2D、3D织物结构对STF/UHMWPE复合材料高速冲击性能影响的研究

为了探究2D、3D织物结构对剪切增稠液体(STF)/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料高速冲击性能的影响,分别使用2D UHMWPE织物和3D UHMWPE织物与STF复合,制备STF/UHMWPE复合材料,再分别与UD布结合制备3组靶样。A组为纯UD布靶样;B组为UD布STF/UHMWPE(2D)复合材料靶样;C组为UD布STF/UHMWPE(3D)复合材料靶样,并对3组靶样进行高速冲击实验。实验结果表明:STF/UHMWPE(2D)复合材料在高速冲击实验中性能更好,复合材料在径向上吸收能量的能力强于纵向。

STF/UHMWPE复合材料的高速冲击性能

本文将分散相粒子纳米球形SiO2在一定分散条件下均匀分散在介质PEG200和PEG400中,制备剪切增稠液(STF),然后通过浸轧的方式将STF与二维超高分子量聚乙烯(UHMWPE)织物相结合制备STF/UHMWPE复合材料。为探究STF/UHMWPE复合材料的抗冲击性能,以UD布为基材制靶样,分别为纯UD布靶样,UD布二维织物靶样和UD布STF/UHMWPE复合材料靶样,为减小实验误差,每种靶样设计三个相同组份的样品。利用高速冲击试验测试三组不同靶样的抗高速冲击性能,通过比较高速冲击后靶样的凹陷深度和最大凹陷直径,得到STF/UHMWPE复合材料的抗冲击性能。结果表明,UD布STF复合二维UHMWPE织物靶样比纯UD布靶样凹陷最大直径减小37.68%,凹陷深度减小10.13%,UD布STF/UHMWPE复合材料靶样抗高速冲击性能最好;STF在高速冲击试验过程中可以有效地吸收冲击能量。

浸轧压力对STF-Kevlar织物高速冲击性能影响研究

为研究浸轧压力对剪切增稠液体(STF)增强Kevlar织物高速冲击性能的影响,分别采用50 kPa, 100kPa, 200kPa的压力浸轧STF-Kevlar织物,并使用钛合金模拟叶片弹体开展打靶试验。研究结果表明:STF表现出明显的剪切增稠现象,增稠范围为169~1 500 s^(-1),增稠比为56.4;Kevlar织物浸渍STF后,二氧化硅(SiO_(2))纳米粒子均匀附着在纤维表面;浸轧压力的增加使STF-Kevlar织物的质量增加率降低;STF-Kevlar织物的能量吸收较纯Kevlar织物高29.4%,但其弹道性能指数(BPI)低于纯Kevlar;浸轧后STF-Kevlar织物的能量吸收高于纯Kevlar织物,但低于未浸轧STF-Kevlar织物;在100 kPa的浸轧压力下,STF-Kevlar织物的单位面密度吸收的能量最高;STF-Kevlar织物能量吸收的变化趋势与织物极限变形高度的变化一致。

STF/abs稀释比例对STF/UHMWPE材料高速冲击性能的影响

研究了剪切增稠液(STF)不同稀释比对STF/UHMWPE材料抗高速冲击性能的影响。按照V(剪切增稠液)∶V(无水乙醇)(abs)=1∶1、1∶2、1∶3、1∶4对STF稀释,制备4组STF/UHMWPE材料靶样,利用扫描电镜(SEM)分别观察织物复合前后和材料断裂处纤维表面形态。利用高速冲击实验测试4组靶样的高速冲击性能。实验结果表明,剪切增稠行为发生在材料断裂处;剪切增稠液与无水乙醇体积比为1∶3的STF/UHMWPE材料高速冲击性能最好。

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。

STF/Kevlar复合材料的制备与冲击撕裂性能

以纳米SiO_2粉体为分散相、PEG为分散介质,制备剪切增稠液体(STF),采用涂层法制备STF/Kevlar复合材料,并对其在摆锤冲击条件下的冲击撕裂性能进行测试和分析。试验结果表明,PEG的平均相对分子质量增加有利于提高STF/Kevlar复合材料的冲击撕裂性能,但制备STF时纳米SiO_2粉体均匀分散在PEG中的难度增加,极易产生团聚现象,导致STF/Kevlar复合材料的冲击撕裂性能下降。同时,随着纳米SiO_2粉体质量分数及STF质量分数增加,STF/Kevlar复合材料的冲击撕裂性能呈现提升趋势。

Application Prospect of STF Technology in Braking Field

Brake device is applied widely, its purpose is to make the mechanical movement to stop or reduce the speed of a device. This paper introduces a new brake principle, which can significantly improve the shortcomings of the existing each kind of brake. The in-depth analysis on application advantages in the field of brake and the factors influencing the performance, and its application in the field of brake research are prospected.

剪切增稠液及其复合织物动态力学行为与数值研究进展

剪切增稠液(shear thickening fluids,STFs)是一种新型智能液体装甲材料,与织物复合时可有效提升织物抗冲击能力,在结构冲击领域有广阔的应用潜力。该研究对STF及其增强织物的动态力学行为与数值仿真方法最新进展进行了综述和评价,介绍了STF剪切增稠机理及流变特性的主要影响因素,讨论了STF和STF复合织物的动态力学行为及本构模型,分析了STF复合织物的抗冲击性能的影响因素及STF对织物的增强机理,讨论了STF复合织物在数值仿真方法研究方面的最新进展。最后对STF及其增强织物的力学行为研究进行了总结,并对STF的发展趋势进行了展望。

