本發(fā)明屬于紡織材料，具體涉及仿生甲蟲前翅復(fù)合防護(hù)材料制備方法及其復(fù)合防護(hù)材料。

背景技術(shù)：

1、高性能人體防護(hù)材料在保障人們的生命安全和身體健康方面發(fā)揮著重要作用，其需求日益增長(zhǎng)。無論是在軍事、工業(yè)、醫(yī)療還是體育等領(lǐng)域，人們都在不斷尋求更先進(jìn)、更有效的防護(hù)材料，以保護(hù)人體免受各種潛在的傷害。為開發(fā)更輕量化的人體防護(hù)材料，從自然界中獲得了靈感。甲蟲經(jīng)過長(zhǎng)久的進(jìn)化周期，其前翅可以助飛并保護(hù)身體，即具有重量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，是追求輕量化人體防護(hù)材料設(shè)計(jì)的理想仿生模型。甲蟲前翅的微觀結(jié)構(gòu)是一種典型的三明治結(jié)構(gòu)，上下層主要由幾丁質(zhì)纖維和蛋白質(zhì)組成，并通過小梁進(jìn)行連接。小梁也被稱為釘柱結(jié)構(gòu)，高密度的釘柱之間存在大量空隙，這是其重量輕的主要原因當(dāng)甲蟲受到外界壓力時(shí)，應(yīng)力和能量被分散在釘柱中，“釘柱”空隙也吸收了向內(nèi)部傳遞的應(yīng)力和能量，從而減小了變形，起到保護(hù)作用。

2、對(duì)于個(gè)人防護(hù)裝備來說，甲蟲前翅的耐沖擊性、柔韌性和重量輕，可以適應(yīng)設(shè)計(jì)更好的頭盔、防彈衣和服裝。鞘翅中空微結(jié)構(gòu)對(duì)減輕甲蟲撞擊損傷的作用，可用作設(shè)計(jì)保護(hù)人體免受墜落沖擊，耦合機(jī)制(機(jī)械互鎖)也發(fā)揮了一定作用，在墜落過程中可以顯著增加沖擊能量的吸收。甲蟲前翅三維空間結(jié)構(gòu)及其層狀結(jié)構(gòu)與紡織領(lǐng)域的三維間隔結(jié)構(gòu)類似，三維間隔織物具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，在各行各業(yè)有著廣泛應(yīng)用。其由兩個(gè)相互獨(dú)立的織物層和一個(gè)間隔層組成，間隔絲可以支撐上下層織物，使其具有良好的壓縮形變能力和回彈性，除此之外，還具有良好的緩沖性，抗沖擊、能量吸收、熱濕舒適性，其復(fù)合材料也具有優(yōu)異的機(jī)械性能。

3、現(xiàn)有技術(shù)公開了一些仿生甲蟲前翅和夾層材料的制備方法。例如，申請(qǐng)?zhí)朿n106079015b玄武巖纖維仿生雙螺旋排布增強(qiáng)秸稈板材及其制備方法公開了：一種雙螺旋鋪層結(jié)構(gòu)的玄武巖-秸稈連續(xù)纖維板，在纖維板中采用了按甲蟲前翅雙螺旋結(jié)構(gòu)排布并起增強(qiáng)作用的玄武巖纖維和以環(huán)氧樹脂為主體的膠黏基體材料。申請(qǐng)?zhí)朿n117828882b一種仿生甲蟲前翅點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法公開了：一種仿生甲蟲前翅點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，根據(jù)甲蟲前翅微觀小梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)特征提取與內(nèi)凹三角形結(jié)構(gòu)融合，仿生甲蟲前翅點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在抗剪承載力、能量的吸收和抗斷裂能力上比傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有更大的優(yōu)勢(shì)；申請(qǐng)?zhí)朿n109732952b一種輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)及其制備方法提出了：一種輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，利用仿生鞘翅結(jié)構(gòu)，通過中空箱梁結(jié)構(gòu)和格柵的組合、連接，使得該結(jié)構(gòu)具備良好的力學(xué)性能和低密度高強(qiáng)度的特點(diǎn)；申請(qǐng)?zhí)朿n106592856a一體化秸稈夾心填充墻體制備方法及一體化秸稈夾心填充墻體公開了：一種一體化秸稈夾心填充墻體，通過在壓縮成型的秸稈塊上開設(shè)按規(guī)則排列的通孔制備秸稈夾心層，并按照從下往上的制備工序一次整體澆注成型；申請(qǐng)?zhí)朿n118636562a含功能結(jié)構(gòu)的多層復(fù)合材料的一次壓制成型工藝公開了：一種多層織物復(fù)合材料一次壓制成型工藝，過壓力機(jī)施加壓力和溫度，使得纖維布或纖維絲上的樹脂溶液通過牛皮紙的孔隙浸潤(rùn)至牛皮紙的表面，從而將裝飾層、纖維樹脂層和功能層進(jìn)行結(jié)合形成整體。申請(qǐng)?zhí)朿n117507429a復(fù)合多層織物密封件及成型方法公開了：一種復(fù)合多層織物的制備方法，將若干片內(nèi)層織物與硅橡膠預(yù)復(fù)合并平齊折疊，將外層織物包覆在折疊后的預(yù)復(fù)合硅橡膠多層織物半成品的外部，置于模具中用熱壓機(jī)硫化成型，開模冷卻裁剪后得到最終產(chǎn)品。

