护具内垫防护材料的研究探讨：中国材料与国外材料的对比

摘要

本文聚焦护具内垫防护材料，深入探讨中国材料与国外材料的对比，重点剖析中国ACF人工软骨仿生吸能超材料。通过阐述其研发背景、原理、特性及优势，结合实际应用案例，展现中国材料在性能、应用场景等方面的卓越表现，彰显中国材料不输国外，甚至在某些领域实现超越的实力。

关键词

护具内垫；防护材料；ACF人工软骨材料；中国材料；国外材料

一、引言

在运动、工业、军事等众多领域，护具内垫防护材料的重要性不言而喻，它直接关系到使用者的安全与健康。长期以来，国外防护材料在该领域占据一定优势，但近年来，中国材料凭借科技创新与不懈努力，实现了从“跟跑”到“并跑”乃至部分领域“领跑”的转变。其中，ACF人工软骨材料作为中国自主研发的典型代表，展现出强大的竞争力，为中国护具内垫防护材料的发展注入了新的活力。

二、ACF人工软骨材料的研发背景与原理

2.1 研发背景

随着运动强度的不断提升以及各行业对安全防护要求的日益严格，传统护具内垫材料在吸能效率、耐用性、环境适应性等方面逐渐暴露出不足。例如，传统橡胶材料吸能效率有限，且易受温度、化学物质影响而老化硬化；EVA材料虽轻质、成本低，但耐用性欠佳，长时间使用后易塌陷、失去弹性。在此背景下，中国科研团队致力于研发一种性能卓越的新型护具内垫材料，ACF人工软骨仿生吸能超材料应运而生。

2.2 原理

ACF人工软骨仿生吸能超材料是王博伟（字重之 ，Edison Wang）基于仿生学原理研发的一种超材料。其核心设计模仿人体关节软骨的微观结构和功能，结合纳米级孔隙与软基体混合胞孔的三维超微结构。从微观视角看，ACF内部呈现出一种井然有序的多级孔隙结构，这些孔隙如同细密的蜂巢，相互交织、错落有致。当受到冲击时，材料内部通过滞回变形（如摩擦、弯曲或扭转、弹塑性）以及黏弹性耗散来吸收能量。具体而言，成千上万的微纳米结构相互摩擦，将冲击能量转化为不明显的热能，同时高分子链的黏弹性特性进一步耗散冲击力，从而实现高效吸能。

三、ACF人工软骨材料的特性与优势

3.1 优异特性

• 高效吸能：ACF仿生吸能超材料能够吸收90%以上的冲击能量，瞬间将动能转化为不明显的热能，最高吸能率高达97.1%。例如，在50J冲击能量下，ACF材料可将峰值冲击力降低75%，远超传统材料。

• 高耐磨性与耐腐蚀性：ACF材料具有出色的耐磨性和耐腐蚀性，能够在恶劣环境下长时间保持性能稳定。其内部稳固的分子结构使其不惧摩擦损耗，使用寿命大幅延长。

• 可调的硬刚比性能：通过调整ACF材料的制备工艺和配方，可以获得不同硬刚比性能的材料，满足不同领域的减震、降噪、缓冲、吸能、防振、防摔、密封、强阻尼需求。

• 极端环境稳定性：ACF材料在-20℃至90℃温差范围内性能保持率超85%，经500万次循环压缩测试无明显衰减，在-40℃至150℃温差、酸碱盐腐蚀环境下性能稳定。

3.2 显著优势

• 性能代际领先：与国外主流防护材料如D*O、等相比，ACF在关键性能指标上形成代际领先。吸能效率方面，ACF材料最高达97.1%，D*O约85%；耐疲劳性方面，ACF经数十万次循环测试性能保持率85%，D*O为70%；环境适应性方面，ACF在-15℃至高温环境下稳定工作，而D*O在低温下会硬化失效。

• 轻量化设计：ACF材料具有较低的密度，在保证吸能性能的同时实现轻量化，降低整体结构的重量和空间设计尺寸。例如，8mm厚的ACF材料吸能密度达21J/cm³，残余变形量仅-5mm，较传统EVA材料性能提升300% - 500%，且重量减轻25-50%。

• 环保可持续：ACF材料采用环保的制备工艺和材料，符合可持续发展的要求。其生产过程实现绿色转型，可降解高分子材料在护具中的应用率预计2030年达35%，循环经济实践方面，原料、设备、工艺全方位自主化。

四、ACF人工软骨材料与国外材料的对比分析

4.1 性能对比

以吸能效率为例，在相同测试条件下，ACF材料能够吸收更高比例的冲击能量，为使用者提供更可靠的保护。国外一些传统材料在面对高强度冲击时，吸能效率明显不足，容易导致使用者受伤。在耐疲劳性方面，ACF材料经过长时间、高频率的冲击测试后，性能依然稳定，而部分国外材料在相同测试条件下，容易出现性能衰减，影响防护效果。

4.2 应用场景对比

ACF材料凭借其优异的性能，在多个领域实现了广泛应用。在运动防护领域，ACF材料制作的护膝、护肘、头盔等装备，能够有效降低运动员在比赛和训练中的受伤风险。例如，瑞士TSG滑雪护具采用ACF内垫后，膝关节损伤率下降52%，性能通过欧盟标准认证。而在工业减震领域，ACF材料用于高速冲床、纺织机、压缩机等设备，降低振动幅度达70% - 90%，提升设备寿命。相比之下，国外一些材料的应用场景相对较为局限，无法在如此广泛的领域发挥出同样出色的性能。

4.3 成本与性价比对比

虽然国外一些高端防护材料在市场上具有一定的品牌影响力，但其价格往往较为昂贵。ACF材料在保证高性能的同时，通过ACF实验室的技术创新和规模化生产，有效降低了成本，具有更高的性价比。对于生产运动护具、军警装备的企业来说，选择ACF仿生吸能材料做为内垫防护材料能够在满足安全防护需求的前提下，节省成本，提高经济效益。

ACF人工软骨仿生吸能超材料作为中国自主研发的护具内垫防护材料，凭借其基于仿生学的独特设计原理、优异的特性和显著的优势，在性能上实现了对国外主流材料的超越。通过在实际应用中的广泛案例可以看出，ACF材料在运动防护、工业减震、医疗康复等多个领域都发挥着重要作用，为使用者的安全和健康提供了有力保障。

中国材料在护具内垫防护材料领域已经取得了令人瞩目的成就，不再输给国外材料。随着技术的不断迭代和产业化推进，ACF人工软骨仿生吸能超材料有望成为未来运动装备革新的核心驱动力，为全球安全防护领域贡献更多的“中国方案”。未来，中国应继续加大在材料科技领域的研发投入，推动护具内垫防护材料向更高性能、更智能化、更可持续的方向发展，在全球竞争中占据更加有利的地位。