三维结构体及蚕丝仿生结构的制备方法及蚕丝仿生结构

本发明涉及仿生材料领域，具体涉及一种三维结构体及蚕丝仿生结构的制备方法及蚕丝仿生结构。

背景技术：

1、随着生物医学、机械工程、航空航天等领域的发展，对于轻质、强韧结构材料的需求愈来愈迫切。目前合成的结构材料往往较难同时兼容强而韧的优点，例如：合成材料如橡胶，虽然韧性较高但强度较弱，难以承受高强度冲击力；无机材料如玻璃、陶瓷、钻石、矿物等具有较高比强度和比模量，较为坚固如具有多孔状结构和网格状结构的材料等。仿生结构材料因具有优异的力学性能已被用于生物医学支架、工程超材料、热绝缘体和吸收材料等材料的制备中。然而，这些加工方法大多耗时、成本高、能耗大，阻碍了其规模化生产的潜力。但通常很脆，韧性较差。

2、因此，部分研究人员采用仿生结构来代替合成的结构材料来模仿天然结构材料，以提升其韧性，例如有多孔状结构和网格状结构的材料等。仿生结构材料因具有优异的力学性能已被用于生物医学支架、工程超材料、热绝缘体和吸收材料等材料的制备中，然而，上述仿生结构难以制造出复杂的三维结构，或者在制备后，其力学性能仍然存在诸多不足。

3、因此，如何提供一种三维结构体及蚕丝仿生结构的制备方法及蚕丝仿生结构，以提升仿生结构的力学性能，是本发明亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，如何提供一种三维结构体及蚕丝仿生结构的制备方法及蚕丝仿生结构，以提升仿生结构的力学性能，是本发明亟需解决的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三维结构体，包括:

3、多个蚕丝织物层从下至上依次堆叠形成的三维织物，其中，各蚕丝织物层从下至上按照预设的角度和预设的方向旋转后进行依次堆叠；所述蚕丝织物层为经纱和纬纱相互交织而构成；

4、用于对所述三维织物进行缝合并使得所述三维织物形成三维螺旋状结构体的固连结构。

5、进一步作为优选地，所述预设的角度为15～70°；所述预设的方向为顺时针方向或逆时针方向。

6、进一步作为优选地，所述预设的角度为18°。

7、进一步作为优选地，所述固连结构为若干个沿所述三维织物的经向或纬向或相互交叉，以使得各蚕丝织物层缝合连接的缝合线；其中，当所述缝合线沿所述三维织物的经向或纬向等距布置时，相邻的两个所述缝合线之间的间距为200～700um。

8、进一步作为优选地，所述蚕丝织物层的层数为3～90层。

9、进一步作为优选地，所述蚕丝仿生结构的厚度为0.5～3mm；各蚕丝织物层之间的间距小于等于500um。

10、进一步作为优选地，所述蚕丝织物层的经纬纱线密度为2～10根/mm；所述经纱/或纬纱的细度为2.5～3.3d。

11、进一步作为优选地，所述蚕丝织物层的组织结构为平纹组织、斜纹组织或缎纹组织中任意一种或其组合。

12、本申请还提供了一种蚕丝仿生结构的制备方法，包括以下步骤：

13、将三维结构体在25℃～60℃的恒温下置于蚕丝溶剂中，进行浸泡处理0.5小时至90天后得到纤维结构体，其中，所述三维结构体与所述蚕丝溶剂的质量和体积比为1:40-1:70，其中，所述蚕丝溶剂为溴化锂/水、氯化钙/乙醇/水、六氟异丙醇、离子液体，或甲酸/氯化钙溶剂中的任意一种或其组合。

14、将所述纤维结构体进行干燥处理，以去除所述蚕丝溶剂后，得到蚕丝仿生结构。

15、本申请还提供了一种蚕丝仿生结构，通过上述蚕丝仿生结构制备方法进行制备。

16、本发明提供的蚕丝仿生结构及其制备方法积极进步效果在于：可以提升仿生结构的力学性能。

技术特征：

1.一种三维结构体，其特征在于，包括:

2.根据权利要求1所述的三维结构体，其特征在于，所述预设的角度为15～70°；所述预设的方向为顺时针方向或逆时针方向。

3.根据权利要求1所述的三维结构体，其特征在于，所述预设的角度为18°。

4.根据权利要求1所述的三维结构体，其特征在于，所述固连结构为若干个沿所述三维织物的经向或纬向或相互交叉，以使得各蚕丝织物层缝合连接的缝合线；其中，当所述缝合线沿所述三维织物的经向或纬向等距布置时，相邻的两个所述缝合线之间的间距为200～700um。

5.根据权利要求1所述的三维结构体，其特征在于，所述蚕丝织物层的层数为3～90层；所述三维结构体的孔隙率为10％～90％。

6.根据权利要求1所述的三维结构体，其特征在于，所述蚕丝仿生结构的厚度为0.5～3mm；各蚕丝织物层之间的间距小于等于500um。

7.根据权利要求1所述的三维结构体，其特征在于，所述蚕丝织物层的经纬纱线密度为2～10根/mm；所述经纱/或纬纱的细度为2.5～3.3d。

8.根据权利要求1所述的三维结构体，其特征在于，所述蚕丝织物层的组织结构为平纹组织、斜纹组织或缎纹组织中任意一种或其组合。

9.一种蚕丝仿生结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种蚕丝仿生结构，其特征在于，通过权利要求9所述的蚕丝仿生结构的制备方法进行制备。

技术总结
本发明公开了一种三维结构体及蚕丝仿生结构的制备方法及蚕丝仿生结构，该三维结构体主要多个蚕丝织物层从下至上依次堆叠形成的三维织物用于对所述三维织物进行缝合并使得所述三维织物形成三维螺旋状结构体的固连结构等构成，其中，各蚕丝织物层从下至上按照预设的角度和预设的方向旋转后进行依次堆叠；所述蚕丝织物层为经纱和纬纱相互交织而构成。与现有技术相比，本发明可以提升仿生结构的力学性能。

技术研发人员：凌盛杰,任婧,刘雅文
受保护的技术使用者：上海科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15