4、綜上所述，現(xiàn)有仿生甲蟲前翅結(jié)構(gòu)未涉及紡織材料領(lǐng)域，多層夾層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料多為層壓結(jié)構(gòu)，未涉及一體化制備多層針織結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。多層夾層結(jié)構(gòu)的能量吸收性能遠(yuǎn)高于相應(yīng)的單層結(jié)構(gòu)，這意味著多層夾層結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)的單層結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)越的力學(xué)性能。甲蟲前翅的間隔結(jié)構(gòu)為多層間隔，對(duì)于仿生甲蟲前翅一體化多層織物復(fù)合材料領(lǐng)域尚未涉及。因此，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域缺陷，提出了仿生甲蟲前翅復(fù)合防護(hù)材料制備方法及其復(fù)合防護(hù)材料，旨在部分或全部解決層壓結(jié)構(gòu)易分層的問題，以滿足現(xiàn)有防護(hù)領(lǐng)域中輕質(zhì)高強(qiáng)人體防護(hù)裝備的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明申請(qǐng)?zhí)峁┝朔律紫x前翅復(fù)合防護(hù)材料制備方法及其復(fù)合防護(hù)材料，旨在部分或全部解決了現(xiàn)有防護(hù)材料技術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)問題，促進(jìn)了一體化成形的仿生多層針織物復(fù)合防護(hù)材料類型和制備方法的技術(shù)創(chuàng)新，拓展了防護(hù)材料的商業(yè)價(jià)值和市場(chǎng)前景。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明申請(qǐng)采用如下技術(shù)方案：

2、第一方面，一種仿生甲蟲前翅復(fù)合防護(hù)材料制備方法，包括以下步驟：一種仿生甲蟲前翅復(fù)合防護(hù)材料制備方法，包括以下步驟：

3、步驟s100：制備多層織物，多層織物包括多個(gè)間隔織物層連接多個(gè)織物層；間隔織物層的個(gè)數(shù)比織物層的個(gè)數(shù)少一個(gè)；

4、步驟s200：制備剪切增稠液sft；

5、步驟s300：將制備的多層織物和制備的剪切增稠液stf進(jìn)行復(fù)合，完成仿生甲蟲前翅復(fù)合防護(hù)材料的制備；

6、可選地，步驟s100包括以下步驟：

7、步驟s101：在具有四針床的電腦橫機(jī)上編織，至少編織第一間隔織物層，第一間隔織物層連接第一織物層和第二織物層；

8、步驟s102：在具有四針床的電腦橫機(jī)上編織，至少編織第二間隔織物層，第二間隔織物層連接第二織物層和第三織物層：

9、步驟s103：在具有四針床的電腦橫機(jī)上編織，至少編織第三間隔織物層，第三間隔織物層連接第三織物層和第四織物層：

10、步驟s104：將至少包括三個(gè)間隔織物層連接四個(gè)織物層的多層織物從電腦橫機(jī)下機(jī)，對(duì)多層織物進(jìn)行熱定型處理。

