CN211120859U

CN211120859U - 防爆层结构

Info

Publication number: CN211120859U
Application number: CN201921798763.XU
Authority: CN
Inventors: 袁梦琦; 郭亚鑫; 钱新明; 卫禹辰
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2029-10-24

Abstract

本实用新型涉及防护装备技术领域，公开了一种防爆层结构，包括多个分层交错连接的胞元，胞元沿轴向延伸，胞元包括两个平行相对的第一胞壁以及两组第二胞壁组，第二胞壁组的一端连接于一个第一胞壁的一端，第二胞壁组的另一端连接于另一个第一胞壁的相同端；每组第二胞壁组均包括两个呈内凹夹角设置的第二胞壁；两个第二胞壁之间通过第一过渡段连接，至少一个第二胞壁通过第二过渡段连接于第一胞壁，以形成负泊松比蜂窝结构。该防爆层结构通过设置过渡段，会使整体防爆结构的刚性、剪切模量、断裂韧性、压痕阻力显著增强，不会瞬间发生大变形而导致整体塌陷，在抵御冲击时能有效的发挥出缓释吸能效果。

Description

防爆层结构

技术领域

本实用新型涉及防护装备技术领域，尤其涉及一种防爆层结构。

背景技术

公共安全是国家安全和社会稳定的基石，是人民安居乐业的基本保证，是构建和谐社会的重大战略性问题，也是涉及国计民生的重大公益性问题。生产安全是保障城市公共安全的一个重要组成部分。随着经济社会的快速发展，安全生产中的人体防护技术逐渐成为了研究热点。近年来，危险化学品爆炸事故造成应急救援人员大量伤亡的事件时有发生，在危险化学品爆炸事故中，应急救援人员死亡与受伤的概率分别是灭火救援、社会救助等救援行动的1.2×10⁷倍和3.4×10⁷倍。造成应急救援人员伤亡惨重的一个重要原因是，在危险化学品爆炸事故中应急救援人员目前还没有配备专用的防爆服装，因此无法有效抵御由爆炸产生的冲击波、破片及高温对人体造成的伤害。

现有的防爆服装主要分为硬质与软质两大类。当前的硬质防护层主要由高强合金制成，能够防护爆炸产生的高速破片、超压及高温对人体的伤害，但是成衣笨重，一般重30～50kg，对穿着者的行动和穿着舒适性有很大的影响和限制；软质防爆服防护材料主要由高性能纤维堆叠形成，平均重量为7kg，但其综合防护效果较弱。美国全国司法学会在国家防护服标准(NIJ 115)中指出，防护服的设计理念是“适当防护+可穿性＝挽救生命”，即在达到防护性能要求后，可穿性是影响穿着频率的重要因素，要求避免由于穿着频率低下而造成的不当伤害。虽然现有的防爆服装可以为警务人员提供有效的保护，但由于受传统设计理念和制作工艺的限制，其较高的重量，较差的灵活性，极差的透热透湿性能，极容易对装备人员的体力造成较大消耗。实验表明穿着厚重防护服的人员在较低活动量的情况下，30min内表面皮肤温度及体内温度会有大幅升高，身体产热量比常温静态时增加3～4倍，轻则中暑、晕眩，重则意识模糊、危及生命。以上原因都导致了防爆服装的穿着效率低下。因此亟需研究安全、轻质、灵活、性价比高的冲击波防护服，整体提升应急救援人员的防护服着装率，保障应急救援人员的生命安全。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种防爆层结构，用以解决现有的防爆服成本高昂、重量较大、抗爆性能差的问题，以提高防护装备的使用性。

本实用新型实施例提供一种防爆层结构，包括多个分层交错连接的胞元，所述胞元沿轴向延伸，所述胞元包括两个平行相对的第一胞壁以及两组第二胞壁组，所述第二胞壁组的一端连接于一个所述第一胞壁的一端，所述第二胞壁组的另一端连接于另一个所述第一胞壁的相同端；每组所述第二胞壁组均包括两个呈内凹夹角设置的第二胞壁；两个所述第二胞壁之间通过第一过渡段连接，至少一个所述第二胞壁通过第二过渡段连接于所述第一胞壁，以形成负泊松比蜂窝结构。

