超声法制备剪切增稠液及其稳态流变行为的研究

利用原生粒径20 nm的纳米二氧化硅(Si O_2)作为分散相,聚乙二醇200作为分散介质,用超声混合法制备剪切增稠液体(STF)。研究了纳米Si O_2的微观形貌结构及其粒径大小和分布以及STF的流变行为,探讨了超声时间、Si O_2含量和温度对STF流变行为的影响。结果表明:Si O_2粒子并不是完全等径存在,而是通过团聚形成团聚体;超声时间影响STF的流变行为,在超声时间1~4 h时,随着超声时间增长,初始黏度变小,临界剪切速率变大,STF增稠效果较明显,但随着超声时间的继续增长,STF的剪切增稠效果变差;随着Si O_2质量分数的增大,STF体系的起始表观黏度增大,临界剪切速率减小,增稠现象更明显;随温度升高,临界剪切速率变大,STF剪切增稠现象则越不明显;超声时间、Si O_2含量、温度能有效调控临界剪切速率。     

分散介质对纳米二氧化硅分散体系流变性能的影响研究

测定了不同分散介质以及同一分散介质不同相对分子质量、不同温度下的纳米二氧化硅分散体系的流变性能并进行了比较,得出以下结论：随着分散介质相对分子质量的增加,分散体系的粘度增加,固液间氢键作用力减弱,分散体系所需临界剪切应力减小;当分散介质的相对分子质量提高到一定程度后,固液间氢键作用力更弱,加上分子链增长造成空间位阻效应,纳米二氧化硅难于以三维网状立体结构存在于分散介质中,不会出现先剪切变稀后剪切增稠的流变曲线。分散体系所处的温度越高,体系的粘度越低,剪切增稠所需临界剪切应力越大,剪切增稠效果越差,甚至不出现先剪切变稀再剪切增稠的流变曲线。因此选择合适的分散介质及分散温度对改善纳米二氧化硅分散体系的流变性能有积极作用。     

气相二氧化硅对UV胶稳态流变行为的影响

由聚氨酯丙烯酸酯预聚物、活性单体和光引发剂配制成UV胶树脂,研究了纳米气相二氧化硅粒子加入UV胶树脂形成的纳米粒子/聚合物流体的稳态剪切流变行为。研究结果表明:UV胶低聚物体系分别加入亲水/疏水纳米气相二氧化硅粒子后,均表现出非牛顿流体行为;在所研究的剪切速率范围内,加入亲水性气相二氧化硅纳米粒子的复合材料体系,呈现单调的剪切变稀流变行为;加入疏水性气相二氧化硅纳米粒子的复合材料体系,随着剪切速率逐渐增大,依次出现剪切变稀-剪切增稠-剪切变稀的复杂流变行为。随着疏水性气相二氧化硅纳米粒子比表面积的增大,在相同剪切速率下,剪切黏度减小;添加比例增大,剪切增稠现象表现得更加显著,对应的临界剪切速率越小。     

不同浓度和溶剂对剪切增稠液流变性能的影响

本文考察不同浓度以及不同溶剂聚乙二醇200、聚乙二醇400、复配型的聚乙二醇/丙三醇(PEG/Gl)对二氧化硅/聚乙二醇(SiO2/PEG)剪切增稠体系的影响,采用流变仪测试该剪切增稠液的稳态流变性能。测试表明,复配型分散介质的增稠效果不如单一分散介质,临界剪切速率PEG400PEG200SiO2/PEG400/GlSiO2/PEG200/Gl,因此当需要在较小剪切速率条件下增稠时,应选用分子量较大的聚乙二醇单一分散介质;同时,分散相质量分数越高,体系的增稠现象也愈明显。     

单分散氧化硅浓缩悬浮液浸渍Kevlar复合材料的防刺性能

以St(O)ber和离心交换法制备了不同浓度的单分散SiO_2/PEG浓缩悬浮液,并研究了其流变性能和用其浸渍Kevlar编织布所得复合材料的防刺性能.研究发现,所制备浓缩悬浮液在质量浓度低于50%时,具有微弱的剪切增稠效应,增稠所能达到的粘度值随浓度增加缓慢升高,而临界剪切速率降低;当浓度在55%左右时,先是剪切增稠,随后出现轻微的剪切减稀现象;当浓度达到65%时,出现较为显著的剪切增稠效应.所制备复合材料的防刺性能比纯Kevlar编织布有一定的提高,当SiO_2质量百分比浓度在40%～45%区间时,抗刺力可提高到1.66倍左右.     

