CN113528089A - 基于磁性微颗粒的磁性吸能材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于磁性微颗粒的磁性吸能材料及其制备方法，其中，吸能材料包括：吸能材料本体和设置于吸能材料本体内部的吸能组件，吸能材料本体用于吸收材料外部产生的能量；吸能组件用于与其他吸能材料的吸能组件之间产生吸引力，以使得多个吸能材料之间吸引成团；其中，吸能组件包括均匀分散在吸能材料本体内部的多个磁性微颗粒，所有磁性微颗粒均具有磁性。该吸能材料可以模拟自然界中的雪，使之具备与雪相似的粘塑性、吸能效果以及成团能力，以满足跳台滑雪运动员的训练需求。

Description

基于磁性微颗粒的磁性吸能材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种基于磁性微颗粒的磁性吸能材料及其制备方法。
背景技术
复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组会优化组合而成的新材料。复合材料包括两种或者两种以上化学、物理性质不同的材料组分，以所设计的形式、比例、分布组合而成，各组分之间有明显的界面存在。同时，复合材料不仅能够保持各组分材料性能的优点，而且通过各组分性能的互补和关联可以获得单一组成材料所不能达到的综合性能，因此复合材料被广泛应用于国防工业、航空航天、精密机械、深潜器、机器人结构件和高档体育用品等领域。
跳台滑雪是以滑雪板为工具，在专设的跳台上以自身的体重通过助滑坡获得的速度比跳跃距离和动作姿势的一种雪上竞技项目。但是传统滑雪运动受到了环境限制，只能在冬季低温环境中进行。竞技运动员仅能在冬季进行以真雪为基底的跳台滑雪训练，虽然目前已经存在一些由金属和塑料组合的旱雪材料让滑雪者使用与滑真雪相同的雪板和技巧完成滑雪动作，但是现有旱雪材料难以模拟自然界中雪的粘塑性，难以实现较好的吸能效果和成团能力，导致影响跳台滑雪运动员在非冬季的训练机会及其训练水平的保持。
综上所述，如何提供一种复合材料，能够模拟自然界中的雪，使之具备与雪相似的粘塑性、吸能效果以及成团能力，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种基于磁性微颗粒的磁性吸能材料，可以模拟自然界中的雪，使之具备与雪相似的粘塑性、吸能效果以及成团能力，以满足跳台滑雪运动员的训练需求。
本发明的另一个目的在于提出一种基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的制备方法。
为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于磁性微颗粒的磁性吸能材料，包括：吸能材料本体，所述吸能材料本体用于吸收所述材料外部产生的能量；设置于所述吸能材料本体内部的吸能组件，所述吸能组件用于与其他吸能材料的吸能组件之间产生吸引力，以使得多个吸能材料之间吸引成团；其中，所述吸能组件包括均匀分散在所述吸能材料本体内部的多个磁性微颗粒，所有磁性微颗粒均具有磁性。
本发明实施例的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料，具有一定的吸能效果，在聚合物中掺杂的磁性颗粒使得复合材料相互具有吸引力，能够成团，具备一定的粘塑性力学特性，增强了材料的吸能效果，从而使得复合材料能够满足跳台滑雪等运动项目对于人造雪粘塑性以及吸能效果的要求，同时制备过程简单方便，制备成本低适合推广和使用。
另外，根据本发明上述实施例的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，所述吸能材料本体具有第一尺寸和第二尺寸，其中，所述第一尺寸和所述第二尺寸的范围为1-10mm。
可选地，所述吸能材料本体为聚合物基体。
进一步地，所述聚合物基体的邵氏硬度范围为30-90ShA。
进一步地，均匀分散在所述吸能材料本体内部的相邻磁性微颗粒之间的距离为预设距离。
进一步地，所述磁性微颗粒的粒径范围为1-500μm。
可选地，所述磁性微颗粒的材料为钕铁硼、钐钴合金、铁铂合金和钛钴合金中的一种或多种。
为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种如上述实施例所述基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的制备方法，包括以下步骤：将磁性微颗粒材料和聚合物基体按照预设质量比混合搅拌；在预设温度下加热，使得所述聚合物基体材料进入熔融状态，并进行充分搅拌，令熔融态聚合物与磁性微颗粒充分混合；将熔融态混合物挤出冷却，冷却的过程中进行剪切，以制备得到所述磁性吸能材料。