其中，两个所述第二胞壁均通过第二过渡段连接于所述第一胞壁，所述第二过渡段的长度等于所述第一过渡段的长度；三个所述胞元相互邻接组成一个胞元组，第一胞元的右上部的第二胞壁与第二胞元的左下部的第二胞壁相接，第一胞元的右下部的第二胞壁与第三胞元的左上部的第二胞壁相接。

其中，所述胞元组中的第二胞元的下部的第一胞壁和所述第三胞元的上部的第一胞壁融合为一个第一胞壁。

其中，两个所述第二胞壁均通过第二过渡段连接于所述第一胞壁，所述第一过渡段的长度等于两个所述第二过渡段的长度之和。

其中，一组所述第二胞壁组中的所述第一过渡段的形状与另一组所述第二胞壁组中的两个所述第二过渡段的形状互补。

其中，所述第一胞壁的长度在2.5mm～5mm之间。

其中，所述第一胞壁和所述第二胞壁之间的夹角在60°～75°之间。

其中，多个分层交错连接的所述胞元构成防爆基板，所述防爆基板的顶面和底面均固接有超级吸能板。

其中，所述胞元为钛合金胞元。

其中，所述第一过渡段和所述第二过渡段均为直线段、折线段或者波浪线段。

本实用新型实施例提供的防爆层结构，其中防爆层结构包括多个分层交错连接的胞元，胞元沿轴向延伸，胞元的横截面为改进的内凹六边形，将现有的内凹六边形的一组内凹角和至少一组外凸角设置为过渡段，以形成负泊松比蜂窝结构。通过设置过渡段，会使整体防爆结构的刚性、剪切模量、断裂韧性、压痕阻力显著增强，不会瞬间发生大变形而导致整体塌陷，在抵御冲击时能有效的发挥出缓释吸能效果。当胞元在纵向承受压缩载荷时，其横向会产生收缩现象；当胞元在纵向承受拉伸载荷时，其横向会产生膨胀现象，能够有效的发挥负泊松比效应。该防爆层结构借助负泊松比结构在冲击抗爆方面展示出的优异性能，结合蜂窝型结构的轻量化优势，并利用过渡段增强了结构的刚性和抗冲击性，不仅在防冲击波方面具有良好的吸能特性，且对爆炸过程中产生的破片具有良好的抵御能力，避免了防爆服在制作过程中的多层复合，提高了防护装备的舒适性、灵活性，简化了生产工艺，降低了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例中的一种防爆层结构的结构示意图；

图2是图1中的防爆基板的截面示意图；

图3是本实用新型实施例中的一种胞元的结构示意图；

图4是图3中的胞元的截面示意图；

图5是一种由三个图3中的胞元组成的胞元组；

图6是另一种由三个图3中的胞元组成的胞元组；

图7是一种由多个图6中的胞元组构成的防爆基板的截面放大图；

图8是另一种由多个图3中的胞元构成的防爆基板的截面放大图；

图9是本实用新型实施例中的另一种胞元的截面示意图；

图10是一种由多个图9中的胞元构成的防爆基板的截面放大图；

图11是本实用新型实施例中的又一种胞元的截面示意图；

图12是本实用新型实施例中又一种防爆层结构的结构示意图；

图13是本实用新型实施例中的防爆层结构和现有的防爆层结构的抗冲击性能实验结果对比图；

附图标记说明：

1：胞元； 11：第一胞元； 12：第二胞元；

13：第三胞元； 2：第一胞壁； 3：第二胞壁组；

4：第二胞壁； 51：第一过渡段； 52：第二过渡段；

10：防爆基板； 20：超级吸能板。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”的方向均以附图所示方向为准。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在实用新型实施例中的具体含义。

如图1～图10所示，本实用新型实施例提供的一种防爆层结构，包括多个分层交错连接的胞元1，胞元1沿轴向延伸。胞元1包括两个平行相对的第一胞壁2以及两组第二胞壁组3，第二胞壁组3的一端连接于一个第一胞壁2的一端，第二胞壁组3的另一端连接于另一个第一胞壁2的相同端，也就是与上一个第一胞壁2的一端相对应的同侧的一端。具体地，左侧的第二胞壁组3的上端连接于上部的第一胞壁2的左端，左侧的第二胞壁组3的下端连接于下部的第一胞壁2的左端；右侧的第二胞壁组3的上端连接于上部的第一胞壁2的右端，右侧的第二胞壁组3的下端连接于下部的第一胞壁2的右端。

