一种碰撞假人皮肤及制备工艺的制作方法

1.本发明涉及汽车安全性检测领域，特别涉及一种碰撞假人皮肤及制备工艺。用于需要多种试验条件和多次使用的假人皮肤。


背景技术：

2.随着人类社会工业化的发展，不同型号和功能的汽车逐渐成为大众生活的一部分。一辆汽车的问世，最受关注的就是其安全性能，作为汽车安全性检测的重要测试设备——碰撞假人，越来越多地被应用于汽车安全领域。与真人相比，碰撞假人工作状态的生物拟合性、准确性及可重复性，是考量一具碰撞假人性能优劣的重要指标。作为碰撞假人的第一道防线——假人皮肤，在碰撞试验过程中起着至关重要的作用。目前国内外对假人皮肤制备的研究不是十分重视，大多采用单一成分的聚乙烯或聚氯乙烯等，加工方法也缺乏规范化的统一标准。国外个别生产厂家采用人工缝制的方法将大块的皮肤包覆在已组合好的金属骨架或传感器之外，国内有学术论文中采用浇注等方法，使其贴合于骨架之外。但以上两种方法都存在厚度和均匀性难以保证的问题。同时，更换困难也是一大挑战。
3.目前各大汽车厂商使用的碰撞假人，其皮肤大都回避使用频次的问题，即经过较少碰撞次数后，皮肤发生破损，更换皮肤步骤繁琐、耗时冗长，给生产和测试带来极大不便。除了使用频次外，目前通用假人的皮肤层对冲击的滤过性有待提升。其缓冲性能较真人皮肤过高，对冲击的高吸收量，将影响假人内部敏感元件或传感器的工作及测试，对试验结果也有很大的影响，进而影响开发人员对汽车安全性能的预估判断。随着汽车安全要求不断加强，碰撞假人性能要求不断提高，假人皮肤制备也越来越引起假人厂家的重视。所以，尽快研究出一种冲击透过性能优异，同时使用频次又高的汽车碰撞假人皮肤势在必行。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种碰撞假人皮肤及制备工艺，解决了现有技术存在的上述问题。本发明所制假人皮肤的使用频次在一定冲击范围内有显著的提升，通过成分比例的可调整性，能够满足多种碰撞试验环境、试验条件。能够在一定的碰撞冲量范围内，保持优异的透过性和一定的使用频次，满足不同的试验条件。
5.本发明选取通用型聚氯乙烯(pvc)和热塑性聚氨酯(tpu)两种高分子材料，加入一定量的添加剂，采用物理共混的方法制备。选择不同的原材料组合及比例，制备出的汽车碰撞假人皮肤制品，能够满足不同碰撞试验对假人皮肤性能的要求。
6.本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
7.1、一种碰撞假人皮肤及制备工艺原材料选配，包括：
8.(1)主要材料聚氯乙烯、次要材料热塑性聚氨酯，共100份。添加剂10—20份。
9.(1.1)聚氯乙烯(pvc)60-80份；
10.(1.2)热塑性聚氨酯(tpu)40-20份；
11.(1.3)添加剂：增塑剂、热稳定剂、润滑剂和增强相填料。
12.(2)选取聚氯乙烯(pvc)、热塑性聚氨酯(tpu)所占不同比例可获得具有不同的性能(硬度、冲击、拉伸等)的皮肤。
13.2、一种碰撞假人皮肤的制备工艺，包括：
14.(1)碰撞假人皮肤的制备工艺采用物理共混的方法，具体制备工艺是：
15.(1.1)取两种原始材料，于恒温鼓风干燥箱内烘干水分，以免影响称重准确性。按照比例精确称取每一份的原材料，充分混合均匀，加入添加剂。
16.(1.2)将双转子混炼机升温稳定于所设置的温度区间，将预塑化好的原料加入料腔，采用200℃以下的双转子混炼机加热，以一定的转速(如30rad/min)，混炼一定时间(如20min) 形成半成品；
17.(1.3)将半成品物料置于上下铺有聚四氟乙烯薄膜的模具中，于上中下三板温度均为稳定一致值的平板硫化机上预热，待样品处于半融化状态时加压10mpa，保压一段时间后降下。带胶片完全冷却之后，取下即得所制皮肤样品。经压片机器压制成而成。
18.本发明的有益效果在于：
19.本发明所使用的原材料，常见易获得，价格低廉，化学性质稳定，安全无毒害；成型方法简单。所使用的工艺方法简单，易操作。制成的皮肤，成分具有可调试性，能够满足不同的试验条件和需求；能够保证一定范围内的使用频次，并且能够适用于不同的碰撞环境，实用性强。
具体实施方式
20.下面进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
21.本发明的一种碰撞假人皮肤及制备工艺原材料选配，采用通用型聚氯乙烯和热塑性聚氨酯两种高分子材料，配以不同比例和不同添加剂进行物理共混，能够满足在一定冲击范围内的透过性能和使用频次。由以下重量份数比的原料制成：
