TWI663040B - Shock absorbing gasket and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種吸震墊片，包含：一板狀複合材料結構體，其係藉由混練一組合物，以及發泡成型該組合物所製得，其中該組合物包含：主基材，其係佔該組合物總重的50-80 wt%，包括：醋酸乙烯酯；乙烯/醋酸乙烯酯共聚物；次基材，其係佔該組合物總重的10-40 wt%，包括：聚乙烯；苯乙烯丁二烯橡膠；熱塑性彈性體；以及添加劑，其係佔該組合物總重的1-20 wt%，其中該吸震墊片的密度係介於0.20~0.50之間，且其發泡倍率係介於20~40之間。本發明亦關於一種吸震墊片之製備方法。本發明之吸震墊片可應用於吸震、防護產品的製造，特別是用於防彈背心的製造。
Description
本發明係關於一種吸震墊片，特別關於一種包含板狀複合材料結構體的吸震墊片。此外，本發明亦關於一種上述吸震墊片的製備方法。
穿戴式防護裝置(例如：頭盔、防彈背心、防彈面罩)能夠為穿戴者(例如：士兵、執法人員、保全人員)提供一定程度的保護，可降低子彈、破片對於穿戴者的傷害，具有相當的重要性。
此外，因應現代工業及極限休閒運動之發展，解決振動及衝擊已成各個領域急切需要解決的嚴重問題。振動及衝擊可能造成操作精度降低、縮短產品使用壽限、危害人員安全及環境汙染等問題。因此，要如何吸收、削減振動與衝擊，為現今亟欲解決的重要關鍵課題。
現今市面上的吸震墊片一般存在橡膠黏性大、耐油性差、減振性能不佳、耐衝擊性能差、抗疲勞性能低及成本高等癥結。剪切增稠流體雖然具備良好的減振、耐衝擊性能，但其液態形式大幅降低實際應用價值。
剪切增稠流體屬非牛頓流體(Non-Newtonian Fluid)，其特殊處在於一般複合流體受到剪切力時，會使其黏度下降，而剪切增稠流體則是黏度在一定範圍內與其所受之剪切力呈正比；這種特殊性質也就是為何剪切增稠流體受到外力後會變硬的原因。
一般剪切增稠流體係由聚乙二醇及二氧化矽複合組成之膠體體系。然而，由於聚乙二醇具強吸濕性，造成該膠體體系的不穩定及不耐剪切性質。
傳統上製造吸震墊片方法，係將基材與各種添加劑組成分相混合攪拌，並於預定溫度混練，並續於特定模具發泡成型，即可製得吸震墊片。基於其所使用之基材原料與添加劑的不同，除了可能影響終端成品的品質性能及生產成本之外，亦可能存在環境保護的問題。因此，現今市面上的吸震墊片仍存在相當的改善空間。
膠體溶液為一種剪切增稠流體，因其具有流體性質，故以往的應用必須將之塗佈於載體上，而降低剪切增稠流體在吸震墊片中所能夠佔的重量百分比(最高約20%wt)。透過本發明之技術可使剪切增稠溶液直接複合發泡並固化，避免以往應用時必須塗佈於載體上之限制，可整體製成吸震墊片，無先前有效材料比例含量問題，進而強化減震效果。
本發明的吸震墊片在製程中，係藉由醋酸乙烯酯基複合膠體的製程技術，將使能量分散膠體/醋酸乙烯酯基之組合物配合模具發泡、塑型、固化成所需的形狀，再配合減震之結構需求來完成板狀複合材料結構體，並進一步裁切成所需之吸震墊片。本發明的吸震墊片可廣泛應用於運動器材防護裝備及精密儀器與3C產品之包裝(覆)材料等。此外，本發明的吸震墊片可應用於吸震、防護產品的製造，特別是用於穿戴式防護裝置，例如：防彈背心的製造。
本發明之一目的在於提供一種吸震墊片及其製備方法，藉此為應用該吸震墊片的穿戴式防護裝置提供良好的耐衝擊特性。
為達上述目的及其他目的，本發明提出一種吸震墊片，包含： 一板狀複合材料結構體，其係藉由混練一組合物，以及發泡成型該組合物所製得， 其中該組合物包含： 主基材，其係佔該組合物總重的50-80 wt%，該主基材包括： 醋酸乙烯酯； 乙烯/醋酸乙烯酯共聚物； 次基材，其係佔該組合物總重的10-40 wt%，該次基材包括： 聚乙烯； 苯乙烯丁二烯橡膠； 熱塑性彈性體；以及 添加劑，其係佔該組合物總重的1-20 wt%， 其中該吸震墊片的密度係介於0.20~0.50之間，且其發泡倍率係介於20~40之間。
於本發明之一實施例中，該次基材進一步包括： 二元矽氧化物材料，其係包括： 二氧化矽顆粒；及 聚二甲基矽氧烷。
