纳米SiO2/聚乙二醇复合体系剪切增稠特性与机制

为分析纳米固体颗粒在剪切增稠液体(STF)稠化过程中的影响及其在中低速稳态剪切和高速动态冲击环境下发挥的作用,以纳米SiO2和聚乙二醇(PEG 200)作为分散相和连续相,以不同含量的纳米石墨和纳米金刚石颗粒为添加剂,制备STF.研究样品的摩擦系数曲线和不同温度下的流变特性,以临界剪切速率、稠化区间长度和增稠比为指标依...     

剪切增稠液及其复合材料

剪切增稠液以其独有的剪切增稠效应引起了研究者的关注,以其为增强体开发的复合材料显著增强了基体材料的抗冲击性能。首先综述了剪切增稠液的基本性质、影响剪切增稠行为的因素、新型剪切增稠液体系和不同剪切增稠体系的增稠机理,然后概述了基于剪切增稠液制备的复合材料在防弹防割刺、抗冲击和夹层结构等领域的应用,并对其作用机理进行了阐述,最后展望了剪切增稠液及其复合材料的发展。     

剪切增稠液及阻尼器性能研究

以聚苯乙烯-丙烯酸乙酯纳米粒子为分散介质,制备剪切增稠液（Shear Thickening Fluid, STF）,研究以STF为工作介质的双出杆式阻尼器动态性能,利用流变仪测量STF流变特性。实验结果显示,STF粘度特性曲线呈现明显非线性：低剪切速率时轻微剪切变稀（shear thinning）;达临界剪切速率后剪切增稠（shear thickening）。利用MTS对阻尼器进行不同频率、不同振幅加载条件下的动态测试,结果表明,阻尼器工作在STF剪切增稠区间时,STF粘度急剧增加,储能模量、耗能模量迅速增大,阻尼器输出力跃升,表现出巨大的吸收及耗能能力。采用以有效刚度、有效粘滞阻尼建立线性模型,定性评价STF阻尼器的弹性特性、阻尼特性。     

硅微粉对剪切增稠液流变性能的影响

以聚乙二醇为分散介质,二氧化硅作为第一分散相粒子,硅微粉作为第二分散相粒子制备增稠效果显著的新型复合剪切增稠液(STF)。基于PEG—SiO2基础体系,研究不同比例第二分散相粒子对新型体系的流变性能的影响并探讨其作用机理。结果表明:随着添加硅微粉含量的增加,剪切增稠效果大幅提升,临界剪切速率变小,最大黏度上升。但当第二分散相粒子比例达到3%后,临界剪切速率和最大黏度受其影响变小,其相应数值始终保持在0.21/s和2000Pa·s左右,外观由接近透明变得偏向灰色。     

不同分子量PEG对剪切增稠液体流变性能的影响

将两种不同分子量的聚乙二醇(PEG200,PEG600)作为剪切增稠液体的分散介质,按不同比例进行复配,制备剪切增稠液并在透射电镜中进行观察,同时对几种不同的剪切增稠液进行流变性能测试。比较了不同分子量的分散介质对剪切增稠液流变性能的影响,包括稳态流变性能以及动态流变性能。研究得出,分散相粒子质量分数相同的情况下,适当提高分散介质的分子量对剪切增稠液体的流变性能有积极的影响,在较小的冲击力下,STF体系便能发生剪切增稠效应。     

剪切增稠胶/碳酸钙复合材料的制备及其抗冲击性能研究

为了提升人体防护装备的轻便性和灵活性,以剪切增稠胶(STG)为基体,并用纳米CaCO₃对其进行补强,制备了缓冲吸能性能优异的剪切增稠STG/CaCO₃复合材料,研究了CaCO₃含量和粒径对STG剪切增稠性能的影响。结果表明:添加CaCO₃后复合材料的最大储能模量比未添加时增加455%;添加的CaCO₃粒径越小,复合材料的剪切增稠性能越优异。通过落锤冲击实验表征了复合材料的抗冲击性能,CaCO₃的填充可使复合材料在具有最小变形量的情况下吸收更多的冲击力。探究了STG剪切增稠和CaCO₃补强的作用机理,指出剪切增稠现象是由交联键的形成和分子链的缠结作用产生的,CaCO₃通过吸能阻裂,分散冲击力产生补强作用。     

