一种矿用纳米吸能阻车网及其制备方法

技术领域

本发明属于安全防护装置技术领域，尤其是一种矿用纳米吸能阻车网及其制备方法。

背景技术

无轨胶轮车是煤矿斜巷轨道输送系统重要的组成部分，具有快捷、高效、灵活的特点，但是在使用过程中可能会出现超速行驶、刹车失灵或挂挡失败等情况，导致运输过程中特别是斜巷运输时“跑车”事故频繁发生，甚至造成人员伤亡。因此，无轨胶轮车的运行状况直接影响着矿井安全生产。

目前，防跑车挡车栏装置是煤矿井下跑车时的主要拦截装置之一。这种挡车栏系统装置包括阻车网、吸能装置和收放装置等，所述的阻车网一般由钢丝绳索制成。当发生车辆速度失控时，通过收放装置放置阻车网，实现减速制动，但钢丝绳索长度有限，其运动到端部时靠拉力直接将无轨胶轮车的速度减为零，有可能造成刚性冲击，不能柔性制动，保护效果有限，难以使车辆得到有效控制。

现有技术中，公开号为CN216551383U的专利公开了一种矿用纳米吸能阻车网，通过在内部装有纳米吸能材料，所述纳米吸能材料在受到外力冲击作用时，外界动能会迫使非浸润性液体流入纳米多孔材料孔道内部，将外力机械功转化为固体－液体的界面能和摩擦热能，有效减缓冲击载荷，缓冲效果优异，实现柔性制动，拦截车辆。但该技术方案中存在以下技术问题：(1)由于纵向主袋内装有纳米吸能球，纳米吸能球的位置相对不固定，当车辆撞击过程中会出现纳米吸能球位置的变动，导致纳米缓冲吸能效果欠佳；(2)纵向主袋本体的各向同性，导致迎着撞击面或顺着撞击面的变形程度相当，而纳米吸能球在约束空间内实现吸能效果的最优化(即控制纳米吸能球的变形空间，使得在变形过程中纳米吸能球所占空间减小，依次使得非浸润性液体进入纳米多孔材料的孔道内部)，在撞击过程中，冲击能大多被防撞网所吸收，纳米吸能球的吸能效果有限。

发明内容

为克服背景技术中的问题，本发明的目的在于提供一种矿用纳米吸能阻车网及其制备方法，该方法通过对纳米吸能球约束固定形成纳米吸能模块，使得所述纳米吸能球的相对位置固定，并对纳米吸能球进行约束固定，确保纳米吸能球受到撞击后其体积压缩，实现纳米吸能球吸能效果的最优化。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种矿用纳米吸能阻车网，包括：

横向拉绳；

纵向拉绳，所述纵向拉绳设置有第一容纳腔，所述第一容纳腔用于容纳纳米吸能模块，所述纵向拉绳的第一容纳腔壁与所述横向拉绳进行编织从而形成网状结构；

纳米吸能模块，通过对纳米吸能球约束固定形成所述纳米吸能模块。

优选的，所述纵向拉绳迎着撞击方向的一侧的拉力小于顺着撞击方向一侧的拉力。

优选的，所述纵向拉绳顺着撞击方向一侧的第一容纳腔横向截面弧长与整个第一容纳腔周长满足如下关系式：

其中，l

优选的，所述纵向拉绳迎着撞击方向的一侧纵向采用柔性合成丝，所述纵向拉绳顺着撞击方向的一侧纵向采用金属丝。

优选的，所述纵向拉绳纵向采用柔性合成丝，且所述纵向拉绳迎着撞击方向一侧的柔性合成丝的丝径小于顺着撞击方向一侧的柔性合成丝；或所述纵向拉绳纵向采用柔性合成丝，所述纵向拉绳迎着撞击方向一侧的柔性合成丝与顺着撞击方向一侧的柔性合成丝丝径相同，纵向拉绳迎着撞击方向一侧的柔性合成丝的抗拉强度小于顺着撞击方向一侧的柔性合成丝抗拉强度。

优选的，所述纳米吸能球在模具中通过聚氨酯弹性体浇注，交联固化后形成所述纳米吸能模块。

优选的，通过丝材编织的方式将所述纳米吸能球进行包覆且将所述纳米吸能球进行隔离。

优选的，所述横向拉绳内设置有第二容纳腔，所述第二容纳腔用于容纳所述纳米吸能模块。

优选的，所述横向拉绳迎着撞击方向的一侧的拉力小于顺着撞击方向一侧的拉力；

所述纵向拉绳顺着撞击方向一侧的第二容纳腔横向截面弧长与整个第二容纳腔周长满足如下关系式：

其中，l

横向拉绳设置于纵向拉绳撞击面的另一侧，且所述横向拉绳整体与所述纵向拉绳顺着撞击方向一侧通过缝制连接为一体，且所述缝制的区域不小于第一容纳腔横向截面弧长与第二容纳腔横向截面弧长所构成的区域且不超过第一容纳腔周长和第二容纳腔周长的一半所构成的区域。