本发明实施例的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的制备方法，通过利用具有一定粘弹性的聚合物材料作为磁性吸能材料的主体，具有一定的吸能效果；在聚合物中掺杂的磁性颗粒使得复合材料相互具有吸引力，能够成团，具备一定的粘塑性力学特性，增强了材料的吸能效果，从而使得复合材料能够满足跳台滑雪等运动项目对于人造雪粘塑性以及吸能效果的要求，同时制备过程简单方便，制备成本低适合推广和使用。
另外，根据本发明上述实施例的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的制备方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，还包括：将所述磁性吸能材料置于预设强度的匀强磁场中磁化预设时间。
可选地，所述预设质量比在1:3到7:3之间；所述预设温度范围为170-205℃；所述预设强度的范围为0.5-2T，所述预设时间范围为10-60s。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的方框示意图；
图2为根据本发明一个实施例的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的结构示意图；
图3为根据本发明一个实施例的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的磁化曲线图；
图4为根据本发明一个实施例的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的制备方法流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料及其制备方法，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料。
图1是本发明一个实施例的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的结构示意图。
如图1所示，基于磁性微颗粒的磁性吸能材料10包括：吸能材料本体100和吸能组件200。
其中，吸能材料本体100用于吸收材料外部产生的能量；设置于吸能材料本体100内部的吸能组件200用于与其他吸能材料的吸能组件200之间产生吸引力，以使得多个吸能材料10之间吸引成团；其中，如图2所示，吸能组件200包括均匀分散在吸能材料本体内部的多个磁性微颗粒201，所有磁性微颗粒201均具有磁性。
其中，磁性吸能材料10为一种复合材料，磁化曲线如图3所示。
在本实施例中，吸能材料本体100可以为聚合物基体，聚合物基体能够包裹磁性微颗粒材料。其中，聚合物基体可以选自热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)材料，其材料强度通过邵氏硬度来衡量，聚合物基体材料的邵氏硬度范围在30-90ShA。
在本实施例中，磁性吸能材料10的尺寸可以为毫米级，吸能材料本体100具有第一尺寸和第二尺寸，其中，如图2所示，第一尺寸a和第二尺寸b的范围为1-10mm。
在本实施例中，如图2所示，磁性微颗粒201材料粒径d在1-500μm之间，且均匀分散的磁性微颗粒之间的距离为预设距离，其中，预设距离可以根据具体情况进行设置，且相邻磁性微颗粒之间的距离可以相等也可以不相等，不做具体限定。
在本实施例中，磁性材料微颗粒201可以选自硬磁材料和软磁材料的一种或多种。其中，硬磁材料包括：钕铁硼(NdFeB)、钐钴合金(Co5Sm)、铁铂合金(FePt)、钛钴合金(TiCo)；其中，软磁材料主要包括四氧化三铁(Fe3O4)、三氧化二铁(Fe2O3)等铁磁材料。
根据本发明实施例提出的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料，具有一定的吸能效果，在聚合物中掺杂的磁性颗粒使得复合材料相互具有吸引力，能够成团，具备一定的粘塑性力学特性，增强了材料的吸能效果，从而使得复合材料能够满足跳台滑雪等运动项目对于人造雪粘塑性以及吸能效果的要求，同时制备过程简单方便，制备成本低适合推广和使用。
其次参照附图描述根据本发明实施例提出的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的制备方法。
图4是本发明一个实施例的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的制备方法的流程图。
如图4所示，如上述实施例的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的制备方法包括以下步骤：
