本发明属于人体防护装备领域，具体涉及一种填充有食品级淀粉类剪切增稠液的冲击波与破片防护装备。
背景技术：
1、随着防护技术的发展及战争模式的改变，子弹、破片等硬杀伤元素造成的伤害威胁程度显著下降，各种爆炸产生的冲击波是造成人员伤亡的主要因素。爆炸冲击伤主要由爆炸产生的超压冲击波造成，作用于人体时会造成肺等内脏器官以及颅脑产生内出血等损伤，机体表现出外轻内重的特点，若未及时救治则将给人体机能造成永久性损伤。因此开发新型防护装备，削弱爆炸冲击波引起的爆炸冲击伤及子弹、破片的产生的钝性冲击伤，对于保障作战人员的生命健康安全具有重要意义。
2、目前，传统单兵防护装备主要通过专用材料吸收和分散子弹或破片的冲击力，以此来减轻或避免穿透伤害，从而保障穿着者的生命安全。单兵防护装备通常由防弹插板、战术背心及缓冲衬垫构成。防弹插板主要采用装甲陶瓷和高强度纤维复合材料等高性能材料制成，目的是抵御手枪及步枪弹对胸腔和重要脏器的贯穿伤害；战术背心则采用高强度尼龙材料，具备模块化设计，用于固定和装载防弹插板、缓冲衬垫及其他装备；而缓冲衬垫则主要由eva、pe、eps、聚氨酯等发泡材料制作，用以减轻非贯穿性冲击钝性伤。
3、综上所述，现有单兵防护装备至少存在以下技术问题：
4、1.现有单兵防护装备的设计方案主要考虑对子弹侵彻贯穿的防御，但对爆炸冲击波防护的考虑较少。目前广泛应用的发泡型缓冲衬垫功能单一，对爆炸冲击波的衰减能力有限，导致人员产生爆炸冲击伤的概率大于枪击伤发生概率。
5、2.当冲击波遇到传统防护装备中的高阻抗硬质插板时，会产生应力增强效应，从而对人体内部脏器造成更为严重的损害。
6、3.由于单兵防护装备所能携带的物资有限，在极端作战环境下，很难满足作战人员的补给需求，从而降低了战场人员的作战能力，提高了单兵因非战场因素而伤亡几率。
7、随着科学技术的发展，防护装备的设计和材料也在不断革新。剪切增稠液作为一种具有非牛顿流体特性的缓冲吸能材料，能够通过冲击加载时粒子排列状态的变化使分散体系粘度增加，从而吸收冲击能量，分散集中载荷。基于这一特性，将剪切增稠液应用到防护装备的设计中，能够提高防护装备抵御子弹、破片攻击的防御性能。近年来，剪切增稠液被广泛应用于浸渍kevlar、twaron、dyneema等高性能织物复合得到防弹和防刺效果优良的剪切增稠液/织物复合材料体系，但目前多采用纳米二氧化硅制备剪切增稠液，剪切增稠液及其浸渍织物复合材料的制备门槛较高，制作过程复杂，且多用于防护钝性冲击，对爆炸冲击波防护方面的研究较少。
8、目前尚无采用淀粉类剪切增稠液直接运用于爆炸冲击防护的报导。因此如何结合剪切增稠材料对冲击波能量衰减显著的优势，开发一种基于食品级淀粉剪切增稠液作为缓冲衬垫的单兵防护装备，弥补现有单兵防护装备在战场环境中对爆炸冲击波防护性能不足的缺点，是本领域技术人员极为关注的技术问题。
技术实现思路
1、本发明的要解决的技术问题在于：提出一种基于食品级淀粉类剪切增稠液的人体综合防护装备，利用食品级淀粉类剪切增稠液的独特理化性质，实现在高速冲击下快速增稠硬化，形成有效的防护层，保障穿戴者的安全。本发明采用淀粉类剪切增稠液作为缓冲材料，不仅具有良好的抗冲击性，还因淀粉的可食用性质，增加了穿着者在极端环境下的生存概率，极大提高身体机能保障能力，从而实现单兵防护装备轻量化、持续作战能力强及防护性能优良等特点，最大限度提升士兵作战效能，此种设计不仅为个体防护技术的发展提供新的思路，也为应对极端条件下的生存挑战提供了新的解决方案。
2、为实现上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
3、一种基于食品级淀粉类剪切增稠液的人体综合防护装备由战术背心、防弹插板、食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包放置袋以及食品级淀粉类剪切增稠液的可替换缓冲包组成。
4、战术背心由前挡背心和后挡背心通过衔接肩带连接组成。前挡背心和后挡背心形状结构大小及材料均相同，后文中以前挡背心为例来描述，后挡背心不再赘述。前挡背心的底部宽度为l1，高度为l2，满足覆盖一个成年男子的腹部和胸部，优选宽度l1满足40cm<l1<60cm，高度l2满足60cm<l2<75cm。前挡背心由防护外罩层、中间固定层和软质内衬层组成。防护外罩层采用高强度尼龙制备，厚度d1满足1mm<d1<3mm，所用尼龙满足：断裂强度σ1>70mpa。中间固定层采用涤纶制备，厚度d2满足0.5mm<d2<2mm，要求涤纶满足：抗拉强度rm满足rm>500mpa，熔点mp1满足230℃<mp1<270℃。软质内衬层采用纯棉制备，厚度d3满足0.5mm<d3<2mm，密度ρ1满足1.3g/cm3<ρ1<1.7g/cm3。前挡背心的防护外罩层和中间固定层间装填有防弹插板，中间固定层和软质内衬层间装填若干食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包。衔接肩带是采用与防护外罩层相同的高强度尼龙制成的带状长方体。
5、前挡背心的防护外罩层和中间固定层之间，通过精细的缝制工艺缝制出袋腔，防弹插板被精准地插入缝制好的袋腔中，确保与前挡背心布料紧密结合，从而保证前挡背心提供稳定而有效的防护性能。所述防弹插板为单一弯曲面设计，安装在前挡背心的防弹插板弯曲面贴合人体胸部，安装在后挡背心的防弹插板弯曲面贴合背部轮廓，且为增大肩部位置活动空间，防弹插板肩窝位置设有第一上肩角和第二上肩角，第一上肩角和第二上肩角沿防弹插板中轴线对称，角度分别为φ1、φ2，φ1、φ2相等且满足110°<φ1<140°，保证在进行战术动作时能够有更大的动作幅度。所述防弹插板为市面常见防弹插板，如氧化铝、碳化硅、碳化硼、碳化硼陶瓷等，要求材料满足：密度ρ2满足3.0g/cm3<ρ2<3.5g/cm3，抗压强度σ3>2500mpa，熔点mp2>2830℃，维氏硬度hv满足2800kgf/mm2<hv<3400kgf/mm2。