11、可選地，步驟s200包括以下步驟：

12、步驟s201：將二氧化硅s?io2納米粒子放入烘箱中進(jìn)行干燥，去除水分；

13、步驟s202：按比例稱取一定質(zhì)量的二氧化硅sio2和聚乙二醇peg；

14、步驟s203：在攪拌機(jī)下，將二氧化硅sio2少量多次加入聚乙二醇peg溶液中；

15、步驟s204：將溶液置于室溫真空室中約24小時(shí)以除去氣泡。

16、可選地，步驟s300包括以下步驟：

17、步驟s301：將剪切增稠液stf與無水乙醇按比例進(jìn)行稀釋；

18、步驟s302：將織物放入稀釋過的溶液中浸漬，采用超聲處理使其均勻；

19、步驟s303：浸漬過的織物用滾軸將多余溶液擠出；

20、步驟s304：將浸漬過的織物放入80℃對(duì)流烘箱中加熱3h，以去除樣品中的乙醇。

21、可選地，織物層至少使用成圈工藝、集圈工藝進(jìn)行編織，間隔織物層至少使用集圈工藝、翻針工藝連接織物層。

22、可選地，織物層的用紗原料包括普通化纖復(fù)絲、高性能纖維中的一種或多種；和/或，間隔織物層的用料包括彈性紗線和非彈性紗線，彈性紗線和非彈性紗線的原料均為滌綸、錦綸、丙綸中的一種或多種，間隔織物層的彈性紗線和非彈性紗線的直徑范圍為0.05-0.2mm。

23、可選地，織物層的用紗原料選用840d的芳綸和4070氨綸包覆紗，間隔織物層的用料選用0.2mm的滌綸單絲和150d的熱熔絲。

24、可選地，在步驟s300中，剪切增稠液stf包括二氧化硅sio2納米粒子和聚乙二醇peg的混合物；二氧化硅sio2納米粒子為球形sio2納米粒子；和/或，球形sio2納米粒子平均徑粒為300nm，聚乙二醇peg優(yōu)選為平均分子量約為600的peg600。

25、可選地，在步驟s300中，二氧化硅sio2和聚乙二醇peg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例為7:3；剪切增稠液stf與無水乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例為1:4；

26、或，二氧化硅s?io2和聚乙二醇peg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例為65:35，剪切增稠液stf與無水乙醇的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例為1:2。

27、第二方面，一種仿生甲蟲前翅復(fù)合防護(hù)材料，采用上述第一方面中任一所述的一種仿生甲蟲前翅復(fù)合防護(hù)材料制備方法制備得到。

28、本發(fā)明申請(qǐng)取得的有益效果如下：

29、(1)在本發(fā)明申請(qǐng)中，在多層織物制備步驟中，多層織物包括三個(gè)間隔織物層連接四層織物層，間隔織物層由大量紗線(單絲)組成，紗線(單絲)之間存在空隙，質(zhì)量較輕；織物層至少使用成圈工藝、集圈工藝進(jìn)行編織而成，間隔織物層至少使用集圈工藝、翻針工藝連接織物層，織物層的線圈和間隔織物層的紗線(單絲)互相連接，形成了機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)，與甲蟲前翅上的互鎖結(jié)構(gòu)有異曲同工之妙。線圈紗線互鎖結(jié)構(gòu)，有助于分布應(yīng)力，調(diào)節(jié)界面處的能量耗散并提高機(jī)械性能，結(jié)構(gòu)緊密的面層可以改善織物整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，間隔層中的大量單絲可以分散所受應(yīng)力，二者之間的連接點(diǎn)還可以提高界面性能，防止元件之間破裂或分層，提升仿生甲蟲前翅復(fù)合防護(hù)材料的整體性能。

30、(2)在本發(fā)明申請(qǐng)中，仿生甲蟲前翅復(fù)合防護(hù)材料采用stf與多層織物進(jìn)行一體化成形復(fù)合，在織物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增強(qiáng)了抗沖擊和能量吸收性能，具有優(yōu)異的緩沖性，能夠作為輕質(zhì)高強(qiáng)的人體防護(hù)裝備。多層織物制備過程簡(jiǎn)單，多層織物可以采用橫機(jī)編織一體成形，節(jié)省了人力物力，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本，可大批量生產(chǎn)，具有良好的商業(yè)價(jià)值和市場(chǎng)前景。