每组第二胞壁组3均包括两个呈内凹夹角设置的第二胞壁4；两个第二胞壁4之间通过第一过渡段51连接，至少一个第二胞壁4通过第二过渡段52连接于第一胞壁2，以形成负泊松比蜂窝结构。

如图1～图2所示，上下相邻的胞元1之间通过第一胞壁2相互邻接，左右相邻的两个胞元1之间通过第二胞壁4相互邻接。如图3所示，每个胞元1均沿轴向延伸成长条形。

具体地，如图4所示，可以是两个第二胞壁4均通过第二过渡段52连接于第一胞壁2。以左侧的第二胞壁组3为例，左上部的第二胞壁4的上端通过第二过渡段52连接于上部的第一胞壁2的左端，左下部的第二胞壁4的下端也通过第二过渡段52连接于下部的第一胞壁2的左端。

如图9所示，还可以是其中一个第二胞壁4通过第二过渡段52连接于一个第一胞壁2，另一个第二胞壁4则直接连接于另一个第一胞壁2。同样以左侧的第二胞壁组3为例，左上部的第二胞壁4的上端通过第二过渡段52连接于上部的第一胞壁2的左端，左下部的第二胞壁4的下端直接连接于下部的第一胞壁2的左端。本实施例中的第二胞壁4的长度以及其与第一胞壁2之间的夹角均相同。

本实施例中的胞元1的横截面相当于在一个内凹六边形的基础上进行的优化，通过将现有的内凹六边形的一组内凹角和其中一组外凸角(或者两组外凸角)设置为过渡段，来提高胞元1的强度。

更具体地，通过准静态力学实验及动态力学实验，比较具有负泊松比效应的内凹蜂窝结构与传统正六边形蜂窝结构及四边形结构力学响应特征及吸能特性的差异性。

在使用电子万能试验机进行准静态加载过程中，加载速率为3mm/min，额定加载应变率为0.005s^-1。内凹六边形蜂窝结构由于其具有独特的负泊松比效应，压缩模量、屈服强度与面比吸能均高于正四边形和正六边形蜂窝结构，表明其在准静态加载作用下抗变形性能最强，吸能效果最优。

在应变率分别为700s^-1，1000s^-1和1300s^-1的霍普金森压杆动态压缩载荷加载过程中，内凹六边形蜂窝结构由于其具有独特的负泊松比效应，动态屈服强度与面比吸能均高于正四边形和正六边形蜂窝结构，表明其在动态加载作用下抗变形性能最强，吸能效果最优。

在入射压强为200kPa的冲击波加载过程中，与正六边形蜂窝结构和正四边形蜂窝结构相比，内凹六边形蜂窝结构由于其特有的负泊松比效应而具有最优异的冲击波衰减特性，衰减效果与正六边形结构相比提高了20.11％，与正四边形结构相比提高了10.15％，与准静态压缩力学实验与动态压缩力学实验结论一致。因此，与传统正泊松比材料相比，负泊松比材料(也称为拉胀材料)在受压缩载荷时，在垂直受力方向产生收缩；在受拉伸载荷时，在垂直受力方向产生膨胀。负泊松比效应可以使材料的许多力学性能得到显著增强，如剪切模量、断裂韧性、压痕阻力等。

本实施例中采用负泊松比蜂窝结构的胞元1为优化后的内凹六边形结构，将六边形的六个角进行过渡优化。如图13所示，图中实线表示的是采用本实施例中的含有过渡段的内凹六边形结构的胞元1的实验结果，图中虚线表示的是现有的不含过渡段的内凹六边形结构的胞元的实验结果。结果表明，本实施例中的防爆结构层的抗冲击性能比原始结构提升了30％到45％。

