[发明专利]一种基于动物鳞片的仿生防护结构及制备方法

说明书

本发明提供一种基于动物鳞片的仿生防护结构及制备方法，属于个体防护领域，目的在于解决现有个体防护装备结构厚重、防护能力不足等问题。基于动物鳞片的仿生防护结构为多层复合梯度结构，包括硬质鳞片层以及软质基层。所述硬质鳞片层由硬质鳞片基底与鳞片方块组成；所述硬质鳞片基底由碳纤维机织布组成；所述鳞片方块由镁铝合金块周期性铺排组成；所述软质基层由芳纶无纬布组成；所述硬质鳞片层与软质基层之间采用胶黏剂初步粘接，并使用热压复合工艺压制而成。本发明制备工艺简单易行，无需复杂设备，所得防护结构样件具有良好的防护能力。

技术领域

本发明涉及一种基于动物鳞片的仿生防护结构及制备方法，属于个体防护领域。

背景技术

单兵防护装备面临着前所未有的挑战，这对防护装备的机动能力和灵活性提出了新要求。仅具备单纯防护性能的传统防护装备已经不能满足单兵作战需求，兼具灵活性、防御性的轻便型防护装备的研发已经迫在眉睫。而生物的天然铠甲系统始终是人类研发新型柔性铠甲的效仿标杆。2000多年前，古斯基台人已经开展对类鳞片铠甲研究，并在肘部和肩膀等弯曲区域使用了小尺寸鳞甲，在躯干的重要区域使用了大尺寸鳞甲以提供良好的防护能力和灵活性。鱼类、短吻鳄、蛇、穿山甲、犰狳等动物的柔韧天然盔甲因其硬度、柔韧性和重量轻的独特组合，吸引了越来越多的关注。但是早期的仿生防护结构厚重，防护效能低下，整体的穿戴结构对穿着者带来了极大的困扰；而改进后的拼接式结构虽然提高了穿着效率，减轻了重量，但拼接的缝隙处是属于薄弱的位置点，局部的弹击破坏效果会对周围结构产生严重影响。

因此，针对个体防护装备结构发展中存在的缺陷与不足，本发明提供一种基于动物鳞片的仿生防护结构及制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有个体防护装备结构厚重、防护能力不足，而提供的一种基于动物鳞片的仿生防护结构及制备方法，该结构为多层复合梯度结构，制备工艺简单易行，所得防护结构样件具有良好的防护能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于动物鳞片的仿生防护结构及制备方法，具体步骤如下：

步骤一、将碳纤维机织布裁剪成100mm x 100mm碳纤维方块布，使用胶黏剂A粘接2～3层碳纤维方块布，得到硬质鳞片基底；

所述碳纤维为碳纤维T300或碳纤维T700中的任意一种；

所述胶黏剂A为聚氨酯与滑石粉的混合物，其中滑石粉粒径为3000目，质量分数为0.3％～0.5％。

步骤二、将厚度为2mm的镁铝合金裁剪成10mm x 10mm的鳞片方块，均匀铺层在步骤一所得硬质鳞片基底上，并使用胶黏剂A将鳞片方块上部3 mm以上区域与硬质鳞片基底粘接；待第1排鳞片方块与硬质鳞片基底粘接完毕后，将第1排鳞片方块下部抬高，并在其下放入第2排鳞片方块，第2排鳞片方块上部与第1排鳞片方块下部重合2mm，继而使用使用胶黏剂A将第2 排鳞片方块与硬质鳞片基底粘接；然后重复铺层、粘接操作，直至硬质鳞片基底铺满鳞片方块，得到硬质鳞片层；

所述镁铝合金为镁铝合金5052、镁铝合金5083或镁铝合金5754中的任意一种。

步骤三、将芳纶无纬布裁剪成100mm x 100mm芳纶方块布，并按照常规0°/90°铺层，层数为6～12层；芳纶方块布层与层使用胶黏剂B进行粘接，得到软质基层；

所述胶黏剂B为聚氨酯与白炭黑的混合物，其中白炭黑粒径为2000目，质量分数为0.3％～0.5％。

步骤四、使用胶黏剂C将步骤二所得硬质鳞片层与步骤三所得软质基层进行粘接，静置2h后放入热压机复合10～20min，温度为80～100℃，即得到基于动物鳞片的仿生防护结构样件。

所述胶黏剂C为聚氨酯与碳纳米管的混合物，其中碳纳米管的直径为2～ 5nm，质量分数为0.3％～0.5％。