22.聚氯乙烯
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60～80份
23.热塑性聚氨酯
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40～20份
24.添加剂
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10～20份
25.所述添加剂为增塑剂、热稳定剂、润滑剂和增强相填料。其中增塑剂可以明显改善所用基材的加工性能和柔软度。热稳定剂可以防止聚氯乙烯(pvc)的受热分解。润滑剂可以减小聚氯乙烯(pvc)链段之间的摩擦力，降低熔体的粘度，提高体系的流动性。增强相填料可以显著增强皮肤样品的强度，根据其中加入填料的类别、尺度、方向性、形状的不同，对皮肤样品性能的提高也有所不同。
26.所述的增塑剂为芳香族化合物邻苯二甲酸二辛酯类或脂肪族化合物己二酸二辛酯类。
27.所述的芳香族化合物邻苯二甲酸二辛酯类为dop、dotp或dbp等，所述脂肪族化合物己二酸二辛酯类为doa或deha等。
28.所述的热稳定剂为三盐基性硫酸铅、二盐基性硫酸铅、有机锡类或金属皂类等。
29.所述的润滑剂为硬脂酸及其衍生物和石蜡等。
30.所述的增强相填料为不同粒径的碳酸钙、二氧化硅、白炭黑等。
31.本发明的一种碰撞假人皮肤及制备工艺采用物理共混的方法，具体工艺是：
32.(1)将原料聚氯乙烯、热塑性聚氨酯混合好，并加入添加剂；
33.(2)采用200℃以下的双转子混炼机加热，以30～50rad/min的转速，混炼10～20min 后卸下半成品；
34.(3)经压片机器压制成2～4mm的薄片，冲击波透过性良好，外观平整，手感光滑。
35.作为碰撞假人的第一层外保护介质，把对碰撞试验产生的不良影响降到最低，确保不影响内部传感器正常工作。由于tpu的韧性较好，所以制成的上述皮肤成品，其柔韧度随着tpu含量的增加而提高。由于添加剂的加入，通过控制添加剂的种类及数量，可以调整成品的最终综合性能，所以不同原料配比可以满足不同级别的碰撞试验对假人外附皮肤的性能要求。物理共混的方法，能够综合两种材料的优点，区别于目前现有的单一成分的仿真皮肤制品，其在碰撞试验中，具有明显的优势。不仅能够保证冲击波透过皮肤层到达内部敏感的传感器，同时也能够保证一定冲击范围内的使用频次。
36.本发明采用两种高分子材料制备。由于热塑性聚氨酯(tpu)的加入，可以使得其在多次冲击下，仍保持良好的韧性和完整，保证一定范围内的使用频次。采用不同原材料配比，所以能够满足多种测试和使用条件对于假人皮肤的要求，这相对于现用碰撞假人皮肤采用单一成分的原材料具有绝对比较优势。原材料简单，价格低廉，制备工艺容易实现，成型容易，经济成本较低。共混方法，能够综合两种材料的优点，配以一定的温度和转速能够保证混炼的均匀性。压片的方式能够保证假人皮肤的厚度一致性，同时能够使表面光滑平整，降低表面缺陷。综合性能经过严格的试验和测试，能够体现其作为假人皮肤的可行性。其基本力学性能可通过硬度、冲击性能、拉伸性能、弹性模量以及透过性检测等实验手段获得。
37.实施例：
38.以tpu/pvc(质量比)为20％的皮肤样品制备为例，取足量的两种原始材料，于恒温鼓风干燥箱内烘干水分，以免影响称重准确性。按照比例精确称取每一份的原材料，充分混合均匀，加入添加剂。其中dop10份(tpu pvc为100份，质量比)、硬脂酸钙和硬脂酸锌各1份，复合铅盐稳定剂3-5份，液体石蜡和硬脂酸各0.5份。增强相填料可酌情添加或不添。将上述原料与添加剂充分混合后，放入80-100℃摄氏度的恒温鼓风干燥箱内进行预塑化20-25min，每隔5min取出进行搅拌。
39.双转子混炼机升温稳定于所设置的温度区间180-200℃摄氏度内，将预塑化好的原料加入料腔。在30-50rad/min的转速下，混炼10-20min。将半成品物料置于上下铺有聚四氟乙烯薄膜的模具中，于上中下三板温度均为稳定一致值的平板硫化机上预热，待样品处于半融化状态时加压10mpa，保压一段时间后降下。带胶片完全冷却之后，取下即得所制皮肤样品。
40.上述的实施例仅用于说明本发明的方法，其中所用原材料、原材料比例、添加剂种类和数量、混炼温度和时间、制片方法等都是可以有所变化的。凡是在此基础上进行的参数调整、步骤改进均不应排除在本发明的保护范围之外。