在强载荷加载(冲击波冲击)的情况下，传统内凹六边形抗爆结构会在极短的时间内发生显著变形，而轻质抗爆结构的整体厚度较小，在短时间内发生大变形情况会导致抗爆结构瞬间趋于压实状态，无法有效的抵御冲击。而经过优化后的内凹六边形结构的胞元1在抵御冲击的过程中，由于过渡段的存在，会使整体抗爆结构的刚性、剪切模量、断裂韧性、压痕阻力显著增强，不会瞬间发生大变形而导致整体塌陷，在抵御冲击时能有效的发挥出缓释吸能效果。当胞元1在纵向承受压缩载荷时，其横向会产生收缩现象；当胞元1在纵向承受拉伸载荷时，其横向会产生膨胀现象，能够有效的发挥负泊松比效应。

本实施例提供的一种防爆层结构，包括多个分层交错连接的胞元，胞元沿轴向延伸，胞元的横截面为改进的内凹六边形，将现有的内凹六边形的一组内凹角和至少一组外凸角设置为过渡段，以形成负泊松比蜂窝结构。通过设置过渡段，会使整体防爆结构的刚性、剪切模量、断裂韧性、压痕阻力显著增强，不会瞬间发生大变形而导致整体塌陷，在抵御冲击时能有效的发挥出缓释吸能效果。当胞元在纵向承受压缩载荷时，其横向会产生收缩现象；当胞元在纵向承受拉伸载荷时，其横向会产生膨胀现象，能够有效的发挥负泊松比效应。该防爆层结构借助负泊松比结构在冲击抗爆方面展示出的优异性能，结合蜂窝型结构的轻量化优势，并利用过渡段增强了结构的刚性和抗冲击性，不仅在防冲击波方面具有良好的吸能特性，且对爆炸过程中产生的破片具有良好的抵御能力，避免了防爆服在制作过程中的多层复合，提高了防护装备的舒适性、灵活性，简化了生产工艺，降低了生产成本。

进一步地，如图4～图5所示，两个第二胞壁4均通过第二过渡段52连接于第一胞壁2，第二过渡段52的长度等于第一过渡段51的长度。三个胞元1相互邻接组成一个胞元组，第一胞元11的右上部的第二胞壁4与第二胞元12的左下部的第二胞壁4相接，第一胞元11的右下部的第二胞壁4与第三胞元13的左上部的第二胞壁4相接。

本实施例中的胞元组既包含过渡段，又包含两个尖角，其中一个尖角形成于第一胞元11的上部的第一胞壁2与第二胞元12的左上部的第二胞壁4之间，另一个尖角形成于第一胞元11的下部的第一胞壁2与第三胞元13的左下部的第二胞壁4之间。利用过渡段可以增强结构的刚性和抗冲击性，利用尖角又可以提升结构的变形特性和吸能特性，因而可以同时兼顾抗冲击性和缓冲吸能特性，可谓是柔中带刚。

更进一步地，如图6～图7所示，胞元组中的第二胞元12的下部的第一胞壁2和第三胞元13的上部的第一胞壁2融合为一个第一胞壁2。通过整合两个第一胞壁2，可以减少冗余边的存在，进一步降低结构的重量。

如图7所示，多个胞元组可以沿横向重复循环相接，组成一个胞元层，即第二胞元12的右部和第三胞元13的右部均与右侧的胞元组的第一胞元11相接。上下两个胞元层可以沿纵向重复循环相接，即第三胞元13的下部的第一胞壁2和下侧的第二胞元12的上部的第一胞壁2相接。上下两个胞元层之间的间隙自然形成了多个尖角。

另外，通过调整第一过渡段51和第二过渡段52的长度，还可以组成另一种形式的防爆基板10。如图8所示，两个第二胞壁4均通过第二过渡段52连接于第一胞壁2，第一过渡段51的长度等于两个第二过渡段52的长度之和。

具体地，上侧的第二过渡段52的长度为L1，下侧的第二过渡段52的长度为L2，第一过渡段51的长度为L3，L3＝L1+L2，其中L1和L2可以相等，也可以不等。即第一胞元11的右部的第一过渡段51正好与第二胞元的左下部的第二过渡段52以及第三胞元的左上部的第二过渡段52重合，且第二胞元12的下部的第一胞壁2和第三胞元13的上部的第一胞壁2也正好重合。利用本实施例中的胞元1组成的防爆基板10不含尖角，全部为过渡段，因此刚性和抗冲击性能最强，不易变形。

