随着国民生活质量的不断改善,人们参与体育运动的健康意识逐渐增强,与此同时,频繁出现的运动损伤也成为了人身安全的严重威胁。除了通过运动技巧训练主动规避风险外,有意识地佩戴运动护具可以更好的为人体提供保护。运动护具的设计是多学科交叉融合的过程,本文从材料的冲击防护性能出发,建立了一个完整的从防护机理到产品设计再到性能评价的研究体系。主要内容包括以下几个方面:1.通过文献查阅和市场调研,对运动护具主要原料的性能进行比较分析,选择压缩回复吸收功(△W)和最大传递冲击力(Fmax)作为评价护具防护性能的关键指标。证实了橡胶材料可以吸收较多的冲击能量,适合用作内部软衬;塑料材料可以有效抵抗外部变形,适合用作外部防护层。因此本文认为采取软硬结合的方式设计运动护具最为合理。而杜仲胶的最大传递冲击力处于橡塑材料二者之间,独特的形状记忆功能也是其用来制备杜仲胶运动护具的潜在优势。2.对杜仲胶采取物理发泡的改性方法,应用压缩回复、高速力学检测、SEM、DSC、TGA等手段研究了硫化程度和发泡程度对防护性能的影响,确定了杜仲胶护具材料的最优条件是添加4phr热膨胀物理微球和lphr硫磺,此时压缩回复吸收功为28MJ·m-3,最大传递冲击力为750N。分别应用变温X射线衍射(VTWAXD)和高速力学检测方法研究杜仲胶的结晶度和冲击防护性能随温度的变化关系,在熔点前后显示出截然不同的变化趋势。由此提出了个性化高抗冲杜仲胶材料的微观相态结构为:结晶区抵抗瞬时高速冲击,无定型区承受准静态压缩应力,适度的三维交联网络使其具有形状记忆功能。3.将设计出来的杜仲胶运动护具与市售产品进行比较,发现杜仲胶护具产品的单位厚度冲击防护效率大约为1 0%/mm-1,与“李宁”护腿板和“迪卡侬”护腿板相比具有明显优势,且随着冲击能量的增加防护效率会逐渐降低。护具与人体接触面积增加会使防护性能提高,但超过9平方厘米后最大传递冲击力变化趋势微弱,防护性能将不再明显改变。4.将人体疼痛感作为评价护具防护性能的量化指标,通过自行设计的高速力学检测设备进行测试,结果表明摆锤冲击角度与冲击力呈现出明显的线性增加关系。通过对调查问卷中的人体疼痛感结果展开统计分析,发现使人体产生疼痛感的真实冲击力阈值为1362 N;佩戴杜仲胶足球护腿板后人体疼痛感下降了约400%,显示出了优异的高速冲击防护能力。