&

剪切增稠流體材料，抗外力防護(hù)的能手

2017-07-04 14:19:49 作者：本網(wǎng)整理來源：中國粉體網(wǎng) 分享至：

導(dǎo)讀

在剪切增稠材料是一種新型功能材料，優(yōu)異的力學(xué)性能使其成為抗外力防護(hù)領(lǐng)域最重要的材料之一。

剪切增稠流體（Shear Thickening Fluid，STF）是由納米粒子分散在高聚物中或長鏈高分子聚合而形成的一種混合流體，由于納米粒子能自由運(yùn)動，因此STF呈液態(tài)；當(dāng)受到迅猛的外來剪切應(yīng)力時，體系黏度驟增，受力區(qū)域呈類固態(tài)，極大地?fù)p耗了外來應(yīng)力的能量。當(dāng)外力撤去后，體系狀態(tài)逐漸恢復(fù)，表現(xiàn)出可逆性質(zhì)。剪切增稠材料是一種新型功能材料，優(yōu)異的力學(xué)性能使其成為抗外力防護(hù)領(lǐng)域最重要的材料之一。

納米粒子／聚合物懸浮體系

這類剪切增稠液是一種具有特殊性能的懸浮體系，主要由納米至微米量級顆粒的分散相和分散介質(zhì)組成。分散相粒子可分為天然存在的礦物質(zhì)和化學(xué)合成的聚合物，如二氧化硅、碳酸鈣、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等。目前，針對此類體系的制備及性能研究工作在整個剪切增稠材料的研究領(lǐng)域所占比重較大。

高分子溶液體系

疏水締合高分子在具有剪切增稠性質(zhì)的高分子體系中，最常見和最具有代表性的是疏水締合型高分子。在接觸濃度C＊（溶液狀與膠狀的分界濃度）附近或者以下，疏水基團(tuán)相互作用締合在一起，導(dǎo)致高分子鏈產(chǎn)生分子內(nèi)或者分子間的聚集，高分子以分子內(nèi)締合為主。在剪切流場中，隨著剪切速率的增加，高分子鏈將被拉伸，導(dǎo)致高分子間形成締合，因此溶液的黏度迅速升高，出現(xiàn)剪切增稠行為。

劣溶劑中的高分子部分劣溶劑雖然缺少疏水性基團(tuán)，但也存在剪切增稠現(xiàn)象，以分子量極大的劣溶劑為主，如聚苯乙烯的十氫化萘溶液、聚異丁烯和聚環(huán)氧乙烷等的乙醇溶液。其剪切增稠機(jī)理通常被認(rèn)為是高分子鏈單元之間由于碰撞誘導(dǎo)出結(jié)構(gòu)的改變，從而表現(xiàn)出增稠的現(xiàn)象。布朗運(yùn)動力學(xué)模型已經(jīng)證明，劣溶劑中的高分子鏈單元碰撞或形成更高級更有序的結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生剪切增稠效果。

主要應(yīng)用領(lǐng)域

“液體盔甲”

近年來，剪切增稠材料主要應(yīng)用于軟體護(hù)具領(lǐng)域，特別是軍工領(lǐng)域。美國特拉華州立大學(xué)物質(zhì)研究中心的Wanger教授通過搭配不同組成的剪切增稠液與Kevlar纖維制成復(fù)合織物，即“液體盔甲”，并測試了復(fù)合織物的防刺性能。實(shí)驗通過對比4層浸潤過2mL EG／SiO2剪切增稠液的Kevlar纖維與10層純Kevlar纖維的防刺能力，結(jié)果表明，前者防刺效果優(yōu)于后者。

抗沖減震領(lǐng)域根據(jù)剪切增稠流體在受到外界沖擊力時局部呈類固態(tài)，從而吸收沖壓能量的特性，其在抗沖減震領(lǐng)域也有著廣泛的應(yīng)用。將剪切增稠材料應(yīng)用于軍隊汽車裝備的減震器或軍工廠機(jī)床的減震器等，不僅攜帶運(yùn)輸便捷，而且很大程度上降低運(yùn)輸生產(chǎn)過程中設(shè)備的損耗。

由于剪切增稠材料優(yōu)異的防護(hù)能力與輕便的特性，其在國防、軍工、汽車、運(yùn)輸、建筑和體育等領(lǐng)域應(yīng)用前景光明。然而國內(nèi)外研究表明，剪切增稠復(fù)合材料的制備標(biāo)準(zhǔn)較高，為了保證最低的臨界剪切力，使剪切增稠材料作為功能相與基體相更高效的結(jié)合，那么其制備工藝尚需進(jìn)一步優(yōu)化，表征手段需綜合多元化，譬如除了通過穩(wěn)態(tài)掃描和一定頻率的振蕩掃描研究STF的流變特性外，鑒于STF的應(yīng)變率敏感性較為顯著，研究其在沖擊加載條件下的力學(xué)響應(yīng)將更能為材料在防護(hù)方面的應(yīng)用提供指導(dǎo)意義。

此外，作為一種常用的軍民兩用承載材料，發(fā)泡材料強(qiáng)度有待提高，綜合剪切增稠材料的特性，如能研發(fā)一種具有剪切增稠效果的發(fā)泡材料，將實(shí)現(xiàn)剪切增稠材料的又一項應(yīng)用性技術(shù)突破。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動態(tài)，我們網(wǎng)站會不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：殷鵬飛

《中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部

電話：010-62313558-806

郵箱：fsfhzy666@163.com

中國腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請第一時間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。