於本發明之一實施例中，該組合物係包含：6-18 wt%的二元矽氧化物材料。
於本發明之一實施例中，該乙烯/醋酸乙烯酯共聚物中，醋酸乙烯酯之含量係佔該乙烯/醋酸乙烯酯共聚物之總重的60-90 wt%。
於本發明之一實施例中，該添加劑係選自由發泡劑、發泡助劑、架橋劑、架橋助劑、色粒及填充劑所組成之群組。
於本發明之一實施例中，該組合物係包含：5-10 wt%的醋酸乙烯酯；及40-63 wt%的乙烯/醋酸乙烯酯共聚物。
於本發明之一實施例中，該組合物係包含：6-18 wt%的聚乙烯；3-6 wt%的苯乙烯丁二烯橡膠；及2-4 wt%的熱塑性彈性體。
於本發明之一實施例中，該熱塑性彈性體係為苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯嵌段共聚物(Styrene Ethylene Butylene Styrene Block Copolymer, SEBS)。
為達上述目的及其他目的，本發明復提出一種吸震墊片之製備方法，包含： (1) 混練一組合物，其中該組合物包含： 主基材，其係佔該組合物總重的50-80 wt%，該主基材包括： 醋酸乙烯酯； 乙烯/醋酸乙烯酯共聚物； 次基材，其係佔該組合物總重的10-40 wt%，該次基材包括： 聚乙烯； 苯乙烯丁二烯橡膠； 熱塑性彈性體；以及 添加劑，其係佔該組合物總重的1-20 wt%； (2) 將上述經混練之組合物於一模具中發泡成型，藉此獲得一板狀複合材料結構體；以及 (3) 裁切所獲得之板狀複合材料結構體，藉此獲得一吸震墊片， 其中該吸震墊片的密度係介於0.20~0.50之間，且其發泡倍率係介於20~40之間。。
於本發明之一實施例中，該次基材進一步包括： 二元矽氧化物材料，其係包括： 二氧化矽顆粒；及 聚二甲基矽氧烷。
藉此，本發明之吸震墊片及其製備方法可為應用該吸震墊片的穿戴式防護裝置提供良好的耐衝擊特性。
為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：
圖1係為本發明之實施例之吸震墊片的示意圖。如圖1所示，本發明之吸震墊片10包含：一板狀複合材料結構體11，其係藉由混練一組合物，以及發泡成型該組合物所製得。其中，該組合物可藉由下列實施例1所示例之方法製備。
實施例1：用於製備板狀複合材料結構體的組合物
實施例1-1~1-3之用於製備板狀複合材料結構體的組合物係依照表1所示之配方比例調配，但本發明並不限於此。 表1
| 實施例1-1 | 實施例1-2 | 實施例1-3 | ||
| 主基材 | VA (%) | 10 | 6 | 6 |
| EVA (%) | 40 | 54 | 58 | |
| 次基材 | PE (%) | 18 | 15 | 15 |
| SBR (%) | 6 | 3 | 3 | |
| SEBS (%) | 4 | 2 | 2 | |
| 二元矽氧化物材料 (%) | 12 | 10 | 6 | |
| 添加劑 | 發泡劑 (%) | 2.5 | 2.5 | 2.5 |
| 發泡 助劑 (%) | 1.5 | 1.5 | 1.5 | |
| 架橋劑 (%) | 0.8 | 0.8 | 0.8 | |
| 架橋 助劑 (%) | 0.7 | 0.7 | 0.7 | |
| 色粒 (%) | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
| 填充劑 (%) | 4 | 4 | 4 |
表1中各組成成分所佔之比例皆以重量百分比標示。其中，VA代表醋酸乙烯酯(Vinyl acetate)；EVA代表乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene-vinyl acetate)；PE代表聚乙烯(Polyethylene)；SBR代表苯乙烯丁二烯橡膠(Styrene Butadiene rubber)；SEBS代表苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯嵌段共聚物(Styrene Ethylene Butylene Styrene Block Copolymer)，其係為一種熱塑性彈性體，上述材料皆可自市面購得。