6、所述食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包由食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋和食品级淀粉类剪切增稠液组成，食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋具备三种规格，以适应不同的使用需求。食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包包括规格一食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包、规格二食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包、规格三食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包；规格一食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包由规格一食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋内装食品级淀粉类剪切增稠液组成，规格二食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包由规格二食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋内装食品级淀粉类剪切增稠液组成，规格三食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包规格三食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋内装食品级淀粉类剪切增稠液组成；规格一食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋、规格二食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋、规格三食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋均是长方体，内部均装有不超过容量3/4的食品级淀粉类剪切增稠液，经真空封口机处理以确保食品级淀粉类剪切增稠液被安全封装且空气被抽出，长方体厚度相同，长度和宽度根据战术背心的大小调整；规格食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包安装于食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包放置袋内；
7、食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包放置袋通过前挡背心的软质内衬层与中间固定层间缝制而成。所述食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包安装于食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包放置袋内。食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包放置袋内部设有多重分隔口袋，依据不同部位(肩部、胸腹部以及两侧肋骨)的防护需求被细分为三种规格，三种规格的口袋均针对性地适配相应规格的食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋，使得食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包可以紧密地放入不同防护位置食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包放置袋中，达到满足最佳防护效果。
8、所述食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋采用pe(聚乙烯)材质，要求材料满足：熔点120℃＜mp3＜140℃，密度0.93g/cm3<ρ3<0.97g/cm3，拉伸强度σ4>17mpa，保证具有足够的强度。同时要求食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋封口处强度σ5>20mpa，确保缓冲包的内容物食品级淀粉类剪切增稠液在长时间使用过程中的稳定性。
9、所述食品级淀粉类剪切增稠液主要由淀粉颗粒和水组成，要求淀粉的质量分数满足wt1.％>50％，淀粉颗粒的粒径φ1满足5um<φ1<50um。确保所述食品级淀粉类剪切增稠液具有优异的缓冲性能。此外，所述食品级淀粉类剪切增稠液所述食品级淀粉类剪切增稠液可加入牛奶、酸奶、果汁等调配优化口感和风味，也可加入包括钙、钾、钠在内的各种微量元素以及人体所需的各种维生素以提高营养价值。
10、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
11、1.在受到子弹、破片或冲击波袭击时，子弹、破片或冲击波首先会进入防护装备中的第一道防线，即与防弹插板接触，在接触瞬间子弹与防弹插板会出现纰裂情况并吸收大部分能量。而食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包作为第二道防线，会吸收并扩散剩余部分的能量并起到缓冲作用，从而提高防护效果。