剪切增稠凝胶/环氧树脂复合材料的制备及性能研究

剪切增稠凝胶(STG)是近年来引起人们极大研究兴趣的一种剪切增稠材料,表现出冲击硬化效应.将STG与环氧树脂材料进行复合,获得一种强度更高的STG增强环氧树脂材料,一方面解决剪切增稠材料在实际过程中的冷流问题,另一方面通过高分子聚合物与剪切增稠凝胶材料的耦合作用,进一步改善环氧树脂的脆性以抗冲击防护性能.采用热分析表征样品的热稳定性;采用电子万能材料试验机对复合材料进行了多重拉伸速率的拉伸力学性能测试;采用扫描电子显微镜对材料进行微观结构观察.     

剪切增稠液体对织物防刺性能的影响

制备了剪切增稠液体(STF)并对其稳态和动态流变性能进行了研究,发现体系具有明显的剪切增稠现象,用粒子簇生成机理能较好地解释这种现象。为降低成本,暂选用普通玻纤织物作为载体,制备出STF-玻纤织物,并将其和纯玻纤织物进行准静态防刺试验。结果表明在面密度相同的情况下,剪切增稠液体的使用能有效提高玻纤织物的防刺性能,使其顶破强力比未处理时高28.14%。     

Low-velocity penetration damage of Kevlar woven fabrics impregnated with shear thickening fluid penetrated with different tups

Abstract

Low-velocity penetration damage behaviors of Kevlar woven fabrics impregnated with shear thickening fluid (STF) were investigated. Cone-shaped tup (CST) and hemispheric tup (HST) were employed to penetrate fabric/STF composites with the velocities of 1.5 m/s and 3.0 m/s under drop-weight tests. The fabric impregnated with 3:1 diluted volume ratio has the highest energy absorption and the lowest deformation. The peak load and energy absorption under HST penetration at 3.0 m/s are 2.0?kN and 36.7 J, which are higher than the CST penetration. Energy absorption increment under HST penetration at 3.0 m/s is 61.76% while 117.88% for CST penetration.     

The effect of silicon carbide additives on the stab resistance of shear thickening fluid treated fabrics

Applications of shear thickening fluids (STFs) with ballistic fabrics improve the protection performance of body protective systems. This article presents an innovative view of STF-impregnated ballistic fabrics by integrating silicon carbide (SiC) particles into targets. In this study, SiC particles were added into silica-based STFs, and Twaron fabrics were impregnated with this novel suspension. The effect of the SiC particles in the STFs was investigated with rheological testing. The results show that SiC particles are able to increase the viscosity profile of the suspension. In the stab testing, two types of impactors, such as spikes and knives, were dropped on the composite targets. According to the results, SiC particles enhance the protection performance of the STF-treated ballistic fabrics while keeping the flexibility.     

亚微米级SiO_2微球对抗撞击材料剪切增稠液的影响

采用改进的溶胶-凝胶法制备出平均粒径为150,180,200和250 nm的SiO2微球,反应温度为20~50℃,正硅酸乙酯浓度为0.2~0.3 mol/L,反应后添加0.02%~0.04%(体积分数)的硅烷偶联剂KH-570,再通过球磨将亚微米级SiO2均匀分散到PEG(聚乙二醇)中,获得相应的抗撞击体系。利用TEM、XRD、Physica MCR301型流变仪分别对不同粒径的SiO2微球的粒度分布、结构以及流变性能进行测试,结果表明,粒径为200 nm的SiO2微球制备的抗撞击体系粒度分布均匀,为非晶结构,并且表现出很好的剪切增稠现象。     