更进一步地，如图8所示，一组第二胞壁组3中的第一过渡段51的形状与另一组第二胞壁组3中的两个第二过渡段52的形状互补。具体地，左侧的第二胞壁组3中的第一过渡段51的形状与右侧的第二胞壁组3中下侧的第二过渡段52和上侧的第二过渡段52拼合后的形状互补，即正好对接为一体。同样地，右侧的第二胞壁组3中的第一过渡段51的形状与左侧的第二胞壁组3中下侧的第二过渡段52和上侧的第二过渡段52拼合后的形状互补。如图8所示，第一胞元11的右部的第一过渡段51正好与第二胞元12的左下部的第二过渡段52和第三胞元13的左上部的第二过渡段52的接合处相接。

再有，如图9～图10所示，左侧的第二胞壁组3中的上部的第二胞壁4通过第二过渡段52连接于上侧的第一胞壁2，下部的第二胞壁4则直接连接于下侧的第一胞壁2。本实施例中的胞元1本身即又包含过渡段，又包含尖角结构。因而由本实施例中的胞元1交错连接组成的防爆基板10也可以同时兼顾抗冲击性和缓冲吸能特性。

进一步地，第一胞壁2的长度在2.5mm～5mm之间。具体地，第一胞壁2的长度大于或者等于2.5mm，且小于5mm。在一个具体的实施例中，第一胞壁2的长度等于3.4mm。具体地，在使用电子万能试验机进行准静态加载过程中，加载速率为3mm/min，额定加载应变率为0.005s^-1，尺寸为2.575mm的内凹蜂窝结构在准静态压缩过程中的压缩模量、屈服强度和能量吸收值均高于尺寸为3.40mm的内凹蜂窝结构，但其面密度也远高于尺寸为3.40mm的结构，而尺寸为5.05mm内凹蜂窝结构的面密度虽然最小，但其力学性能与吸能效果也最差，因此尺寸为3.40mm的内凹蜂窝结构面比吸能最大。在应变率分别为700s^-1，1000s^-1和1300s^-1的霍普金森压杆动态压缩载荷加载过程中，尺寸为3.40mm的内凹蜂窝结构面比吸能最大。在入射压强为200kPa的冲击波加载过程中，尺寸为3.40mm的内凹蜂窝结构对冲击波衰减效率最高，满足防护装备对防护结构轻质高强的要求。

进一步地，第一胞壁2和第二胞壁4之间的夹角在60°～75°之间。具体地，在使用电子万能试验机进行准静态加载过程中，加载速率为3mm/min，额定加载应变率为0.005s^-1，夹角为60°的内凹蜂窝结构压缩模量和屈服强度最大，面比吸能最大，吸能效果最优。在应变率分别为700s^-1，1000s^-1和1300s^-1的霍普金森压杆动态压缩载荷加载过程中，夹角为60°的内凹蜂窝结构的动态屈服强度明显高于夹角为67.5°和75°的内凹蜂窝结构，表明在准静态加载作用下其抗变形性能最强。在应变值为0～5％的范围内，夹角为60°的内凹蜂窝结构吸收的能量最多，面比吸能最大，吸能效果最优。在入射压强为200kPa的冲击波加载过程中，夹角为60°的内凹蜂窝结构对冲击波的衰减效果与夹角为75°和67.5°的内凹蜂窝结构相比分别提高了14.47％和5.49％，具有最优异的吸能效果与冲击波衰减特性。

进一步地，胞元1的材料为钛合金。钛合金具有良好的隔热性能以及高强度低密度特性，能有效地降低防护层的质量。具体地，可以采用典型热塑性材料钛合金粉末，粉末型号为TC4(Ti6Al4V)。在使用电子万能试验机进行准静态加载过程中，加载速率为3mm/min，额定加载应变率为0.005s^-1，由钛合金粉末加工而成的内凹蜂窝结构压缩模量与屈服强度最大，同时其面比吸能也最大，表明在准静态加载作用下其抗变形性能最强，吸能效果最优，且由钛合金粉末加工而成的内凹蜂窝结构面密度最小，且钛合金粉末作为加工原材料在金属3D打印领域内技术较为成熟，可以使蜂窝防护结构满足轻质高强的要求。在应变率分别为700s^-1，1000s^-1和1300s^-1的霍普金森压杆动态压缩载荷加载过程中，由钛合金粉末加工而成的内凹蜂窝结构的动态屈服强度与面比吸能最大，表明在动态加载作用下其抗变形性能最强，吸能效果最优。在入射压强为200kPa的冲击波加载过程中，由钛合金粉末加工而成的内凹蜂窝结构在冲击波加载作用下其抗变形性能最强，吸能效果最优。

