本发明属于纺织，具体来说涉及一种剪切增稠凝胶柔性包芯纱及其制备方法和应用。
背景技术：
1、冲击现象是结构防护工程领域最为常见的现象之一。由于冲击损伤的普遍存在，安全防护材料的设计越来越重要。由于具有优异的抗冲击和缓冲性能，剪切增稠凝胶越来越受到运动防护、缓冲减震、军警防护和工业防护等市场的关注。剪切增稠凝胶的硬化机理可以归因为内部b-o键的无序断裂与重组。在低应变率刺激下，分子链的运动尺度相对较大，b-o键有足够的时间进行破坏，分子链缠结引起的阻尼是分子变形的主要障碍，在宏观上尺度上表现出具有流动性的粘性特征。而在剪切增稠凝胶受到高应变率刺激时，剪切增稠凝胶内部的分子链没有足够的时间进行自我调整，导致储能模量产生数量级增长，在宏观尺度上显示出玻璃态的特征。所以，剪切增稠凝胶使材料在受到外界高速冲击的作用下，体系的黏度在瞬间急剧升高，消耗外界的大量冲击能量，当外力撤除后，剪切增稠凝胶材料又可以恢复到原来柔软的状态，大大提高了防护产品的抗冲击能力、耐用性和舒适性。
2、智能防护衣需要高抗冲击性能、低重量、柔性以及与多功能可穿戴设备的集成。作为一种高性能率相关材料，剪切增稠凝胶(ssg)在智能防撞装置领域具有广阔的科学价值和应用前景。但是，目前的民用抗冲击服装及配件通常为硬质壳产品，限制人体的运动，既不灵活又不舒适。尤其柔性聚氨酯泡沫缓冲材料，热湿舒适性差。芳纶抗冲击防护复合材料织物，成品织物较硬，其灵活性，柔软性和热透湿性能较差。与传统的防护材料相比，剪切增稠凝胶柔性复合材料满足了防护性能与灵活性、舒适性之问的矛盾。
3、现在技术通常采用的方式是将防护纺织品直接浸渍于剪切增稠凝胶和稀释溶剂的混合液中，再通过干燥或者冷冻干燥方法去除稀释溶剂，以此来得到剪切增稠材料与纺织品的混合物，虽然其在一定程度上能够增强纺织品的抗冲击性能，但是，存在成品不耐磨不透气的技术缺陷。虽然通过低温3d打印技术，实现剪切增稠凝胶材料成型工作，但现在无法实现应用到织物中。
4、因此，迫切需要开发一种连续制造方法，用于制造兼备超强持久抗冲击性能以及透湿/透气/柔软的穿着舒适性，实现剪切增稠凝胶材料到纱线、织物纺织材料的转变，服务于军工和航天需求。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种剪切增稠凝胶柔性包芯纱。
2、本发明的另一目的是提供上述剪切增稠凝胶柔性包芯纱的制备方法。
3、本发明的另一目的是提供上述剪切增稠凝胶柔性包芯纱在织物中提高抗冲击性能中的用途，剪切增稠凝胶柔性包芯纱解决了剪切增稠凝胶无法成纱应用在抗冲击防护装备上的技术难题，并且为剪切增稠凝胶材料制备成柔性防护服装提供快捷、有效的方法。
4、本发明的另一目的是提供上述剪切增稠凝胶柔性包芯纱在抗冲击织物中提高织物透气性能的用途。
5、本发明是通过下述技术方案予以实现的。
6、一种剪切增稠凝胶柔性包芯纱，包括：芯层、薄膜层和功能层，所述薄膜层包覆在所述芯层外，所述功能层包覆在所述薄膜层外，其中，所述芯层包括：至少1个卷结构，所述卷结构为费马卷结构或阿基米德卷结构，所述功能层包括纤维，费马卷结构由层状结构沿费马螺线卷成，阿基米德卷结构由层状结构沿阿基米德螺线卷成；
7、所述层状结构包括：第一薄膜以及覆盖在第一薄膜一面上的凝胶层，凝胶层为剪切增稠凝胶，所述第一薄膜的材质为聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚醚酮或聚苯硫醚；
