应变率敏感材料具有特殊的动态力学性能：一方面在准静载荷下表现柔软并具有一定的流动性，另一方面在受到快速冲击时，则呈现为具有较好弹性的高弹固体或刚性较大的固体。

然而，自发现并被合成以来，长期未找到该材料的应用场景。直至 2007年，Richard Palmer 将其与发泡聚氨酯复合，发现其具有优良的抗冲击性能，并应用于各类运动防护用品后，才逐渐为世人所知，并且逐渐在运动装备、汽车（新能源汽车）防撞、桥梁减振隔震、隔声吸声等领域推广应用。

材料性能特点：该材料具有优良的应变率敏感性，具有自感应、自适应、响应快等特点，相同应变条件下，随着应变率的增加，应力值增加明显。

如图1所示的智能凝胶在不同应变率条件下的冲击应力-应变曲线，凝胶材料呈现明显的率敏感性。图中红点为某型天然橡胶在3000s-1应变率，0.3应变条件下的应力值，明显小于柔性凝胶在同等条件下的应力值，即凝胶的抗冲击效果显著优于天然橡胶。

图1 聚硼硅氧烷在不同应变率条件下的冲击应力-应变曲线

该智能材料可与PU、TPE、TPU、EVA等材料共混为柔软固态的弹性体，也可用于涤纶、芳纶、尼龙等织物表面涂覆为涂层织物。

与传统防护材料特别是传统高分子基防护材料相比，使用本项目研制的智能材料所开发的防护产品，质量轻、响应快、舒适性好、高低温性能维持率高、防护性能强，特别是缓冲吸能性能可较传统高分子防护材料增强 20%-80%。

在我国军用、警用的个人防护装备上具有较广阔的市场空间，可应用在吸能减震、缓冲、复合材料的改性材料领域，用来防止和减少运动物体的冲击、穿刺、切割、撕裂、拉伸所带来的伤害和损害，拥有防冲击、防破片、防锥刺、防切割、防砍、防砸、防链锯切割和防飞溅等功能。

具体产品主要包括警用、军用防护装备，如防爆服 、护膝、护肘、手套、头盔及防弹衣，以及空降兵用缓冲军用鞋垫及军靴等。

具体应用展示：

1、护具性能

表2 凝胶材料与美军护具材料的力学性能测试对比（常温性能测试）

表3 凝胶材料与美军护具材料的力学性能测试对比（50℃高温性能测试）

表4 凝胶材料与美军护具材料的力学性能测试对比（-20℃低温性能测试）

表2-表4为凝胶材料与美军现役护具所使用的材料，依照国际通用标准EN1621-2进行测试后的结果，从表2-表4可以看出，凝胶材料在无论在常温、高温、低温测试中，展现的抗冲击力学性能均比现有的美军护具材料的抗冲击性能优良（透过力数值越小材料性能越好）。

由此可见，凝胶材料产品优于美国军队现役护具的水平，在高温（50℃）条件下，优势更加明显。

2、手套

手套手背手指采用凝胶材料改性PVC制作防层、手心采用凝胶材料改性EVA制作防冲击层，ANSI/ISEA 138-2019进行防撞测试，性能指标达到2级（1级≤9.0KN、2级≤6.5KN、一级≤4.0KN）

表5 凝胶材料改性EVA制作手套防撞性能对比（KN）

表5中，5mm厚度EVA材料和3mm改性EVA材料制作手套防护层，防撞效果相当，使用凝胶材料可以大幅降低手套重量，防护部位可降低30%以上。

3、防护头盔

通过应用智能流变凝胶改性后的芳纶材料，成功的将我军现役战斗机头盔（裸盔）重量从350g降低到275g，减重20%以上，目前处于国内领先地位。在80J的冲击下，重力加速度降低198G。（标准为低于400G）

4、鞋材

凝胶材料应用于匹克公司的“态极”跑鞋，凝胶材料改性EVA作为缓冲层，穿着舒适，吸能效果好，降低高强度运动的疲劳度。图3为跑步速度11km/h时，各类跑鞋脚后跟出的加速度，peak3为凝胶改性EVA材料，其加速度最小，抗冲击吸能效果优于国际品牌阿迪、亚瑟士、斯凯奇。

图3 11km/h脚后跟处加速度

5、防爆防弹板

通过添加到PU发泡板中提高板材的防爆性能，目前在导弹导引头防护上试用，贴在导引头的防护玻璃板后，已通过防爆检测。

应用效果：

在应用方面，团队经过七年的研发，设计并完成了该材料的中试生产工艺，申请中国发明专利两项，实用新型专利两项，均已获得授权。目前已具备日产聚硼硅氧烷500kg的生产能力，并根据各类防护领域的需要，发展出了6个牌号的产品。目前我们的产品已在军用单兵防护用品、劳保防护用品、运动防护用品，运动鞋材等领域得到了广泛应用。

来源：西安理工大学