SiO_2/PEG分散体系的流变学性能研究

随着剪切增稠液体在防护领域的应用,其流变学性能的研究显得尤为重要。本实验制备了一系列SiO2/PEG分散体系,并解释了制备过程中所出现的实验现象;采用高压毛细管流变仪测试了SiO2/PEG分散体系的流变性能。研究结果表明,随着剪切速率的变化,分散体系的表观粘度先减小后增大,并且剪切增稠现象具有可逆性;分散介质相对分子量的增大,不利于分散体系的剪切增稠;SiO2固含量越大,剪切增稠现象越明显。     

粉煤灰对水泥浆体的剪切变稀和剪切增稠作用

采用RHEOLAB QC型旋转黏度计测试了粉煤灰掺量对水泥浆体流变行为的影响,采用HERSCHEL-BULKEY(H-B)流变模型对所测数据进行了拟合。结果表明:浆体流变曲线中有1个拐点,拐点所对应的流变参数为临界剪切速率(γcrit)、临界剪切应力(τcrit)和最小黏度值(ηmin),拐点左右两侧的浆体可分为剪切变稀和剪切增稠2个阶段。纯水泥浆体在较大的剪切速率下仍表现为剪切变稀。掺入粉煤灰后,浆体的γcrit、τcrit和ηmin均较纯水泥浆体降低,当粉煤灰掺量大于40%以后,浆体在较低临界剪切速率下出现了剪切增稠。在剪切变稀阶段,当粉煤灰掺量不大于50%时,增大粉煤灰掺量则浆体的流变指数显著降低,当粉煤灰掺量大于50%时,增加粉煤灰掺量,浆体流变指数增大,但均低于纯水泥浆体的流变指数;在剪切增稠阶段,随粉煤灰掺量的增加,浆体的流变指数增大,浆体剪切增稠的程度也增大。粉煤灰的掺入增大了剪切变稀阶段浆体剪切变稀的程度,也增大了剪切增稠阶段浆体剪切增稠的程度。     

分散相和分散介质对剪切增稠胶动态力学性能影响研究

研究了分散相和分散介质对剪切增稠胶动态力学性能的影响,为制备性能较好的剪切增稠胶提供理论依据。测试分析了用不同粘度的二甲基硅油制备剪切增稠胶的动态力学性能,其中由粘度为500 cst的二甲基硅油制备的剪切增稠胶剪切增稠效应和阻尼性能较优。测试分析了不同质量分数纳米二氧化硅制备的剪切增稠胶动态力学性能,分散相质量分数在一定的范围内,剪切增稠胶的剪切增稠效应和阻尼性能随纳米二氧化硅质量分数的增加而提高;但是纳米二氧化硅质量分数高于一定范围时,纳米二氧化硅质量分数的提高对剪切增稠胶的剪切增稠效应和阻尼性能有负影响。     

磺化木质素水溶液的流变行为

采用旋转黏度仪研究三种磺化木质素(钙离子、镁离子和钠离子)的水溶液流变行为,发现磺化木质素(LGS)水溶液的流变行为随着剪切速率的变化显示出不同的特征,其中存在一个临界剪切速率(γc),将剪切速率分为低和高两个区域。γc与相对分子质量和温度(t)都有关,其γc―t呈现非常好的线性关系,从而可以外推得到一个特性剪切速率[γ]。而由于[γ]不仅是一个唯一值,而且正比于特性黏度[η],所以可能是一个新的高分子流变性能的参数,可以用来预测高分子的流变性能,或根据高分子的相对分子质量预测其流变行为。通过研究LGS水溶液的浓度对流变性能的影响发现,低浓度时具有切力变稀和增稠两种不同的流变行为,而高浓度时仅有单一的切力变稀或增稠行为。     

以介孔SiO_2为分散相的剪切增稠流体对聚乳酸的增塑作用

研究了以介孔二氧化硅为分散相、以聚乙二醇为连续相的剪切增稠流体(STF)对聚乳酸(PLA)的增塑作用。首先探究了介孔二氧化硅不同用量的STF的流变性能,用旋转流变仪测定了STF的动态流变行为;然后通过熔融共混的方法将STF按不同配比添加到PLA中,研究了剪切增稠现象对PLA增塑效果及力学性能的影响。结果表明:在动态条件下,介孔二氧化硅用量较低时STF的剪切增稠效果较好;介孔二氧化硅用量为20%时,STF增塑PLA效果最佳。     

