仿生弹性材料、仿生弹性体及制备方法和应用

本发明涉及仿生材料，具体涉及一种仿生弹性材料、制备方法及应用。

背景技术：

1、在现有技术中，有关人体受冲击载荷方面的研究叫创伤弹道学，在相关的创伤实验中，需要使用与人体肌肉、脂肪、皮肤等软组织力学特性相同的材料制成靶标进行冲击实验，以获得更加接近真人的实验数据。

2、目前，仿真假人的软组织模拟物仅有表面的pvc皮肤层和泡沫填充体，并无肌肉和脂肪模拟物，并且皮肤层质地较硬，力学性能与人体相比差别较大，用作钝性冲击靶标时无法得出更准确数据。

3、因为传统的橡胶、硅胶、塑料等材料也不能精确地匹配各组织器官的受力情况；而用于模拟人体肌肉和脂肪的明胶，尽管密度和生物力学特性与人体肌肉和脂肪非常相近，但是其使用条件不便，受温度影响较大，常温下不能长时间存放，必须低温操作。

4、因此，现需提供一种仿生性更高、能对外界复杂工况做出更为准确的仿生响应的且易于生产、适用于钝性冲击靶标软组织的仿生弹性材料及其制备方法和应用，进一步提供一种基于其的仿生弹性体及制备方法和应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的上述问题，本发明提供一种仿生性更高、能对外界复杂工况做出更为准确的仿生响应的且易于生产、适用于钝性冲击靶标软组织的仿生弹性材料及其制备方法和应用，进一步提供一种基于其的仿生弹性体及制备方法和应用。

2、第一方面，本发明提供一种仿生弹性材料，其原料包括pvc糊树脂、改性剂和热稳定剂，且三者的质量比为49-52：46-48：2；

3、其中，所述pvc糊树脂为p440或p450牌号，所述热稳定剂为液体钙锌稳定剂，所述改性剂由邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸丁基苄酯、癸二酸二辛酯和环氧大豆油组成。

4、其原料还包括补强体，pvc糊树脂、改性剂、热稳定剂和补强体的质量比为49-52：46-48：2：1。

5、所述改性剂中各组份的质量比为：

6、邻苯二甲酸二异壬酯：邻苯二甲酸丁基苄酯：癸二酸二辛酯：环氧大豆油=39-45:6-7:2.4:1.6。

7、第二方面，本发明还提供一种仿生弹性材料的制备方法，包括如下步骤：

8、s1.按比例将邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸丁基苄酯、癸二酸二辛酯、环氧大豆油倒入同一容器中，磁力搅拌5min；再将液体钙锌稳定剂倒入，磁力搅拌5min；

9、s2.将s1制备所得的混合料倒入装有pvc糊树脂的容器中，边倒入边搅拌，全部倒入后搅拌至树脂粉与改性剂完全相融后停止，得到混合基础料；

10、s3.将s2得到的混合基础料在常温下电动搅拌1h，其中慢速搅拌30min，搅拌转速300rpm，快速搅拌30min，搅拌转速1200rpm；

11、s4.将s3搅拌好的混合基础料常温静置48h以上，其内部组分充分反应达到饱和后得到最终基础料，即如上所述的仿生弹性材料；

12、其中，pvc糊树脂、改性剂和热稳定剂三者的质量比为49-52：46-48：2；邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸丁基苄酯、癸二酸二辛酯和环氧大豆油组成改性剂，且对应的质量比为39-45:6-7:2.4:1.6。

13、第三方面，本发明还提供另一种仿生弹性材料的制备方法，在第二方面的基础上，

14、在s1中，在将液体钙锌稳定剂倒入且同时加入补强体气相二氧化硅，再进行后续制备，得到最终基础料为如权利要求2所述的仿生弹性材料；

15、其中，pvc糊树脂、改性剂、热稳定剂和气相二氧化硅四者的质量比为49-52：46-48：2：1。

16、第四方面，本发明提供一种仿生弹性体，其原料包括如上所述的仿生弹性材料、及稀释剂，其中，仿生弹性材料和稀释剂质量比为1:2.5-3，所述稀释剂为邻苯二甲酸二异壬酯。

