1.基于多元耦合仿生的柞蚕碳纤维复合材料头盔,包括头盔壳体(1)和多元仿生要素,其特征在于:所述头盔壳体(1)包括增强层(2),所述增强层(2)的内壁粘接有柞蚕丝碳纤维混杂复合材料层(3),所述柞蚕丝碳纤维混杂复合材料层(3)的内壁粘接有缓冲层(4);
多元仿生要素共四种:指数刚度梯度结构、跨尺度多级波浪界面形态、可控孔隙结构、软硬相协同仿生结构;
所述指数刚度梯度结构的设计包括:通过对不同面密度的织物进行铺层设计,获得具‑2有指数刚度梯度的层合板结构,最外二层采用面密度为260 kg m 碳纤维织物,次外二层采‑2 ‑2 ‑2用面密度为200kg m 的碳纤维织物,内层分别采用135kg m 和90 kg m 的柞蚕丝纤维织物,该设计以甲壳虫鞘翅的梯度结构为仿生模板;
所述跨尺度多级波浪界面形态的设计包括:通过具有单向双向波浪形态的模具成型,利用VARTM进行预固化;进而采用平整形态模具进行二次固化成型,形成表面平整、内部波浪形态的层合板结构,该设计以动物犄角的波浪层合界面为仿生模板;
所述可控孔隙结构的设计包括:采用硅烷偶联剂对玻璃微珠进行表面预处理,添加1.5 wt%中空玻璃微珠模拟动物体内孔隙结构,该设计以动物犄角的孔隙结构为仿生模板;
所述软硬相协同仿生结构的设计包括:利用蚕丝织物的高韧性和碳纤维的高刚度实现软硬相协同仿生增韧设计,该设计以珍珠母软硬交错结构为仿生模板。
2.根据权利要求1所述的基于多元耦合仿生的柞蚕碳纤维复合材料头盔,其特征在于:其采用“自上而下”的仿生结构,与各类“自下而上”的化学仿生手段不同,本方法利用蚕丝纤维玻璃微珠预处理+真空辅助树脂模塑成型进行大尺寸仿生制造,可实现短周期、低成本、批量化、跨尺度微孔仿生复合材料制备。
3.根据权利要求1所述的基于多元耦合仿生的柞蚕碳纤维复合材料头盔的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:A:对蚕丝和碳纤维预浸料布进行裁剪,按预设的铺层角依次叠放铺设;
B:将预浸料叠层放置于单向双向波浪形态的模具中,并在所述预浸料叠层与单向双向波浪形态的模具的接触面均匀涂抹脱模剂;单向双向波浪形态的模具中的预浸料叠层进行热压浸渍和固化包括:预浸料叠层设置于自制的VARTM装置中,进而进行固化成型,此时控制所述VARTM装置温度从室温升至60℃,提供的压力为0.1MPa,保压2小时,进行热压固化;
再利用平整结构模具,二次进行固化成型,此时控制温度升至80℃,提供的压力为0.1MPa,保压8小时;
C:通过热压浸渍和固化装置,结合真空辅助树脂模塑成型技术进行固化,脱模得到柞蚕丝碳纤维混杂复合材料头盔。