本发明的另一方面提供了一种上述矿用纳米吸能阻车网的制备方法，包括如下步骤：

S1.将若干所述述横向拉绳按照预先设定的间距排列；

S2.在所述横向拉绳的第二容纳腔中装入预设尺寸的纳米吸能模块；

S3.将所述横向拉绳整体与所述纵向拉绳顺着撞击方向一侧通过缝制连接为一体；

S4.重复步骤S2和S3直至制成所需尺寸的阻车网；

S5.在所述纵向拉绳的第一容纳腔中装入预设尺寸的纳米吸能模块，进行端封。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明中通过对所述纳米吸能球的位置进行固定，能够防止在对车辆缓冲过程中造成纳米吸能球的向两侧移动从而出现“断层”导致纳米吸能缓冲效果大大降低，且有可能导致纳米吸能球破坏纵向拉绳两侧的端封结构，使得纳米吸能球溢出；本发明通过对纳米吸能球的容积进行约束，能够确保纳米吸能球受到撞击后其体积压缩，实现纳米吸能球吸能效果的最优化，防止由于纳米吸能球变形导致体积增大，导致纳米吸能缓冲材料的缓冲性能大大降低。

进一步的，通过控制所述纵向拉绳迎着撞击方向的一侧的拉力小于顺着撞击方向一侧的拉力。当车辆撞击所述阻车网时，迎着撞击方向的一侧受到撞击力，撞击力传递至缓冲吸能模块，随后缓冲吸能模块对顺着撞击方向一侧施加作用力，当迎着撞击方向的一侧的拉力大于或者等于顺着撞击方向一侧的拉力，会出现顺着撞击方向一侧变形较大，迎着撞击方向的一侧变形较小，上述变形使得缓冲吸能模块的容积减小较少，导致缓冲吸能模块的缓冲吸能效果大大降低；而本发明中将纵向拉绳迎着撞击方向的一侧的拉力小于顺着撞击方向一侧的拉力，当车辆撞击所述阻车网时，迎着撞击方向的一侧变形较大，顺着撞击方向一侧变形较小，两者的变形效果叠加使得缓冲吸能模块的容积减少较多，可以提高缓冲吸能模块的缓冲吸能效果。

进一步的，由于横向拉绳和纵向拉绳的连接处为整个阻车网最容易产生损坏的位置，并且缝制的方式也会对阻车网整体的稳定性以及对缓冲吸能模块的缓冲吸能效果影响较大。基于上述考虑，本发明连接处缝制可以形成面状结构，即将横向拉绳与纵向拉绳的连接处压平形成一个平面，并与纵向拉绳顺着撞击方向一侧通过缝制连接为一体，三层面缝制，即横向拉绳压平后形成的两层面以及与纵向拉绳顺着撞击方向一侧的面，提高了阻车网整体的稳定性。

本发明的矿用纳米吸能阻车网在制备时，将装有纳米吸能模块的横向拉绳与所述纵向拉绳顺着撞击方向一侧通过缝制连接为一体，形成网状结构，制备过程简单，易于实现，并且制备的阻车网的缓冲效果好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的矿用纳米吸能阻车网结构图；

图2为本发明实施例提供的纵向拉绳结构图；

图3为现有技术中仅采用纳米吸能球填充受力后的示意图；

图4为本发明实施例提供的纳米封装模块填充受力后的示意图；

图5为图4中A-A处剖视图；

图6为图4中纵向拉绳扭转后A-A的剖视图；

图7为本发明实施例提供的一种纳米封装模块结构示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种纳米封装模块结构示意图；

图9为本发明实施例提供的纵向拉绳与横向拉绳位置结构示意图；

图10为本发明实施例提供的横向拉绳排列示意图；

图11为本发明实施例提供的装入纳米吸能模块后的示意图；

图12为本发明实施例提供的完成步骤S3后的形貌图；

图13为本发明实施例提供的完成步骤S4后的形貌图。

图中，1、横向拉绳；10、预设连接处；2、纵向拉绳；20、第一容纳腔；3、纳米吸能模块；30、纳米吸能球；31、聚氨酯弹性体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；

在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请实施例。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

为了解决现有技术的局限性，本实施例提供了一种技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

参照图1-图2，本发明提供了一种矿用纳米吸能阻车网，包括横向拉绳1；纵向拉绳2，所述纵向拉绳设置有第一容纳腔20，所述第一容纳腔20用于容纳纳米吸能模块3，所述纵向拉绳2的第一容纳腔壁与所述横向拉绳1进行编制从而形成网状结构。