8、所述薄膜层包括第二薄膜。
9、在上述技术方案中，凝胶层占剪切增稠凝胶柔性包芯纱的80～95wt％。
10、在上述技术方案中，所述剪切增稠凝胶柔性包芯纱的直径为2～3mm。
11、在上述技术方案中，所述凝胶层的厚度为0.1～1.5mm。
12、在上述技术方案中，所述第一薄膜的厚度为0.05～0.075mm。
13、在上述技术方案中，所述薄膜层的厚度为0.1～0.2mm。
14、在上述技术方案中，所述功能层的厚度为0.1～1mm。
15、在上述技术方案中，所述第二薄膜的材质为聚氨酯、聚脲或聚四氟乙烯。
16、在上述技术方案中，所述薄膜层由第二薄膜包缠而成，第二薄膜的宽度1～1.5cm，第二薄膜的厚度为0.05～0.1mm。
17、在上述技术方案中，所述纤维为芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、阻燃黏胶、阻燃锦纶、阻燃涤纶、阻燃涤纶、阻燃腈纶和海藻纤维中的一种或多种的混合。
18、在上述技术方案中，所述剪切增稠凝胶的储能模量为0.51～1.13pma。
19、制备上述剪切增稠凝胶柔性包芯纱的方法，包括以下步骤：将至少一个卷结构作为所述芯层，在芯层外包缠第二薄膜作为薄膜层，在薄膜层外包覆纤维作为功能层。
20、在上述技术方案中，制备层状结构的方法包括：将液态的剪切增稠凝胶均匀的涂覆在第一薄膜上，冷却以使剪切增稠凝胶形成凝胶层，得到层状结构。
21、在上述技术方案中，对剪切增稠凝胶进行50～80℃加热以使其变为液态。
22、上述剪切增稠凝胶柔性包芯纱在织物中提高抗冲击性能中的用途。
23、上述剪切增稠凝胶柔性包芯纱在抗冲击织物中提高织物透气性能的用途。
24、上述剪切增稠凝胶的制备方法，包括以下步骤：
25、步骤1,将焦硼酸和pdms混合均匀，再分批加入纳米粒子，搅拌至纳米粒子均匀分散，得到前驱体溶液，其中，按质量份数计，焦硼酸、pdms和纳米粒子的比为5:(50～100):0.5，pdms为羟基封端的聚甲基硅氧烷，纳米粒子包括：二氧化硅颗粒、聚氯乙烯颗粒、碳酸钙颗粒、聚甲基丙烯酸甲酯颗粒、碳纳米纤维和/或二氧化钛颗粒。
26、在所述步骤1中，获得焦硼酸的方法包括：将硼酸于120～160℃保温120～240min，得到所述焦硼酸。
27、在所述步骤1中，pdms的粘度为50～1500cp。
28、步骤2，将所述前驱体溶液于180～220℃下持续加热2～5小时，冷却至室温，得到剪切增稠凝胶。
29、本发明的有益效果是：
30、1、本发明打破了剪切增稠凝胶无法成纱的技术瓶颈，实现了剪切增稠凝胶的简便成纱工艺技术，为工业化制造连续同时兼备舒适性、持久耐用的抗冲击防护纱线及面料提供了新的途径。
31、2、本发明剪切增稠凝胶柔性包芯纱的粗细可以调节，其具有柔软、透气、持久防漏的抗冲击功能。其中，剪切增稠凝胶具有良好的抗冲击破坏能力，薄膜层具有良好的密闭性和结合力，功能层体现出拦截阻隔式抗冲击破坏能力，多层结构相互复合相互协同作用，从而显示出优异的抗冲击保护能力，可以应用到人类的服装防护领域。
32、3、本发明剪切增稠凝胶柔性包芯纱易于纺织成型，实现了剪切凝胶材料的内置式短流程成纱，纱线为独特的芯鞘复合纱，从而解决了现有技术中剪切增稠凝胶直接浸渍织物或涂敷在织物表面，而造成这类抗冲击织物较为坚硬，既不灵活又不舒适，限制了人体的运动，同时影响织物穿着时的热湿舒适性的技术局限。