12、2.本发明所提出的食品级淀粉类剪切增稠防护材料不仅可以削弱子弹、破片等硬杀伤元素导致的非贯穿性冲击伤，还可有效降低高爆弹药产生的冲击波对人员的毁伤程度。此外，极端环境下可能导致穿着者面临无法获取食物的紧急情况，此时，寻找替代性的能量补给途径显得尤为重要。本发明提出一种创新的能量补给策略，即利用防护装备中的缓冲包内含的食品级淀粉类剪切增稠液作为临时的能量来源，能够维持作战人员在无后勤保障条件下的身体机能。
13、3.本发明提出的食品级淀粉类剪切增稠材料具有冲击波衰减能力强、减弱钝性伤害、可食用、易加工制备、成本低等优点，可保障穿着人员的常规防护和应急防护需求，大幅度提升穿着人员的生存能力和补给能力。
1.一种基于食品级淀粉类剪切增稠液的人体综合防护装备，其特征在于基于食品级淀粉类剪切增稠液的人体综合防护装备由战术背心(1)、防弹插板(2)、食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包放置袋(3)及食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包(4)组成；
2.如权利要求1所述的基于食品级淀粉类剪切增稠液的人体综合防护装备，其特征在于所述前挡背心(12)的底部宽度l1满足40cm<l1<60cm，高度l2满足60cm<l2<75cm。
3.如权利要求1所述的基于食品级淀粉类剪切增稠液的人体综合防护装备，其特征在于所述防护外罩层(121)和衔接肩带(11)采用的尼龙的厚度d1满足1mm<d1<3mm，尼龙的断裂强度σ1>70mpa；中间固定层(122)采用的涤纶厚度d2满足0.5mm<d2<2mm，涤纶的抗拉强度rm>500mpa，熔点mp1满足230℃<mp1<270℃；软质内衬层(123)采用的纯棉厚度d3满足0.5mm<d3<2mm，密度ρ1满足1.3g/cm3<ρ1<1.7g/cm3。
4.如权利要求1所述的基于食品级淀粉类剪切增稠液的人体综合防护装备，其特征在于所述防弹插板(2)为市面常见防弹插板，如氧化铝、碳化硅、碳化硼、碳化硼陶瓷等，要求材料密度ρ2满足3.0g/cm3<ρ2<3.5g/cm3，抗压强度σ2>2500mpa，熔点mp2>2830℃，维氏硬度hv满足2800kgf/mm2<hv<3400kgf/mm2；防弹插板(2)的第一上肩角(21)的角度φ1满足110°<φ1<140°。
5.如权利要求1所述的基于食品级淀粉类剪切增稠液的人体综合防护装备，其特征在于所述规格一食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋(41)长度l3满足8cm<l3<12cm，宽度w1满足5cm<w1<20cm，厚度h1满足1cm<h1<3cm；规格二食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋(42)长度l4满足2cm<l4<8cm，宽度w2满足20cm<w2<25cm，厚度h2满足1cm<h2<3cm；规格三食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋(43)长度l5满足2cm<l5<8cm，宽度w3满足20cm<w3<25cm，厚度h3满足1cm<h3<3cm。
6.如权利要求1所述的基于食品级淀粉类剪切增稠液的人体综合防护装备，其特征在于所述食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包放置袋(3)肩部防护区的尺寸大小与规格一食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋(41)相同，胸腹部防护区的尺寸大小与规格二食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋(42)相同，肋部防护区的尺寸大小与规格三食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋(43)相同；规格食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包(4)安装于食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包放置袋(3)的方式是：前挡背心(12)的肩部安装2袋规格一食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包，胸部安装3袋规格二食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包，腹部安装3袋规格二食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包和2袋规格三食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包；后挡背心(13)中安装规格食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包(4)的方式与前挡背心(12)的相同。
7.如权利要求1所述的基于食品级淀粉类剪切增稠液的人体综合防护装备，其特征在于所述pe材质的熔点mp3满足120℃＜mp3＜140℃，密度ρ3满足0.93g/cm3<ρ3<0.97g/cm3，拉伸强度σ4>17mpa，食品级淀粉类剪切增稠液可替换缓冲包封装袋封口处强度σ5>20mpa。
8.如权利要求1所述的基于食品级淀粉类剪切增稠液的人体综合防护装备，其特征在于所述食品级淀粉类剪切增稠液(44)采用的淀粉质量分数大于50％，淀粉颗粒的粒径φ1满足5um<φ1<50um。
9.如权利要求1所述的基于食品级淀粉类剪切增稠液的人体综合防护装备，其特征在于所述食品级淀粉类剪切增稠液(44)中加入牛奶、酸奶、果汁、微量元素以及人体所需的维生素。