所述纵向拉绳2采用经线和纬线编织而成，经线和纬线可以为柔性合成材料，包括但不限于超高分子量聚乙烯纤维，杜邦凯夫拉纤维等性能优异的材料。所述柔性合成材料在矿井条件下使用时，需满足阻燃抗静电要求，具有质量轻，承载力高等特点。其次，所述经线和纬线也可以采用金属材料，具体的，采用金属丝进行编织而成。所述横向拉绳1也可以采用与纵向拉绳2相同的制备工艺。

需要指出的是，上述“纵向”和“横向”为相对于地面的位置，如图1中的方位所示，纵向拉绳2为竖向，与地面垂直；所述横向拉绳1为水平，与地面平行。

纳米吸能模块3通过纵向拉绳2两侧的端封结构对纳米吸能球30约束固定形成。具体地，纳米吸能球30采用TPU(热塑性聚氨酯弹性体)封装的纳米吸能材料，其中，纳米吸能材料通过非浸润性液体和纳米多孔材料混合制备而成，所述非浸润性液体包括去离子水、润滑油、乙二醇和丙三醇中的一种或者几种组合；所述纳米多空材料为纳米多孔分子筛ZSM-5、ZSM-22、沸石、二氧化硅、氧化铝、硅土、活性炭和二氧化钛和碳纳米管中的一种或者多种，吸能密度可达到30J/g以上，常规状态下为均匀可流动液体。所述纳米吸能材料在外力冲击作用时，外界动能会迫使非浸润性液体流入纳米多孔材料孔道内部，将外力机械功转化为固体－液体的界面能和摩擦热能，外力撤销后，非浸润性液体流出纳米孔道，纳米吸能材料可多次重复利用。

通过对纳米吸能球30进行约束固定从而达到两个技术效果：对所述纳米吸能球30的位置进行固定，防止在对车辆缓冲过程中造成纳米吸能球30的向两侧移动，从而出现“断层”，导致纳米吸能缓冲效果大大降低，且有可能导致纳米吸能球30破坏纵向拉绳2两侧的端封结构，使得纳米吸能球30溢出，如图3所示，当车辆在速度v下撞击阻车网，导致纳米吸能球30向两侧移动；其次，本发明通过对纳米吸能球30的容积进行约束，防止由于纳米吸能球30变形导致体积增大，导致纳米吸能材料的缓冲性能大大降低。

为了提高纵向拉绳2对缓冲吸能模块3的约束，所述纵向拉绳2迎着撞击方向的一侧X的拉力小于顺着撞击方向一侧Y的拉力。如图4所示，当车辆以速度v撞击所述阻车网时，迎着撞击方向的一侧X受到撞击力，撞击力传递至缓冲吸能模块3，随后缓冲吸能模块3对顺着撞击方向一侧Y施加作用力，当迎着撞击方向的一侧X的拉力大于或者等于顺着撞击方向一侧Y的拉力，会出现顺着撞击方向一侧Y变形较大，迎着撞击方向的一侧X变形较小，上述变形使得缓冲吸能模块3的容积减小较少，导致缓冲吸能模块3的缓冲吸能效果大大降低。而本发明中将纵向拉绳2迎着撞击方向的一侧X的拉力小于顺着撞击方向一侧Y的拉力，当车辆以速度v撞击所述阻车网时，迎着撞击方向的一侧X变形较大，顺着撞击方向一侧Y变形较小，两者的变形效果叠加使得缓冲吸能模块3的容积减少较多，可以提高缓冲吸能模块3的缓冲吸能效果。

如图5所示，纵向拉绳2顺着撞击方向一侧Y的第一容纳腔20横向截面弧长与整个第一容纳腔20周长满足如下关系式：

其中，l

需要指出的是，r

为了使得所述纵向拉绳2迎着撞击方向的一侧X的拉力小于顺着撞击方向一侧Y的拉力，本发明提供了多种实施方式：

(1)纵向拉绳2迎着撞击方向的一侧X纵向采用柔性合成丝，所述纵向拉绳2顺着撞击方向的一侧Y纵向采用金属丝。由于金属丝的抗拉强度大于柔性合成丝，因此可以提供迎着撞击方向的一侧X的拉力小于顺着撞击方向一侧Y的拉力。

柔性合成丝包括但不限于超高分子梁聚乙烯纤维，杜邦凯夫拉纤维等性能优异的材料。所述柔性合成材料在矿井条件下使用，需满足阻燃抗静电要求，具有质量轻，承载力高等特点。金属丝包括但不限于钢丝，铁丝与铜丝中的一种或多中组合。