實施例1-1~1-3之次基材中所包含之二元矽氧化物材料的製備方法係如中華民國發明專利第201602244號公開案所述，藉由引用將該公開案之全部內容併入本文中。
上述之二元矽氧化物材料係藉由下列方式製備：
步驟一：取粒徑介於50 nm~500 μm之間二氧化矽顆粒，及分子量介於200~5000之間之聚二甲基矽氧烷，並加入適量添加劑攪拌均勻，形成具有二氧化矽及聚二甲基矽氧烷之混合溶液，靜置該混合溶液使該混合溶液中之微泡均勻分布，形成膠體溶液原材，其中，該二氧化矽顆粒與聚二甲基矽氧烷之混合比例係介於12~60%wt之間。
步驟二：將膠體溶液原材加入適量交聯劑攪拌至均勻而形成膠體溶液塑材，該交聯劑可為矽氧烷單體或其高分子聚合物(如PU或EVA等)。
步驟三：將膠體溶液塑材填充於模具中，該模具係根據衝擊能量吸收需求，結合衝擊應力模擬分析與結構設計等專業技術製作，其材質可為耐溫200℃以上之金屬，其表面可進行鈍化處理以利脫模，並加熱使其固化定型，而形成二元矽氧化物材料，其加熱溫度係介於80~120℃之間，且加熱時間係介於2~4小時之間。
實施例2：吸震墊片之製備方法
實施例2-1：
圖2係為本發明實施例之吸震墊片之製備方法的流程圖。如圖2所示，實施例2-1之板狀複合材料結構體之製備方法的步驟包含：步驟一S101，混練如實施例1-1所述之組合物；步驟二S102，將上述經混練之組合物於一模具中發泡成型，藉此獲得一板狀複合材料結構體；以及步驟三S103，裁切步驟二S102所獲得之板狀複合材料結構體，藉此獲得一吸震墊片。本實施例中，係將該板狀複合材料結構體裁切厚度20 mm、符合女性防彈背心構型之吸震墊片，以供後續之加工及測試。
上述之步驟一S101中，混練的方式及製程條件並未特別限定，只要能使實施例1-1所述之組合物中的各個組成成分充分混合即可。較佳地，係先將實施例1-1所述之組合物放入捏合機中實施第一階段混練，混合成一可塑性之混合物，製程溫度較佳係控制在80℃~150℃之間，混練時間較佳係為15~30分鐘。隨後，進一步將該可塑性之混合物以雙滾輪延壓混練，製程溫度較佳係控制在80℃~130℃之間，混練時間較佳係為3~6分鐘。
上述之步驟二S102中，發泡成型的方式及製程條件並未特別限定，可使用本發明所屬技術領域中所習知之發泡成型方法。較佳地，係以一次發泡成型，使用批次式之油壓機，執行架橋發泡，製程溫度較佳係控制在130℃~160℃之間，發泡成型時間較佳係為30~50分鐘，油壓機之發泡限制壓力較佳係為150 kg/cm
2~250 kg/cm
2。藉由控制上述製程參數，可將板狀複合材料結構體之密度控制在0.20~0.50之間，並且將其發泡倍率控制在20~40之間，以於後續之步驟三S103中獲得具有相同特性之吸震墊片。
上述之步驟三S103中，經裁切後之吸震墊片的厚度及形狀並未特別限制，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，可將步驟二S102所獲得之板狀複合材料結構體裁切成具有各種不同之厚度及形狀的吸震墊片，以符合各種不同之穿戴式防護裝置(例如：男性防彈背心、女性防彈背心、頭盔、防彈面罩、護膝、護肘)的形狀。較佳地，經裁切後之吸震墊片的厚度係介於10~30 mm之間。
實施例2-2：
實施例2-2之吸震墊片之製備方法係大致上與實施例2-1相同，但於步驟一中係混練如實施例1-2所述之組合物。
實施例2-3：
實施例2-3之吸震墊片之製備方法係大致上與實施例2-1相同，但於步驟一中係混練如實施例1-3所述之組合物。
測試例：
根據SATRA TM142的標準方法，分別在不同的溫度下，針對實施例2-1~2-3之吸震墊片進行能量吸收測試。其測試結果係如下列表2所示。 表2
| 實施例 | 密度 | 發泡倍率 | 測試結果(G) | ||
| 常溫25℃ | 低溫-10℃ | 高溫40℃ | |||
| 2-1 | 0.27 | 30 | 14 | 36.5 | 13 |
| 2-2 | 0.27 | 30 | 15 | 29 | 11 |
