一、智能吸震材料 —— ESA

ESA 材料是一种具有特殊流变特性的高分子材料。它在工作时不需要外加任何激励，低应变率的情况下呈流动状态，当它受到冲击时，材料会表现出一个相对固态的特性，从而消耗大量的能量。这种材料具有优异的抗冲击及缓冲吸能效果。

 

目前思创新材主要的材料类型有三大类：

 ESA  流变材料：即 ESA 凝胶这种材料它在常态下是柔软的，冲击变硬，可以感知不同强度的冲击，既减震又有回弹。这种材料在日常生活非常常见，即非牛顿流体的材料。

 ESA  发泡材料：在 ESA 流变材料基础上，将其跟其他基体材料复合之后，通过发泡工艺，做成的密度相对较小的材料，这种材料的冲击力吸收率能够高达 90% 以上。

 ESA  热塑性材料：针对热塑性弹性体，思创新材研发了一种改性的 ESA 热塑性材料，这种材料除了具有良好的减震性能、抗冲击性能以外，还有较好的耐磨、耐撕裂性能。

二、ESA凝胶

在常态下， ESA 凝胶非常柔软，缓慢拉伸后，凝胶显示出优异的延展性；然而，一旦受到外力冲击， ESA 凝胶会瞬间变硬并呈现横截面断裂。

ESA 凝胶具有极致的减震吸能特性，并且具有回弹性，这是它的一项显著特性，为此也进行了多次验证实验。

例如，将凝胶包裹在手指上并用力敲击时，手指在 ESA 凝胶的保护下并未感到疼痛。将 ESA 凝胶包裹在鸡蛋上，用锤子敲击鸡蛋，结果鸡蛋完好无损，但当去掉 ESA 凝胶保护的鸡蛋被敲击时，鸡蛋立即破裂。

更进一步，将 ESA 凝胶包裹在手机屏幕上，用锤子敲击手机屏幕，结果手机屏幕完好无损。

思创新材的团队也试验了在西瓜上使用 ESA 凝胶保护；结果表明，即使被敲击，有 ESA 凝胶保护的西瓜仍然完好无损，而没有 ESA 凝胶保护的西瓜不堪一击。

三、ESA 发泡材料

 

1、ESA 发泡材料的研发及结构性能

 

在 ESA 流变材料的基础上，通过技术升级，将其与基体材料复合处理后，得到了 ESA 发泡材料。

这种材料同样具有优异的抗冲击性和减震吸能效果，在遇到高速冲击时该材料能够快速响应并吸收冲击力；外力消失后它又能够恢复到柔软状态，是一种相对理想的防护材料。

如图呈现的是 ESA 发泡材料微观结构的扫描电镜图。从图像分析可见，该材料的泡孔结构分布较为均匀，且泡孔的孔径范围大约在50-200 μm之间。这种均匀且细腻的泡孔结构，表明了材料的高度均质性。

对 ESA 材料进行光电子能谱分析和红外分析。得其材料主要含碳、氧和硅元素，ESA 发泡材料主要是聚氨酯和聚硼硅氧烷的混合物，即在基材聚氨酯中加入非牛顿流体聚硼硅氧烷，即 ESA 凝胶。

如今绿色生物基材料是一热点，ESA 发泡材料也是一种绿色环保的生物基材料。2023年该材料也已经通过了美国农业部（USDA）的认证，里面生物基含量高达40%，而目前该材料的生物基含量最高已经能够达到50%。

值得注意的是，USDA对生物基认证的最低要求是超过25%的生物基含量，这也进一步证实了该材料在绿色环保方面的杰出贡献和达到的高标准。

2、  ESA 发泡材料的作用机理

 

其主要的作用机理与两个方面有关：

与基体材料有关：多孔材料本身受到冲击时，通过细胞壁结构的弯曲、摩擦和内部空气的压缩，吸收震动产生的能量，从而达到防护的目的。

与剪切增稠的凝胶有关：通过添加 ESA 凝胶， 在受到冲击时呈现剪切增稠的特性，进而增加材料整体的损耗模量。相应材料在力的作用下引起分子链滑移，这也会消耗更多能量，使得材料在变形时能够吸收能量，达到减震的效果。

3、ESA 发泡材料性能检测

 

ESA 发泡材料在鞋材领域的应用经历了一系列检测。

其减震 G 值达到14.1，反映了其优秀的吸震性能。材料的回弹率较低，符合主要吸震目的的预期，同时显示出较好的压缩变形性能。永久压缩变形率为3%，表明材料具有较高的结构稳定性。

DSⅡ 的数值越低，动态刚性越低，证明材料拥有更好的吸震性能；而该材料冲击减震性能DSⅡ的数值约为145.3，从而验证了材料超过70%的高效吸能效果。

将 ESA 发泡材料与现在传统发泡中底材料的冲击测试对比，冲击力值越小证明材料的吸能效果越好，而 ESA 发泡材料减震吸能的特性是目前传统中底材料的两倍。

在“CCTV晋江栏目”的一次采访中，为验证 ESA 材料的性能进行了一项对比实验。

将防震材料铺在同一玻璃上，一个钢球从一定高度落下，普通材料下方的玻璃板瞬间破裂，但铺了 ESA 发泡材料的玻璃板保持完好无损。这一实验结果有效证明了该材料在减震吸能方面的优异性能。