复配型剪切增稠液体对非织造织物防刺性能的影响

引入＂复配＂的概念,制备出不同复配方式的剪切增稠液体（STF）,并将该复配型STF对超高分子量无纺布进行处理,通过对STF无纺布的复合材料进行扫描电镜形貌分析以及静态防刺实验,来对复合织物的防刺性能进行研究。主要阐述了不同分子量分散介质（PEG200、PEG600）复配后的剪切增稠液与无纺布织物复合后对复合材料防刺性能的影响,发现采用不同分子量分散介质较单一分子量分散介质的STF无纺布复合织物的防刺性能好,采用复配分散介质的方式对剪切增稠液体在防刺效果上有一定程度的改善作用,在同等单位质量的情况下,此复配方式可将复合材料的防刺性能提高7.13%。     

剪切增稠流体增强尼龙纤维织物的防刺性能

研究了SiO2/PEG剪切增稠流体对尼龙纤维织物防刺性能的影响.研究结果表明,固相体积分数为10％的SiO2/PEG 400分散体系,具有典型的剪切增稠特性.经过SiO2/PEG 400剪切增稠流体处理的复合防刺纤维织物的防刺性能优于普通尼龙纤维织物.对纤维织物的显微损伤机制的研究表明,剪切增稠流体使尼龙纤维实现强化粘...     

低收缩块状PMMA/SiO_2杂化材料制备及性能表征

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、正硅酸乙酯(TEOS)和硅烷偶联剂(MPMS)为原料,采用溶胶-凝胶法制备出低收缩、具有良好光学性能的PMMA/SiO2杂化材料。通过透射电子显微镜、差热分析、红外吸收光谱和紫外光-可见分光光度计表征了杂化材料的微观形貌、热性能和透明性。结果表明材料的网络结构相对比较均匀,在可见光波长范围内材料均一性好;有机相和无机相之间是通过共价键相互连接的,没有出现有机相、无机相分离现象;杂化材料的透光率约90%。     

温敏凝胶流变性能动力学研究

应用动态流变实验测定了温敏共聚物的流体特性,分析其在溶胶-凝胶转变过程共聚物溶液随温度变化形成凝胶机理。以室内合成的四元共聚物溶液为基础,采用动态流变实验测定了该共聚物溶液在不同温度、浓度下的剪切模量和损耗模量的变化,确定了凝胶特性,并与试管倒置法比较了凝胶温度。实验结果表明,临界温度为143℃,在一定浓度下(高于接触浓度C*),低于此温度共聚物溶液具有一般粘性流体特性;高于此温度可形成凝胶网络结构;溶液在测试温度(65～240℃)内,其损耗角从56.27°逐渐变为31.04°,溶液体系从粘性流体逐渐到粘弹性流体过渡;说明该溶液在一定浓度下具有温敏特性。     

新型PU-DR19-SiO2纳米复合材料的制备和表征

利用溶胶-凝胶法将硅烷染料、含硅氧烷的非线性聚氨酯与TEOS共水解-缩合首先制备了新型PU-DR19-SiO2纳米复合材料,并用IR、SEM、TEM、UV-vis和DSC-TGA对其结构和性能进行了表征.结果显示:材料中有机相与无机相以共价键相连,没有发生相分离,且其中非线性较好的DR19生色团含量和材料的Tg都较纯NLO/PU有显著增加,可以用来制备性能优良的二阶非线性光学器件.     

单分散棒状SnO2纳米单晶的制备及表征

以SnCl4·5H2O为主要原料,盐酸为抑制剂,采用压力-热晶法,在300～330℃成功地制备出单分散、高结晶度、结构稳定的氧化锡纳米棒,并用透射电子显微镜、X射线衍射等技术手段对氧化锡纳米单晶的结构和形貌进行表征.表征结果显示,制得的SnO2单晶具有棒状外观结构,其直径和长度分别为20～100nm、50～400nm.实验还考察了反应预压和盐酸浓度对产物结构和形貌的影响,实验结果表明,增加预压和适当的酸度都有利于四方晶型氧化锡单晶的形成.而且样品经900℃高温烧结,其形貌和尺寸基本不变.