剪切增稠液微胶囊的制备与性能研究

本研究以壳聚糖材料为壁材,剪切增稠液(STF)为芯材,通过单凝聚法制备了STF微胶囊(STF MCs)。通过单因素实验研究,确定了微胶囊的制备工艺参数:司盘80(Span 80)与吐温80(Tween 80)作为分散剂,复配比例为3∶1;乳化剂用量为11%,核壳比为2∶1,搅拌速度为600 r/min,反应温度为60℃;体系的油水比为1∶2。在此条件下制得的STF MCs呈较为规整的球形,粒径分布较为均匀,且主要集中在3μm左右。结果表明,碳纳米管的引入有效改善了STF的流变性能。掺杂CNTs的STF体系具有更小临界剪切速率,更快的黏度突变,并且峰值黏度增加近一倍;芯材和微胶囊乳液的红外光谱大部分都一致,表明壳聚糖成功吸附在芯材液滴表面,实现了对STF的包封。壁材对芯材STF起到了保护作用,提升了芯材STF的热稳定性。

剪切增稠液及其复合材料的研究进展

剪切增稠液(STF)作为新一代智能耗能材料广泛应用于抗刺扎、抗冲击和阻尼减振等领域。介绍STF的特性和剪切增稠机理,综述STF复合材料的制备方式,包括浸渍或喷涂、夹层或填充、共混以及胶囊化;分析STF复合材料的抗刺扎性能、抗冲击性能、阻尼减振性能与应用。建议进一步探索STF的剪切增稠机理,研发对环境不敏感、长使用寿命、可在高冲击速率下应用、磁流变性或电流变性的STF复合材料。

剪切增稠液增强高发泡率废纸缓冲材料的制备及性能

随着经济的快速增长和人们环保意识的不断增强,植物纤维类环保型发泡缓冲材料逐渐成为研究热点。为改善植物纤维发泡材料发泡率低、缓冲吸能效果差等问题,本研究设计半密闭型发泡模具,成功制备了具有高发泡率和优异吸能性的废纸缓冲材料并对制备工艺进行了优化。结果表明:使用质量分数为0.5%的氢氧化钠溶液预处理废纸浆,不仅可以有效去除废纸中的杂质,而且能在不降低纤维长度的情况下对废纸纤维进行适当改性,有利于提高废纸缓冲材料的发泡率和整体性能。以正交优化试验研究原料配比对废纸缓冲材料性能的影响,并据此确定了最优配方。通过设计全新半密闭型发泡模具,成功制备高发泡率的废纸缓冲材料,其膨胀率相较传统制备方式提高了3~4倍。本研究首次引入剪切增稠液(STF)增强废纸纤维,考察了STF含量对废纸缓冲材料力学性能、发泡倍率和回弹性能的影响,分析了STF对废纸缓冲材料的增强机理。结果表明:STF能够提高单根废纸纤维的强度并增强纤维之间的连结,从而提升缓冲材料吸能性,且随着STF含量的增加,材料的吸能性逐渐增强,发泡率逐渐降低,当STF含量为10%(质量分数,下同)时,STF增强废纸缓冲材料的综合性能达到最优。

SiO_(2)/聚乙二醇200/碳纳米管剪切增稠液浸渍芳纶织物及其复合材料防刺性能

为优化高性能织物的防刺性能,采用SiO 2和不同长径比的多壁碳纳米管(MWCNTs)制备多相剪切增稠液(MSTFs),研究MWCNTs的长径比与添加量对剪切增稠液流变性能的影响及MSTFs芳纶复合织物的防刺性能。之后将MSTFs复合织物与碳化硅/聚氨酯(SiC/TPU)涂层织物叠层制备双层防刺复合材料,探究叠层顺序对层合复合材料抗穿刺性能的影响。结果得出:长径比较大的碳纳米管对提高剪切增稠液(STF)的增稠效果更优;随着碳纳米管含量的增加,剪切增稠效果逐渐增强。实验结果表明:MSTFs(0.4%MWCNTs-A)浸渍芳纶织物的最大穿刺载荷较纯STF浸渍芳纶织物提高154.33%;不同叠层结构中以剪切增稠液浸渍织物为面层、SiC/TPU涂层织物为背层的双层复合织物表现出更优的防刺性能。

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。

剪切增稠液及其吸能减振作用研究进展

目的 研究剪切增稠液(Shear Thickening Fluid, STF)及其吸能减振方面的应用,为实现更好的结构振动控制效果提供参考。方法 通过文献调查法和文献研究法,系统综述了剪切增稠液及其在吸能减振方面的应用,并重点介绍了在STF制备开发中实现复合功能所面临的挑战,如STF增稠机理需要完善、STF功能开发范围较为单一、STF振动控制应用有待拓展等。结果 剪切增稠液作为一种新兴的高阻尼智能材料,在材料制备、性能调控、成因机理和应用开发等方面取得了丰硕的研究成果;将剪切增稠液替代传统黏滞阻尼器的阻尼介质,可以显著提高黏滞阻尼器的耗能减振能力,也可用于隔震系统中以缓解隔震层的变形,从而有效保障结构抗震的安全性。结论 为进一步拓展STF的实用性,建议研究热点应更多关注功能化STF组分的引入以及与其他智能材料的复合应用,开发出具有复合功能的STF,便于更好地应用于实际项目或在结构构件中发挥其作用。