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。

剪切增稠液体在防刺材料中的应用研究

制备出质量分数为22%的剪切增稠液体(STF)并对其稳态和动态流变性能进行研究,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。用STF处理不同经纬密的芳纶,制备出STF-复合织物,并对其和纯芳纶织物进行准静态防刺试验。结果表明,剪切增稠液体的使用能够有效地增强芳纶织物的防刺性能,但经纬密小的提高的更多,在相同的面密度下,顶破强力分别提高了7.66%和170.84%。

剪切增稠液的制备及其在涤纶织物中的应用

文章以直径为12 nm的SiO_2粒子作为分散相,PEG 200作为分散介质,通过机械搅拌和超声振荡的方法分别制备出20%、22%、24%、26%、28%五种质量分数的剪切增稠液(STF)体系。并对纳米SiO_2粒子的外观形貌及团聚情况、STF的稳态流变性能进行了测试,并将STF与涤纶织物复合进行防刺实验。结果表明,纳米SiO_2粒子的团聚现象明显,部分团聚体呈现网状结构;STF的黏度随着剪切速率的增加呈现先变稀、再增稠的现象,表现为非牛顿流体特性;STF的临界黏度随着纳米SiO_2粒子浓度的增加而增加;STF有利于提高涤纶织物的防刺性能。

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%。

纳米材料在防弹衣上的应用

简单介绍防弹衣的重要性以及防弹衣材料的发展历程;阐述了剪切增稠液体(STF)特点以及STF-Kevlar织物的制备方法、防护机理;并指出其应用发展方向。

剪切增稠液流变性能的影响因素研究

分别以直径85nm、700nm的纳米SiO2粒子作为分散相,PEG200、PEG400、PEG600作为分散介质,通过超声波震荡和机械搅拌的方式制备不同黏度的剪切增稠液(STF)。采用JEM-2100HR型透射电镜观察纳米SiO2粒子的外观形貌,利用Nano-ZS90型粒径分析仪测试纳米SiO2粒子的直径及分布,采用MCR302型流变仪测试STF的稳态流变性能。结果表明,直径85nm的纳米SiO2粒子易团聚,直径700nm的纳米SiO2粒子不易团聚。在一定剪切速率范围内,STF体系的黏度随着剪切速率的增加呈现出"先变稀再增稠"的现象。STF体系的初始黏度、突变黏度、最大黏度均随着纳米SiO2粒子质量分数或PEG分子量的增加而增加;STF体系的突变剪切速率则随着纳米SiO2粒子质量分数或PEG分子量的增加而下降。

不同粒径剪切增稠液的制备及流变性能研究

分别以直径12nm、2μm的SiO_2作为分散相,聚乙二醇-200(PEG-200)作为分散介质,通过机械和超声震荡的方式制备不同体系的剪切增稠液(STF)。采用透射电镜观察纳米SiO_2粒子的外观形貌及团聚情况,采用流变仪测试STF的稳态流变性能。结果表明:直径12nm的SiO_2粒子团聚现象明显,直径2μm的SiO_2粒子没有团聚现象;STF黏度随着剪切速率的增加呈现先变稀、再增稠的现象,表现为非牛顿流体特性;随着纳米SiO_2含量的增加,STF的临界黏度随之增加,而临界剪切速率则随之下降;直径12nm的SiO_2粒子制备的STF体系剪切增稠效果好于2μm。

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%。

剪切增稠液及其在抗冲击缓冲方面研究进展

剪切增稠液作为一种非牛顿流体,其独特的“流-固”转化流变性能引起了科学界广泛关注。近年来,将其应用到抗冲击缓冲领域更是成为了研究热点。但是,剪切增稠的机理和流变性能的控制仍有待于进一步探索。剪切增稠装备的工业化生产与相关器件的有效开发成为当前研究难点和挑战。重点对剪切增稠机理和性能进行综述分析,并综述了目前应用到防护、缓冲领域的最新研究进展,为开发新型抗冲击缓冲材料提供启示。

剪切增稠流体在低速冲击防护中的应用研究

剪切增稠流体(Shear thickening fluid,简称STF)更多的是运用在防弹和防刺等方面,在低速冲击方面的应用国内少有报道。从分析剪切增稠流体的性能入手,研究低速冲击对材料与人体的损伤,探讨剪切增稠流体在低速冲击防护上的应用;提出设计冲击防护材料不仅要能吸收和分散冲击能量,而且还应具有缓冲和减震能力;认为STF-复合材料兼有抗冲击防护性能与衣着舒适性,使用其研制低速防护产品具有广阔的应用前景。

剪切增稠液复合三维织物抗高速冲击性能的研究

制备剪切增稠液,通过透射电镜图观察分散相粒子在STF系中的形貌结构和分散状况,利用稳态流变测试来分析STF的流变性能和剪切增稠机理。将STF与UHMWPE三维织物在一定工艺条件下复合,得到STF复合三维织物,分析纯UD布靶样、UD布结合三维织物靶样、UD布结合STF复合三维织物靶样的高速冲击性能。实验结果表明,STF能够有效地增强三维织物的高速冲击性能。

剪切增稠流体运用于低速冲击防护的研究

利用剪切增稠流体与芳纶织物进行复合得到STF-芳纶复合材料,通过低速冲击测试平台对STF-芳纶复合材料与多层纯芳纶织物进行低速冲击对比实验。实验结果表明,在相同冲击能量下,纯芳纶织物的隔冲系数和能量吸收率随织物层数的增加而增大;浸渍剪切增稠流体制得的STF-芳纶复合材料与同质量的纯芳纶织物相比,抗低速冲击性能有明显提高,其表面最大冲击力与剩余冲击力小,隔冲系数与能量吸收率大。增加纯芳纶织物层数和采用浸渍剪切增稠流体的复合材料都能提高抗低速冲击性能,后者效果更明显。