进一步地，如图12所示，多个分层交错连接的胞元1组成防爆基板10，防爆基板10的顶面和底面均固接有超级吸能板20。具体地，超级吸能板20采用超级吸能材料(SuperDamping Materials,简称SDM)，SDM是一种新型的高分子聚合物复合材料，以高分子材料为基体，融入独特的能量吸收弹性体(Energy-absorbing Elastomer，简称EAE)，具有特别突出的吸能减震特性。超级吸能材料继承高分子弹性体基体的优异性能，通过吸能弹性体的改性加强，进一步提高了基材的吸能缓冲和减震阻尼性能。其中EAE是一种具有剪切增稠特性的新型高分子材料。这种材料在常态下为粘稠状液体，柔软易变形，一旦受到快速强劲的撞击，该种柔性液体能瞬间转变成硬质材料，阻止外力穿过，达到防止利器穿刺甚至防弹的效果，即遇强则强的吸能特点。

SDM材料在常态时具有剪切增稠特性，分子间自由运动，具有柔性和弹性；在受到撞击时，瞬间完成变化，分子间紧缩，及时吸收能量，响应极快；撤去外力后，又可以恢复原始初态，可以反复利用。通过将防爆基板10的正反两面与超级吸能材料(SDM)进行复合，由于超级吸能材料在受到冲击时会表现出“遇强则强”的功能特性，使复合后的防爆层结构的抗冲击能力极大提升。

进一步地，如图4～图11所示，第一过渡段51和第二过渡段52的形状相同，均为直线段、折线段或者波浪线段。此外，也可以为其他重复形式的线段。

进一步地，胞元1的胞壁厚度为0.1mm～0.3mm。在一个具体的实施例中，第一胞壁2、第二胞壁4和过渡段5的壁厚均为0.2mm。

综合来说，上述实施例中的防爆基板10通过引入过渡段来加强结构的刚度，一是可以将现有的内凹六边形结构的所有尖角全部用过渡段替换，同时相邻胞元1之间也是紧密连接，不存在尖角。此时的防爆基板10刚度最强，但是变形性能欠佳，可以用于人体躯干部位的防爆层结构，该部位的防爆层结构在使用过程中不会有大形变的需求，同时对抗冲击性能的要求又最高。

二是可以将现有的内凹六边形结构的所有尖角全部用过渡段替换，同时相邻胞元1之间通过组成胞元组来形成尖角。此时的防爆基板10刚度较强，变形性能也较强，可以用于人体四肢部位的防爆层结构，该部位的防爆层结构在使用过程中存在大形变的需求，同时对抗冲击性能的要求较高。

三是可以将现有的内凹六边形结构的部分尖角用过渡段替换，即一个胞元1中既包含尖角，又包含过渡段。此时的防爆基板10刚度也较强，变形性能也较强，可以用于人体四肢部位的防爆层结构，该部位的防爆层结构在使用过程中存在大形变的需求，同时对抗冲击性能的要求较高。

图13示出了本实施例中的防爆层结构和现有的不含过渡段的防爆层结构的抗冲击性能试验结果对比图，从图中可以明显看到，由于设置了过渡段，整个防爆层结构的抗冲击特性得到了提升。

在一个具体的实施例中，还提供一种制造上述防爆层结构的方法，包括：基于防爆层结构的三维模型，以钛合金粉末为原材料，采用3D打印技术加工成型。具体地，在制图软件SolidWorks中绘制防刺钛合金板与连接结构的CAD模型，然后保存为STL格式文件导入设备打印操作系统，设置参数进行加工，利用3D打印技术——激光烧结(Laser Sintering，简称LS)加工成型。待激光烧结结束后，取件并将有余温的工件送入风箱去除表面多余粉末。3D打印作为一种快速成型技术，在复杂结构成型及加工效率方面有着其他传统机械加工方法不具备的优势，通过快速成型技术使材料一层一层堆叠最终将三维模型转化为实体。

