别是振动的装置的主体（1）的用途。

14.如权利要求13所述的热塑性材料用于自行车的框架处的用途。

15.如权利要求13所述的热塑性材料用于自行车的配件或部件，尤其是车把、杆、曲柄、脚踏板、握柄、货架、座椅和/或座椅杆的用途。

Images