| 2-3 | 0.4~0.42 | 30 | 15 | 37 | 14 |
如表2所示，經由不同溫度下所進行的能量吸收測試可見，實施例2-1~2-3之吸震墊片適於在-10℃到40℃環境下使用，均保有吸震之特性，而以高溫時表現最佳。
根據20kN(EN 1621-1:2012摩托車防護衣衝擊規範之標準，在50 J的衝擊能量條件下，分別針對實施例2-1~2-3之吸震墊片進行測試。其測試結果係如下列表3所示。 表3
| 實施例 | 密度 | 發泡倍率 | 測試結果(KN) | 通過等級 |
| 2-1 | 0.27 | 30 | P1：28.5 P2：30.7 P3：30.3 | Level 1 |
| 2-2 | 0.27 | 30 | P1：9.01 P2：9.12 P3：9.03 | Level 2 |
| 2-3 | 0.4~0.42 | 30 | P1：10.4 P2：10.0 P3：10.3 | Level 2 |
由上述測試結果可見，藉由將密度控制於0.20~0.50之間，且將發泡倍率係控制於20~40之間，可使本發明之吸震墊片符合低g值能量吸收之標準。藉此，本發明之吸震墊片可應用於體育用品設計(如鞋墊、球杆或球拍等)、醫療防護(如老病或傷殘人士之防護衣物)或其它各類有降低衝擊需求之相關應用(如安全帽、汽車保險桿等)。此外，本發明之吸震墊片亦可作為男性防彈背心、女性防彈背心、頭盔、防彈面罩、護膝、護肘等穿戴式防護裝置中的吸震墊片。
本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧吸震墊片
11‧‧‧板狀複合材料結構體
S101‧‧‧步驟一
S102‧‧‧步驟二
S103‧‧‧步驟三
［圖1］係為本發明實施例之吸震墊片的示意圖。 ［圖2］係為本發明實施例之吸震墊片之製備方法的流程圖。
Claims (10)
- 一種吸震墊片，包含：一板狀複合材料結構體，其係藉由混練一組合物，以及發泡成型該組合物所製得，其中該組合物包含：主基材，其係佔該組合物總重的50-80wt%，包括：醋酸乙烯酯；乙烯/醋酸乙烯酯共聚物；次基材，其係佔該組合物總重的10-40wt%，包括：聚乙烯；苯乙烯丁二烯橡膠；熱塑性彈性體；以及添加劑，其係佔該組合物總重的1-20wt%，其中該吸震墊片的密度係介於0.20~0.50之間，且其發泡倍率係介於20~40之間。
- 如請求項1所述之吸震墊片，其中該次基材進一步包括：二元矽氧化物材料，其係包括：二氧化矽顆粒；及聚二甲基矽氧烷。
- 如請求項2所述之吸震墊片，其中該組合物係包含：9-18wt%的二元矽氧化物材料。
- 如請求項1所述之吸震墊片，其中該乙烯/醋酸乙烯酯共聚物中，醋酸乙烯酯之含量係佔該乙烯/醋酸乙烯酯共聚物之總重的60-90wt%。
- 如請求項1所述之吸震墊片，其中該添加劑係選自由發泡劑、發泡助劑、架橋劑、架橋助劑、色粒及填充劑所組成之群組。
- 如請求項1所述之吸震墊片，其中該組合物係包含：5-7wt%的醋酸乙烯酯；及45-63wt%的乙烯/醋酸乙烯酯共聚物。
- 如請求項1所述之吸震墊片，其中該組合物係包含：6-18wt%的聚乙烯；3-6wt%的苯乙烯丁二烯橡膠；及2-4wt%的熱塑性彈性體。
- 如請求項1所述之吸震墊片，其中該熱塑性彈性體係為苯乙烯乙烯丁烯苯乙烯嵌段共聚物。
- 一種吸震墊片之製備方法，包含：(1)混練一組合物，其中該組合物包含：主基材，其係佔該組合物總重的50-80wt%，該主基材包括：醋酸乙烯酯；乙烯/醋酸乙烯酯共聚物；次基材，其係佔該組合物總重的10-40wt%，該次基材包括：聚乙烯；苯乙烯丁二烯橡膠；熱塑性彈性體；以及添加劑，其係佔該組合物總重的1-20wt%；(2)將上述經混練之組合物於一模具中發泡成型，藉此獲得一板狀複合材料結構體；以及(3)裁切所獲得之板狀複合材料結構體，藉此獲得一吸震墊片，其中該吸震墊片的密度係介於0.20~0.50之間，且其發泡倍率係介於20~40之間。
- 如請求項1所述之吸震墊片，其中該次基材進一步包括：二元矽氧化物材料，其係包括：二氧化矽顆粒；及聚二甲基矽氧烷。
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