17、第五方面，本发明还提供一种仿生弹性体制备方法，包括如下步骤：

18、s5.在第三方面的基础上，将s4制得的仿生弹性材料和邻苯二甲酸二异壬酯按1:2.5-3的质量比配比混合，磁力搅拌5min；

19、s6.将s5中搅拌好的混合物料置于真空环境中在-0.1mpa的条件下抽真空至混合物料无气泡产生；

20、s7.将仿生模具清理干净并喷脱剂后，加热至115℃后拿出冷却至100℃；

21、s8.将经s6处理后的混合物料倒入经s7处理的仿生模具中，并加热至混合物料达到155℃，取出自然冷却；

22、s9.将经s8处理的仿生模具中的混合物料冷却硫化7-8h后脱模，得到仿生弹性体。

23、第六方面，本发明提供一种仿生弹性体的应用，其特征在于，如上所述的仿生弹性体用于制作生物肌肉仿生pvc弹性体或用于制作生物脂肪仿生pvc弹性体。

24、第七方面，本发明进一步提供一种仿生弹性材料的应用，如上所述的仿生弹性材料用于制作生物皮肤仿生pvc弹性体。

25、具体地，制作生物皮肤仿生pvc弹性体的方法如下：

26、t5.在权利要求5的基础上，将s4制得的仿生弹性材料置于真空环境中在-0.1mpa的条件下抽真空至混合物料无气泡产生；

27、t6.将经t5处理后的混合物料倒入清理干净且喷有脱模剂的热仿生模具中，并加热至混合物料达到164℃，取出自然冷却至常温后脱模，得到生物皮肤仿生pvc弹性体。

28、本发明技术方案，具有如下优点：

29、本发明中仿生弹性材料其性能与生物软组织力学特性相仿，并通过模具可以指出相应的仿生弹性体，适用于钝性冲击工况下的靶标软组织材料，其力学特性和本构特性均在一定程度上与生物软组织相仿，与传统假人软组织材料相比，仿生性更高、质地更软、对外界复杂工况做出的响应更为准确，且耐撞性好、易于生产、可长时间存放，同时制造成本较低，适用于汽车、军工等领域研发新型假人等，具有广泛应用前景。

技术特征：

1.一种仿生弹性材料，其特征在于，其原料包括pvc糊树脂、改性剂和热稳定剂，且三者的质量比为49-52：46-48：2;

2.根据权利要求1所述的皮肤仿生弹性材料，其特征在于，其原料还包括补强体，pvc糊树脂、改性剂、热稳定剂和补强体的质量比为49-52：46-48：2：1。

3.根据权利要求1或2所述的仿生弹性材料，其特征在于，所述改性剂中各组份的质量比为：

4.一种仿生弹性材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种皮肤仿生弹性材料的制备方法，其特征在于，

6.一种仿生弹性体，其特征在于，其原料包括权利要求1所述的仿生弹性材料、及稀释剂，其中，仿生弹性材料和稀释剂质量比为1：2.5-3，所述稀释剂为邻苯二甲酸二异壬酯。

7.一种仿生弹性体制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.一种仿生弹性体的应用，其特征在于，如权利要求6所述的仿生弹性体用于制作生物肌肉仿生pvc弹性体或用于制作生物脂肪仿生pvc弹性体。

9.一种仿生弹性材料的应用，其特征在于，如权利要求2所述的仿生弹性材料用于制作生物皮肤仿生pvc弹性体。

10.根据权利要求9所述的一种仿生弹性材料的应用，其特征在于，制作生物皮肤仿生pvc弹性体的方法如下：

技术总结
本发明公开了仿生弹性材料、仿生弹性体及制备方法和应用，1.其原料包括PVC糊树脂、改性剂和热稳定剂，且三者的质量比为49‑52：46‑48：2；其中，所述PVC糊树脂为P440或P450牌号，所述热稳定剂为液体钙锌稳定剂，所述改性剂由邻苯二甲酸二异壬酯、邻苯二甲酸丁基苄酯、癸二酸二辛酯和环氧大豆油组成；适用于钝性冲击工况下的靶标软组织材料，其力学特性和本构特性均在一定程度上与生物软组织相仿，与传统假人软组织材料相比，仿生性更高、质地更软、对外界复杂工况做出的响应更为准确，且耐撞性好、易于生产、可长时间存放，同时制造成本较低，具有广泛应用前景。

技术研发人员：颜凌波
受保护的技术使用者：湖南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15