[发明专利]用于人体防护的抗冲击材料及其制备方法

说明书

本发明涉及用于人体防护的抗冲击材料，包括基材和充填物，其特征在于：基材为内部呈三维多孔结构的细菌纤维素，充填物为胶体体系的剪切增稠液，剪切增稠液充满细菌纤维素内部的三维多孔，细菌纤维素的成分质量占比为20％‑35％，剪切增稠液的成分质量占比为65％‑80％。本发明还涉及用于人体防护的抗冲击材料的制备方法，包括如下步骤：获取胶体体系剪切增稠液；获取湿态大孔BC膜；获取用于人体防护的抗冲击材料。本发明采用细菌纤维素为基材，保证了防护材料的柔韧性和舒适性；以胶体体系的剪切增稠液为充填物，在防护效果媲美Kevlar纤维的同时，还能够拥有优秀的柔韧性能，穿着舒适。本发明结构简单、成本低廉、制作容易、使用方便。

技术领域

本发明涉及个人防护材料，具体而言是用于人体防护的抗冲击材料及其制备方法。

背景技术

细菌纤维素(Bacterial Cellulose Fiber,BCF,简称BC)是由木醋杆菌通过生物发酵合成的高分子三维网络结构的纤维，其单根纤维直径约为100nm，具有极其优异的力学性能和极佳的形状维持能力。这些特性显示出该纤维是一种良好的吸能材料，具有制备防护材料的巨大潜力，同时，BC膜柔韧性极佳，能够对人体脖颈和关节进行有效的覆盖。其本身具有优异的力学性能和形状维持能力，这些特性显示出该纤维是一种良好的吸能材料，具有制备防护材料的潜力。另外，细菌纤维素柔韧性佳，具有优秀的生物适应性和生物可降解性，无污染；细菌纤维素材料内部存在着很多“孔道”，其内部是一种三维空间网络结构，具有巨大的比表面积和结构维持能力，将细菌纤维素材料作为模板应用在组织工程领域已经有所报道。

非牛顿流体中有一类流体具有粘度η随着剪切速率的增加而增加的特点(剪切增稠性能)，这种具有剪切增稠性能的流体称为剪切增稠液(Shear Thickening Fluid)。在抗冲击领域，该流体具有着非常广阔的应用前景，在不受外力或者外力很小时，剪切增稠液体具有良好的流动性，在受到强大外力时，剪切增稠液体的粘度会快速增加，某些高性能增稠液甚至会瞬时固化，极具消耗着外界能量。

目前，科研人员已经将STF应用于个体防护领域，将STF与高性能纤维复合制备出了可用于穿戴的复合防护材料。

对于该类复合防护材料，文献The Effect of Rheological Parameters on theBallistic Properties of Shear Thickening Fluid(STF)-Kevlar Composites公开了使用STF同Kevlar纤维进行复合制备了个体防护材料，通过防刺实验表明，该STF-Kevlar材料具有优异的防刺性能，STF能够增强Kevlar纤维的防刺能力。文献Strengthening fabricarmour with silica colloidal suspensions公开了使用STF同Twaron纤维进行复合，结果表明经过STF浸渍复合后，Twaron纤维的抗弹防护性能得到了提高。但是，无论是STF-Kevlar复合材料还是STF-Twaron复合材料，其柔韧性仍然不足，不便直接用于人体的关节部位、特别是脖颈处。

针对现有技术的上述不足，本发明提出了一种结构简单、成本低廉、制作容易、使用方便并同时具备优良防护效果和柔韧性能的用于人体防护的抗冲击材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、成本低廉、制作容易、使用方便并同时具备优良防护效果和柔韧性能的用于人体防护的抗冲击材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于人体防护的抗冲击材料，包括基材和充填物，其特征在于：基材为内部呈三维多孔结构的细菌纤维素，充填物为胶体体系的剪切增稠液，剪切增稠液充满细菌纤维素内部的三维多孔，细菌纤维素的成分质量占比为20％-35％，剪切增稠液的成分质量占比为65％-80％。

一种用于人体防护的抗冲击材料的制备方法，包括如下步骤：