表面改性二氧化硅粒子对剪切增稠液的影响

本文通过球磨和化学的方法对两种粒径的二氧化硅粒子(250nm和650nm)进行表面改性,增强其在分散介质中的分散性,为制备性能良好的高浓度STF提供基础。研究结果表明,表面改性对250nm的二氧化硅粒子作用较小,而其中650nm的改性效果较好,能有效缓解二氧化硅粒子的团聚,并能配制剪切增稠作用显著的较高浓度的剪切增稠液。结果还表明,在不同的表面改性方法中,乙二醇分散煅烧的作用效果最好,且其高浓度STF的起始粘度较低,剪切增稠作用显著,更适用于STF-高性能纤维织物等柔性防护材料的制备。     

剪切增稠液体的制备及其性能和应用

综述了以纳米二氧化硅/聚乙二醇(SiO2/PEG)分散体系为代表的剪切增稠液体的制备及其表征和应用情况。表明这些体系在低剪切速率下出现剪切变稀现象,而在高剪切速率下会出现剪切增稠现象,适用于防弹、减震等应用方面材料,特别在个体防护方面有很重要的应用。指出剪切增稠液体与芳纶织物复合的防弹材料在保持穿着舒适性和灵活性的前提下,比纯芳纶织物有更好的防护效果。此外还有纳米碳酸钙/聚乙二醇(CaCO3/PEG)分散体系等也是剪切增稠液体。     

不同体系剪切增稠液体的流变行为研究

剪切增稠液体是指其表观粘度随剪切速率增加而变大的一类流体。工业生产中,剪切增稠的出现会阻碍输送管道,破坏生产设备。针对这种情况,人们对如何降低流体粘度造成的不利影响进行了大量研究。另一方面,剪切增稠液体是“液体防弹材料”的关键组成部分,并且在减震、控制方面也具有可观的应用潜力。该文采用原生粒径为50 nm 的SiO2和80～100 nm 的 CaCO3分别作为分散相,聚乙二醇（PEG）200为分散介质,采用超声分散法制备得到不同固含量的剪切增稠液。并通过纳米粒度仪和扫描电镜对分散相粒子团聚情况进行分析;通过应力控制流变仪分别对 SiO2/PEG200和 CaCO3/PEG200悬浮分散体系的稳态流变性能进行分析。结果表明,两种体系试样在测试中均出现剪切增稠现象,并且分散相质量分数越高,剪切增稠效果越明显;而高质量分数的 SiO2/PEG200体系的粘度变化范围更大,增稠现象更为明显。     

STF微胶囊增韧PP

以聚丙二醇600(PPG 600)为液体分散介质,以纳米二氧化硅(nano-Si O_2)为分散相粒子制备PPG 600体系的剪切增稠流体(PPG-STF),并对其进行包裹得到芯材为PPG-STF的微胶囊。在此基础上,将PPG-STF微胶囊与聚丙烯(PP)熔融共混,通过PPG-STF的剪切增稠特性对PP进行增韧。研究了PPG-STF的流变性能、PPG-STF微胶囊的粒径分布和表观形貌,以及PPG-STF微胶囊对PP的增韧效果及其作用机理。结果表明:PPG-STF在大于1 Hz的振荡频率下具有明显的增稠效应;PPG-STF微胶囊增韧PP的冲击强度最大可达到纯PP的3.5倍。     

剪切速率和温度对低水胶比水泥浆流变性能的影响

水泥浆体的流变性能不仅与材料本身有关,还受环境及外部作用影响。本文针对水泥基材料实际工程中存在的主要外部影响因素,即剪切作用与环境温度,研究了两者对低水胶比水泥浆流变性能的耦合作用。结果表明:水泥浆体在剪切过程中的流变行为与所施加的预剪切有关,水泥浆体的屈服应力随预剪切速率的增大而减小,剪切增稠的程度随预剪切速率的增大而增大;温度升高,水泥颗粒对减水剂的吸附量增加,浆体在不同剪切速率下的平衡表观黏度减小;温度和剪切速率对水泥浆平衡表观黏度的影响具有耦合效应,剪切速率越高,温度的影响越小,反之亦然,并建立了不同温度和剪切速率下平衡表观黏度的数学关系。     