基于MOF-801的高性能剪切增稠液的制备及防护性能研究

航空服作为保护飞行员安全的重要个人防护设备,一直在不断改进和升级。如何在保证飞行员生命健康的前提下,实现航空服穿戴舒适化和轻质化,一直都是一个亟须解决的问题。剪切增稠液是一种新型智能材料,其具有独特的非牛顿流体特性,可有效吸收外来冲击从而实现缓冲效果。然而,现有研究中剪切增稠液体系亟待进一步优化,传统二氧化硅基剪切增稠效应也需要提高。基于此,本文以氯化氧锆为次级构筑单元,富马酸为侨联配体,得到具有高度结晶度和良好热稳定性的MOF-801纳米颗粒。将其与乙二醇溶液通过球磨法制备得到剪切增稠液。该产品表现出优异的剪切增稠性能,在相同质量分数下其性能优于传统二氧化硅基的剪切增稠液。同时,利用激波发生装置,研究发现剪切增稠液在超高速激波作用下,同样表现出由液体向固体的转变。最后,通过稀释后抽滤方法,将剪切增稠液与天然皮革紧密复合,所得复合结构表现出良好的能量耗散特性和缓冲减震特点。MOF-801基剪切增稠液不仅具有优异的剪切增稠性能,也为新一代防护服的仿生轻质化设计提供了新的方向。

基于剪切增稠液的耗能器设计与性能分析

为增强非结构构件的抗振性能,文中基于约束阻尼形式以及新型阻尼材料STF,提出一种贴附式夹层耗能器。文中介绍耗能器的构造及工作原理并通过STF的增稠机理解释其减振耗能的可行性;其次通过数值模拟的方式研究耗能器中STF夹层厚度对其耗能性能的影响,得出在非结构构件的振动频率不同时,耗能器应选择适宜的夹层厚度,为非结构构件耗能减振提供了新思路。

成分比例和温度调控对剪切增稠液流变性能的影响

以粒径为350 nm的二氧化硅和聚乙二醇200为原料,通过球磨的方式将不同比例的二氧化硅和聚乙二醇进行充分混合后得到剪切增稠液,并从剪切应力、剪切速率与黏度方面分析剪切增稠液的流变特性,研究二氧化硅质量分数和温度对黏度的影响.结果表明,在一定范围内,随着纳米二氧化硅含量增加和温度的降低,剪切增稠液的整体黏度逐渐增加,临界剪切速率逐渐减小,更易触发剪切增稠机制.

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。

剪切增稠抛光磨料液的制备及其抛光特性

为了实现对工件的剪切增稠抛光(STP),采用机械混合与超声波分散法制备了一种Al2O3基STP磨料液,并研究了它们的抛光特性。利用应力控制流变仪考察其流变性能,通过扫描电镜和光学轮廓仪研究了单晶硅加工后表面显微组织的变化,并测量其表面粗糙度。结果表明:STP磨料液具有剪切变稀和可逆的剪切增稠特性,达到临界剪切速率后,会形成Al2O3"粒子簇";当剪切速率增大至1000s-1,储能模量,耗能模量和耗散因子都增至最大值,此时主要表现为类似固体的弹性行为,有利于形成类似"柔性固着磨具"。在STP加工单晶硅过程中,采用塑性去除的材料去除方式。随着抛光时间的延长,硅片去除速率先增大后减小;表面粗糙度不断减小并趋于稳定。实验显示,磨粒浓度不宜过高,否则会因剪切增稠效应造成黏度过大,导致流动性差而影响抛光质量。当Al2O3质量分数为23%时,抛光25min后,硅片表面粗糙度Ra由422.62nm降至2.46nm,去除速率达0.88μm/min,表明其能实现单晶硅片的高效精密抛光。

添加剂的含量和分子链长对剪切增稠液性能的影响

将二氧化硅颗粒和不同分子链长添加剂颗粒分散到聚乙二醇分散介质中制得剪切增稠液样品，研究了添加剂的不同含量和不同分子链长对剪切增稠液流变性能的影响．对其流变特性的研究表明，随着添加剂含量的增加和分子链长的增长，样品的剪切增稠效应增强明显，并用大粒子簇的形成对增强机理给出了合理的解释．

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。

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。

剪切增稠液体增强织物防刺性能的机理研究

制备出质量分数分别为20%和26%的剪切增稠液体(STF),研究了其流变性能、浸渍UHMWPE织物后所得的复合材料在不同条件下的防刺性能和STF增强织物防刺性能的机理.结果表明:2种液体均具有先剪切变稀后剪切增稠的流变性能曲线;由于STF具有钝化刀具和限制织物纱线或纤维移动的作用,能明显增强UHMWPE织物的防刺性能;STF/UHMWPE无纺布复合材料的防刺性能优于STF/UHMWPE机织布复合材料;随着STF固含量的增大,STF增强织物防刺性能的效果更加显著;STF/UHMWPE复合材料与纯UHMWPE复合铺层的防刺性能优于STF/UHMWPE复合材料单独铺层时的防刺性能,而且STF/UHMWPE复合材料放在最上层效果较好.

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。

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。