四、ESA 麒麟涂料

 

1、ESA 麒麟涂料的介绍

 

ESA 麒麟涂料实际上是一种高分子弹性喷涂材料。它通过设备在喷枪位置进行高压对撞，喷到物体表面形成一个保护层，这种保护层在喷出后可以瞬间固化。

2、ESA 麒麟喷涂材料的特性

 

ESA 麒麟涂料的主要特性包括增强结构、增韧耐磨，以及提供防水、防腐等。

• 施工便捷：其采用的是喷涂工艺，喷涂后5秒内便可凝胶，10秒后即可表干，意味着在喷涂完成10秒后，就可以直接接触涂料，而不会造成任何表面损坏，无滴落，无流挂。
• 绿色环保：在过去的一些工程应用中，它被用于饮用水池的内侧，作为防水和防腐喷涂，防止水池漏水或外表面腐蚀。并且其不含任何有机溶剂，没有 VOC 排放，可以直接与饮用水接触。
• 增强结构：其出色的附着力能够与多种基材紧密结合，展现了优异的抗撕裂和抗剥落性能。
• 增韧耐磨：具备良好的拉伸强度和耐磨、耐刮蹭能力。例如，在鞋材行业的应用中，将该涂料喷涂于鞋子和服装上可显著提高耐磨性和提供结构支撑。
• 防水防腐：它对大多数酸碱性溶剂的抵抗，为材料提供了额外的保护层。

   

经 1.5-2 mm 厚的 ESA 麒麟涂料处理的纸杯，能承受人的全重而不形变，承重能力达350公斤，而四个这样的纸杯可支撑重量达1,450公斤；

同样，普通泡沫材料经涂料喷涂后，即使被卡车碾压，也能保持结构完整，这都有效证明了涂料对物体结构强度的显著增强效果。

对该材料的耐磨特性通过使用角磨机进行打磨来验证，与当前市面上其他耐磨树脂相比，经 ESA 麒麟涂料处理的表面即使出现轻微划痕也不会穿透，表明其具有较普通树脂更强的耐磨性。

用两公斤的炸药炸一块木板墙，未涂抹 ESA 麒麟涂料的木板墙在冲击波下瞬间破碎，而涂抹该涂料后的木板在爆炸冲击波下无破裂痕迹。而经涂料处理后的鸡蛋和西瓜从30米高空坠落，均完好无损。可见该材料优越的防爆防护性能。

五、ESA 材料的鞋材应用

 

ESA 材料的主要优势，在于其应用于鞋底时，能够提供轻柔的承托和较高的舒适感。在行走时，材料展现出优异的承托性能；而在奔跑时，则能够适应冲击力，保持律动的适应性，并灵活地化解冲击力。

与国外的非牛顿流体凝胶相比，ESA 凝胶展现出了更为优越的性能。

通过对 ESA 凝胶及其他几种材料进行热机械分析（DMA），分析结果显示损耗因子的大小直接关联着材料的性能效果；在频率为0.16 Hz时，ESA凝胶的损耗因子达到86，而 D3O 材料的损耗因子为79。

证明在减震吸能效果方面，ESA 凝胶相比于国内外的其他材料，表现出更佳的性能。

实际上，思创新材在2023年已与一些品牌进行了合作，创新性地将 ESA 凝胶应用到鞋的中底作为填充材料。ESA 凝胶这种材料现在已经成为了鞋的减震核心，而这种新型鞋材在去年8月就已经上市。这个创新应用展示了 ESA 凝胶材料的广泛可能性和实用性。

ESA 材料除了作为减震配件被应用于鞋的中底，思创新材还将其拓展到功能鞋垫的应用领域。这些功能鞋垫特别在前掌和后跟的部分采用了 ESA 发泡材料。

此外，思创新材还致力于开发适用于滑板鞋和板鞋的产品，计划将这些鞋款的主要材料完全替换为具有缓冲性能的 ESA 发泡材料。其主要目标是实现极致的减震效果，通过提升冲击吸收能力，增强对落地冲击瞬间的减震保护。

在早期阶段，ESA 麒麟涂料也已成功应用于运动织物鞋的表面和鞋底，使鞋子的脆弱部分变得更结实，更防水耐磨。除了在鞋材领域的应用，ESA 麒麟涂料也在骑行装备得到了应用。

五、关于思创新材

深圳市思创新材科技有限公司成立于2017年11月，系砺剑防务技术集团下属的子公司，是一家集研发、生产和销售智能吸能材料、防护装备的高新科技企业。

目前该司的材料主要应用在摩托车骑行防护、运动防护、鞋类防护以及高端设备减震防护等领域，在 2019 年该司已通过了国家的高新技术企业认证。

来源：思创新材科技有限公司在第九届鞋材论坛演讲资料

原文始发于微信公众号（艾邦高分子）：ESA智能吸震材料介绍及鞋材应用