纳米SiO_2/[BMIm]BF_4剪切增稠液的制备及性能研究

合成了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([BMIm]BF4),考察了浓度、温度、频率对纳米SiO2/[BMIm]BF4分散体系流变性能和粘弹性能的影响。结果表明,SiO2/[BMIm]BF4分散体系表现出剪切增稠特性,且随SiO2固相含量增加、体系温度降低,其剪切增稠效果更加明显;SiO2/[BMIm]BF4分散体系的损耗模量(G″)始终大于储能模量(G'),为耗散体系,且随SiO2固相含量和角频率的增加、温度的降低,G″、G'增加。相比PEG400作为分散介质,[BMIm]BF4具有更加突出的剪切增稠特性。     

纳米SiO_2/[BMIm]BF_4剪切增稠液的制备及性能研究

合成了1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体([BMIm]BF4),考察了浓度、温度、频率对纳米SiO2/[BMIm]BF4分散体系流变性能和粘弹性能的影响。结果表明,SiO2/[BMIm]BF4分散体系表现出剪切增稠特性,且随SiO2固相含量增加、体系温度降低,其剪切增稠效果更加明显;SiO2/[BMIm]BF4分散体系的损耗模量(G″)始终大于储能模量(G'),为耗散体系,且随SiO2固相含量和角频率的增加、温度的降低,G″、G'增加。相比PEG400作为分散介质,[BMIm]BF4具有更加突出的剪切增稠特性。     

不同种类增稠剂对香波体系流变性能的影响

本文主要研究了在以脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸铵(ALES)为主表面活性剂的香波体系中,表面活性剂、无机盐及水溶性聚合物等增稠剂对产品流变特性的影响.结果表明,除以表面活性剂增稠的体系外,无机盐与水溶性聚合物增稠的体系在低温时均有屈服应力存在.非离子表面活性剂增稠的体系,在5～40℃之间表现出相似的流变特性,在较高的剪切速率下剪切变稀性能比较明显;无机盐NaCl增稠的体系,在低温下比单靠表面活性剂增稠的体系具有更好的剪切变稀性能,但在较高的温度下,基本表现为牛顿流体特性;而水溶性聚合物羟乙基纤维素在香波体系中,不仅增稠作用不明显,对产品流变性的改变也不大;聚丙烯酸类聚合物A2在ALES体系中,在较低的温度(5℃)下,有较高的表观粘度,而在40℃时,粘度较低,没有屈服应力存在,不利于产品在高温时的稳定性.     

PVC通信电缆绝缘料流变行为的研究

本文采用毛细管流变仪对聚氯乙烯电缆料的加工流变性能进行了研究，分析并讨论了影响ＰＶＣ流变性能的各种因素。结果表明：在试验温度下，增塑ＰＶＣ的剪切应力均随剪切速率的增加而增大，但当剪切速率增加到一定程度后，剪切速率对剪切应力的影响变小；改性剂ＰＭ－１的加入可以大大降低在相同剪切速率下的剪切应力。改性剂ＰＭ－１使电缆料的剪切敏感性减小，牛顿性增强。虽然ＰＭ－１不能改变临界剪切应力值，但却使当临界剪切应力相应的熔体粘度减小，即临界剪切速率增大，这在实际生产过程中是十分有用的，即可以提高挤出速度而不致于产生熔体破裂。分子量减小，熔体表观粘度明显减小。熔体表观粘度随温度的升高而逐渐减小。     

基于稳态流变测试的水泥浆体剪切模式研究

采用RHEORIAB QC型旋转黏度计测定不同剪切方式下水泥浆体稳态流变曲线,并用修正宾汉姆流变模型对其进行拟合,研究了剪切方式对水泥浆体稳态流变测试的影响.结果表明:预剪切对水泥浆体动态屈服应力和塑性黏度影响不大.恒定剪切变形速率小于、等于、大于、偏大于水泥浆体结构抗剪切破坏能力时,剪切应力随时间分别先线性增加接着保持同一值、直接保持恒定值、先减小接着保持同一值、轻微增加后达到平衡.随剪切速率增加,水泥浆体在0.1～100 s-1、100～400 s-1、400～600 s-1三个区段依次呈现出剪切变稀、宾汉姆流体、剪切增稠的流变行为.剪切速率变化范围向剪切变稀或剪切增稠段移动,水泥浆体动态屈服应力减小、塑性黏度增大;单个剪切速率的剪切时间越长,水泥浆体动态屈服应力、塑性黏度均越小.