在步骤S101中，将磁性微颗粒材料和聚合物基体按照预设质量比混合搅拌。
可以理解的是，本申请实施例可以将磁性材料微颗粒和聚合物基体按照一定质量比混合搅拌；其中，磁性材料微颗粒和聚合物基体按照一定比例混合，混合质量比可以在1:3到7:3之间。
在步骤S102中，在预设温度下加热，使得聚合物基体材料进入熔融状态，并进行充分搅拌，令熔融态聚合物与磁性微颗粒充分混合。
可以理解的是，在一定的温度下加热，使得聚合物基体材料进入熔融状态，并进行充分搅拌，令熔融态聚合物与磁性微颗粒充分混合；其中，加热聚合物基体材料熔化的温度可以为170-205℃。
在步骤S103中，将熔融态混合物挤出冷却，冷却的过程中进行剪切，以制备得到磁性吸能材料。
可以理解的是，将熔融态混合物挤出冷却，冷却的过程中进行剪切，制备出大小在毫米尺度的磁性吸能材料。其中，磁性吸能材料为毫米级，如图2所示，尺寸a和b为1-10mm之间。
进一步地，本申请实施例的方法还包括：将磁性吸能材料置于预设强度的匀强磁场中磁化预设时间。
可以理解的是，将该磁性吸能材料置于一定强度的匀强磁场中一段时间，以完成磁化步骤，制得自身具有磁力的磁性吸能材料成品。其中，本申请实施例可以利用大型电磁铁产生匀强磁场，匀强磁场的大小为0.5-2T，磁化时间为10-60s。
综上，本申请实施例可以将磁性材料微颗粒和聚合物基体按照一定质量比混合，将磁性材料微颗粒和聚合物基体进行混合固化，而后对复合材料进行磁化处理，实现磁性吸能材料的制备。
需要说明的是，前述对基于磁性微颗粒的磁性吸能材料实施例的解释说明也适用于该实施例的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的制备方法，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的制备方法，通过利用具有一定粘弹性的聚合物材料作为磁性吸能材料的主体，具有一定的吸能效果；在聚合物中掺杂的磁性颗粒使得复合材料相互具有吸引力，能够成团，具备一定的粘塑性力学特性，增强了材料的吸能效果，从而使得复合材料能够满足跳台滑雪等运动项目对于人造雪粘塑性以及吸能效果的要求，同时制备过程简单方便，制备成本低适合推广和使用。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种基于磁性微颗粒的磁性吸能材料，其特征在于，包括：
吸能材料本体，所述吸能材料本体用于吸收所述材料外部产生的能量；
设置于所述吸能材料本体内部的吸能组件，所述吸能组件用于与其他吸能材料的吸能组件之间产生吸引力，以使得多个吸能材料之间吸引成团；其中，所述吸能组件包括均匀分散在所述吸能材料本体内部的多个磁性微颗粒，所有磁性微颗粒均具有磁性。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述吸能材料本体具有第一尺寸和第二尺寸，其中，所述第一尺寸和所述第二尺寸的范围为1-10mm。
3.根据权利要求1-2任意一项所述的材料，其特征在于，所述吸能材料本体为聚合物基体。
4.根据权利要求3所述的材料，其特征在于，所述聚合物基体的邵氏硬度范围为30-90ShA。
5.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，均匀分散在所述吸能材料本体内部的相邻磁性微颗粒之间的距离为预设距离。
6.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述磁性微颗粒的粒径范围为1–500μm。
7.根据权利要求1、5、6任意一项所述的材料，其特征在于，所述磁性微颗粒的材料为钕铁硼、钐钴合金、铁铂合金和钛钴合金中的一种或多种。
8.一种如权利要求1-7任意一项所述基于磁性微颗粒的磁性吸能材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将磁性微颗粒材料和聚合物基体按照预设质量比混合搅拌；
在预设温度下加热，使得所述聚合物基体材料进入熔融状态，并进行充分搅拌，令熔融态聚合物与磁性微颗粒充分混合；
将熔融态混合物挤出冷却，冷却的过程中进行剪切，以制备得到所述磁性吸能材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述磁性吸能材料置于预设强度的匀强磁场中磁化预设时间。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
所述预设质量比在1:3到7:3之间；
所述预设温度范围为170-205℃；
所述预设强度的范围为0.5-2T，
所述预设时间范围为10-60s。
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