(2)纵向拉绳2纵向采用柔性合成丝，且所述纵向拉绳2迎着撞击方向一侧X的柔性合成丝的丝径小于顺着撞击方向一侧Y的柔性合成丝。由于顺着撞击方向一侧Y的柔性合成丝丝径大于迎着撞击方向一侧X的柔性合成丝的丝径，因此即使采用相同的材料，由于其具有相同的抗拉强度，当迎着撞击方向的一侧X的截面面积小于顺着撞击方向一侧Y的截面面积，也会产生迎着撞击方向的一侧X的拉力小于顺着撞击方向一侧Y的拉力。

(3)或所述纵向拉绳2纵向采用柔性合成丝，所述纵向拉绳迎着撞击方向一侧X的柔性合成丝与顺着撞击方向一侧Y的柔性合成丝丝径相同，但纵向拉绳迎着撞击方向一侧X的柔性合成丝的抗拉强度小于顺着撞击方向一侧Y的柔性合成丝抗拉强度。通过控制纵向拉绳两侧柔性合成丝的抗拉强度，也会产生迎着撞击方向的一侧X的拉力小于顺着撞击方向一侧Y的拉力。

纳米吸能模块3，通过对纳米吸能球约束固定形成，具体地，如图7所示，所述纳米吸能球30在模具中通过聚氨酯弹性体31浇注，交联固化后形成所述纳米吸能模块3。所述聚氨酯弹性体31可以采用与纳米吸能球30相同的TPU材料制备而成，所述聚氨酯弹性体31以及纳米吸能球30的封装材料均采购于市场上常见的聚氨酯弹性体。通过上述设置，一方面保障了纳米吸能球30在压缩后容积约束较强，另一方面对纳米吸能球30的自由度进行限定，两者协同作用以加强纳米吸能缓冲效果。

另一种实施方式，如图8所示，通过丝材编织的方式将所述纳米吸能球30进行包覆且将所述纳米吸能球30进行隔离，从而得到纳米吸能模块3。需要指出的是，丝材的抗拉强度较大，可以为纳米吸能球30提供容积近似不变的空间，且可以对纳米吸能球30的位置进行固定，两者叠加以提高纳米吸能模块3的缓冲吸能效果。

为了提高阻车网的阻车效果，将所述横向拉绳1设置为迎着撞击方向的一侧的拉力小于顺着撞击方向一侧的拉力，其作用原理与纵向拉绳2类似。

横向拉绳1内设置有第二容纳腔，所述横向拉绳1顺着撞击方向一侧Y的第二容纳腔横向截面弧长与整个第二容纳腔周长满足如下关系式：

其中，l

需要指出的是，r

如图9所示，横向拉绳1设置于纵向拉绳2撞击面的另一侧，且所述横向拉绳1整体与所述纵向拉绳2顺着撞击方向一侧通过缝制连接为一体，且所述缝制的区域不小于第一容纳腔横向截面弧长与第二容纳腔横向截面弧长所构成的区域且不超过第一容纳腔周长和第二容纳腔周长的一半所构成的区域。

需要指出的是，横向拉绳1和纵向拉绳2的连接处10为整个阻车网最容易产生损坏的位置；其次，缝制的方式也会对阻车网整体的稳定性以及对缓冲吸能模块3的缓冲吸能效果影响较大。基于上述考虑，该连接处缝制可以形成面状结构，即将横向拉绳1与纵向拉绳2的连接处压平形成一个平面，并与纵向拉绳顺着撞击方向一侧通过缝制连接为一体，三层面缝制，即横向拉绳1压平后形成的两层面以及与纵向拉绳顺着撞击方向一侧的面，提高了阻车网整体的稳定性。

为了提高缝制的强度，缝制的区域不小于第一容纳腔横向截面弧长与第二容纳腔横向截面弧长所构成的区域且不超过第一容纳腔周长和第二容纳腔周长的一半所构成的区域。

本发明实施例还提供了上述矿用纳米吸能阻车网的制备方法，包括如下步骤：

S1.取一定数量的横向拉绳1和纵向拉绳2，将所述横向拉绳1按照预先设定的间距排列。

如图10所示，将4条横向拉绳1按照预设方式摆放4行。每条横向拉绳1的预设的连接处10为4处。

S2.在所述横向拉绳1的第二容纳腔中装入预设尺寸的纳米吸能模块3。

如图11所示，在4条横向拉绳1的第二容纳腔中装入预设尺寸的纳米吸能模块3；

S3.将所述横向拉绳1整体与所述纵向拉绳2顺着撞击方向一侧通过缝制连接为一体。

如图12所示，将横向拉绳1整体与纵向拉绳2顺着撞击方向一侧通过缝制连接为一体。

S4.重复步骤S2和S3直至制成所需尺寸的阻车网，步骤S4完成后的形貌如图13所示。

S5.在所述纵向拉绳2的第一容纳腔20中装入预设尺寸的纳米吸能模块3，进行端封，即得。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。