通过以上实施例可以看出，本实用新型提供的防爆层结构，包括多个分层交错连接的胞元，胞元沿轴向延伸，胞元的横截面为改进的内凹六边形，将现有的内凹六边形的一组内凹角和至少一组外凸角设置为过渡段，以形成负泊松比蜂窝结构。通过设置过渡段，会使整体防爆结构的刚性、剪切模量、断裂韧性、压痕阻力显著增强，不会瞬间发生大变形而导致整体塌陷，在抵御冲击时能有效的发挥出缓释吸能效果。当胞元在纵向承受压缩载荷时，其横向会产生收缩现象；当胞元在纵向承受拉伸载荷时，其横向会产生膨胀现象，能够有效的发挥负泊松比效应。该防爆层结构借助负泊松比结构在冲击抗爆方面展示出的优异性能，结合蜂窝型结构的轻量化优势，并利用过渡段增强了结构的刚性和抗冲击性，不仅在防冲击波方面具有良好的吸能特性，且对爆炸过程中产生的破片具有良好的抵御能力，避免了防爆服在制作过程中的多层复合，提高了防护装备的舒适性、灵活性，简化了生产工艺，降低了生产成本。

进一步地，本方案采用钛合金作为抗爆结构主要材料，钛合金具有良好的隔热性能以及高强度低密度特性，能有效的降低防护层的质量。相比于传统防爆结构，本实用新型的防爆层更加轻量化，在具有优异防爆性能的前提下，质量比传统防爆层减轻70％以上。另外，采用新型超级吸能材料(SDM)与防爆基板进行复合，抗爆性能提升48％以上。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种防爆层结构，其特征在于，包括多个分层交错连接的胞元，所述胞元沿轴向延伸，所述胞元包括两个平行相对的第一胞壁以及两组第二胞壁组，所述第二胞壁组的一端连接于一个所述第一胞壁的一端，所述第二胞壁组的另一端连接于另一个所述第一胞壁的相同端；

每组所述第二胞壁组均包括两个呈内凹夹角设置的第二胞壁；两个所述第二胞壁之间通过第一过渡段连接，至少一个所述第二胞壁通过第二过渡段连接于所述第一胞壁，以形成负泊松比蜂窝结构。

2.根据权利要求1所述的防爆层结构，其特征在于，两个所述第二胞壁均通过第二过渡段连接于所述第一胞壁，所述第二过渡段的长度等于所述第一过渡段的长度；三个所述胞元相互邻接组成一个胞元组，第一胞元的右上部的第二胞壁与第二胞元的左下部的第二胞壁相接，第一胞元的右下部的第二胞壁与第三胞元的左上部的第二胞壁相接。

3.根据权利要求2所述的防爆层结构，其特征在于，所述胞元组中的第二胞元的下部的第一胞壁和所述第三胞元的上部的第一胞壁融合为一个第一胞壁。

4.根据权利要求1所述的防爆层结构，其特征在于，两个所述第二胞壁均通过第二过渡段连接于所述第一胞壁，所述第一过渡段的长度等于两个所述第二过渡段的长度之和。

5.根据权利要求4所述的防爆层结构，其特征在于，一组所述第二胞壁组中的所述第一过渡段的形状与另一组所述第二胞壁组中的两个所述第二过渡段的形状互补。

6.根据权利要求1所述的防爆层结构，其特征在于，所述第一胞壁的长度在2.5mm～5mm之间。

7.根据权利要求1所述的防爆层结构，其特征在于，所述第一胞壁和所述第二胞壁之间的夹角在60°～75°之间。

8.根据权利要求1所述的防爆层结构，其特征在于，多个分层交错连接的所述胞元构成防爆基板，所述防爆基板的顶面和底面均固接有超级吸能板。

9.根据权利要求1所述的防爆层结构，其特征在于，所述胞元为钛合金胞元。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的防爆层结构，其特征在于，所述第一过渡段和所述第二过渡段均为直线段、折线段或者波浪线段。