生物降解能吸收能量插件的设计和测试,以提高运动头盔的防撞性能
Paweł Kaczyński1, Mateusz Skwarski1, Anna Dmitruk2
1Department of Metal Forming Welding and Metrology, Faculty of Mechanical Engineering, Wroclaw University of Science and Technology, Wybrzeze Wyspianskiego 27, 50-370 Wroclaw, Poland.
Materials (Basel, Switzerland)
|September 14, 2024
概括
生物降解复合材料,包括PLA/PBAT混合物,在制造吸收能量的头盔内饰方面表现有前途. PLA15PBAT85混合物表现出卓越的性能,为体育安全提供了扩展聚烯的可持续替代品.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物工程 聚合物工程
- 运动 安全 技术 技术
背景情况:
- 扩展聚钢 (EPS) 是传统的材料,用于体育头盔的能量吸收.
- 在制造防护装备方面,对可持续和可生物降解的替代品的需求越来越大.
- 可生物降解的聚合物在冲击吸收应用中提供了对环境友好的替代品的潜力.
研究的目的:
- 调查运动头盔内饰的可生物降解复合材料的制造可行性和能吸收性质.
- 为了评估基于聚乳酸 (PLA) 的复合材料与聚乙烯基酸盐 (PBAT) 和热塑性粉 (TPS) 增塑剂的性能.
- 为了确定最佳的混合物组成,在各种条件下有效吸收冲击能量.
主要方法:
- 在不同质量成分 (50:50,30:70,15:85) 的PLA与PBAT和TPS的融化混合.
- 薄壁元件的注塑成型和准静态/动态拉伸试验.
- 制造元件的冲击测试使用降落 (60 J,EN 1078标准) 在不同温度和速度下进行.
- 使用FE模拟开发和验证约翰逊-库克和考珀-西蒙兹材料模型.
主要成果:
- 拉力测试显示了积极的应变率灵敏度和更高的塑料含量增加动态到静态产量应力比率.
- 增加的塑化剂含量 (高达85%) 降低了PLA/PBAT和PLA/TPS混合物的最小可注射厚度.
- 撞击测试显示,随着材料温度和塑料组件份额的增加,最大屈曲率增加.
- PLA15PBAT85混合物表现出最有效的能量吸收能力.
结论:
- 可生物降解的PLA/PBAT和PLA/TPS复合材料可以成功地注射成能吸收结构.
- PLA15PBAT85混合物被认为是运动头盔内的高效材料,其性能优于其他测试组合物.
- 开发的材料模型准确地预测了这些可生物降解复合材料在动态冲击条件下的行为.
