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%。

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%。

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.

不同配制方法下剪切增稠液体的性能表征

本文用原生粒径20 nm、团聚现象严重的纳米SiO2作为分散相,PEG200作为分散介质,分别用超声波法和行星式球磨法来配制用于个体防护装甲的剪切增稠液体。通过激光粒度分析仪和哈克流变仪测定不同配制方法下纳米SiO2/PEG200分散体系的分散性和流变性能,结果表明:由于行星式球磨的连续细化作用和分散剂A1120的助磨、保护颗粒新表面的作用,用行星式球磨法加入分散剂A1120配制的剪切增稠液体,纳米SiO2在体系中的平均粒径最小,分散性好;分别用行星式球磨法和超声波法加入分散剂A1120配制的剪切增稠液体均具有先剪切变稀后剪切增稠的流变性能,但在整个剪切应力范围内,行星式球磨法配制的剪切增稠液体的粘度比超声波法大。

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%。

剪切增稠液体的缓冲机理和力学性能

剪切增稠液体(STF)是一种将纳米或微米级的颗粒分散到牛顿流体中而形成的非均质颗粒悬浮液。当冲击发生时,其表观黏度发生大幅度增大而变黏稠。冲击结束后,体系表观黏度降低,重新转变为液体。通过颗粒拥堵模型,解释了剪切增稠液体在冲击过程中的耗能机理,同时计算了冲击杆在冲击过程中的加速度响应。采用低速冲击试验,测试了其抗冲击特性,与传统吸能材料AV-200进行了吸能对比;结果表明:颗粒拥堵模型合理解释了低速冲击试验中出现的局部硬化现象,规避了传统方法中边界对剪切增稠液体的影响问题。剪切增稠液体具有优异的缓冲特性。理论分析结果与试验结果的良好吻合验证了理论方法的有效性。该研究为剪切增稠液体在缓冲领域的应用提供了参考。

剪切增稠液体在个体防护装甲上的应用进展

介绍了剪切增稠液体(STF)的特点及其在动态和稳态剪切应力下的流变行为;综述了STF在防弹和防刺装甲上提高防护性能的应用、作用机理以及STF-织物复合材料的制备方法;指出了STF在个体防护装甲应用中下一步的研究方向。

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。

剪切增稠液体液舱侵彻实验

为研究剪切增稠液体(shear-thickening fluid,STF)液舱对弹体的防护性能,制备特定规格剪切增稠液体,并开展弹体侵彻剪切增稠液舱实验研究。实验中采用高速相机记录液舱侵彻过程中空泡的演化情况,并测试得到了弹体的剩余弹速以及前后靶板变形数据。实验结果显示,剪切增稠液体可有效抑制液舱侵彻过程中空泡的增长,从而降低液舱结构的损伤程度。结合空泡扩展理论模型,并考虑液体密度以及黏度变化对空泡增长的影响,验证了剪切增稠液体在高速冲击下产生的局部密度增大以及固化现象是抑制空泡扩展的主要原因。此外,剪切增稠液体对弹体速度的衰减作用明显,且相同初始弹速下,剪切增稠液体液舱前后靶板变形明显小于水体液舱。将剪切增稠液体填充于舰船液舱防护结构,可显著提高液舱结构的防护性能。

剪切增稠液体增强高分子纤维材料融合体育发展研究

剪切增稠液体增强高分子纤维材料是一种固液混合状态的复合材料,能够被广泛应用于各类型体育防护器具制备环节。文章以该类型材料与体育产业的融合发展为主要研究对象,针对剪切增稠液体、剪切增稠液体增强高分子纤维材料的分类、性能优势以及主要作用原理进行分析,对材料在体育领域的主要应用场景进行解读,旨在肯定该类型材料对体育产业发展的价值,为体育产业应用先进材料提供借鉴。

基于剪切增稠液体的变阻尼隔振器动力学特性研究

目的研究一种具有变阻尼特性的剪切增稠液体(STF)隔振器。方法首先采用二氧化硅纳米颗粒和聚乙二醇200为工作介质合成剪切增稠液体,通过试验研究剪切增稠液体的流变特性。之后以剪切增稠液体为工作介质,设计一种活塞液压式减振增稠液体隔振器,建立隔振器的动力学模型,并通过数值仿真研究了该隔振器的减振性能;最后,研究剪切增稠液体隔振器隔振性能影响因素。结果当远离共振频率时,隔振器具有小阻尼特性;在共振区附近,由于剪切增稠效应,隔振器阻尼骤然增加,实现对共振峰的有效抑制。结论剪切增稠液隔振器可有效抑制共振峰,同时不会对高频隔振性能产生不利影响,有效解决了传统隔振器线性阻尼的固有缺点。

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。

剪切增稠液体的性能及其在柔性防刺材料中的应用

介绍了剪切增稠液体的特点、增稠机制及其流变性能的主要影响因素。在此基础上,又从机织物、针织物、非织造布角度列举并介绍了剪切增稠液体在柔性防刺材料中的研究现状,并对其在柔性防刺材料中的研究以及未来的发展做出了展望。

剪切增稠液体的性能及在纺织中的应用

介绍了剪切增稠液体(STF)的性能、组成成分及其流变性的影响因素;在STF的研究基础上,综述了国内外对STF在液体防护装甲、防刺材料和防弹材料等纺织中的应用,得出结论,STF增强了纺织材料的防弹性能和防刺性能,使防护装甲更柔韧。最后指出了STF在纺织中的研究展望。

剪切增稠液体理论基础和工程应用进展概述

剪切增稠液(STF)作为一种智能材料,在施加剪切应力或提高剪切速率条件下其表观黏度显著增加,可增加几倍至几十倍。实验室常见的剪切增稠液通常以无机氧化物为分散相、乙二醇或聚乙二醇为连续相,并混合部分添加剂制成。作为一种能快速感应外部刺激并做出响应的材料,剪切增稠液可在施加冲击后毫秒级的时间内,由液体向半固体进行转变,具有响应迅速、出力大、反复可逆等优点,因此在工程领域得到较多应用。然而,剪切增稠液体的基础理论却无法对其当前的制备和应用提供明确指导,被学者广泛认可的堵塞理论只是对现象描述的一种统称,并未真正揭示剪切增稠现象的本质。同时剪切增稠液体的相关应用主要集中于剪切增稠液复合纤维领域,并面临在450~510 m/s以上的高速冲击下效果不理想的瓶颈。因此,近五年来除探究剪切增稠液体的机理外,研究者们主要从高速冲击实验条件下的测试和开发应用方面进行了不断尝试,并取得了丰硕的成果。目前,解释剪切增稠现象的最新模型为接触流变理论,以接触动力学模拟、流变学和摩擦测量为基础,为连续剪切增稠行为(Continuous shear thickening)和非连续剪切增稠行为(Discontinuous shear thickening)提供支撑。在剪切增稠体系应用方面,研究者通过使用气枪、霍普金森压杆等手段进行高速冲击下的实验,对剪切增稠复合材料的失效模式进行分析,发现在高速条件下复合材料从拉力失效模式变为剪切失效模式。将剪切增稠液体应用于运动防护及生物医疗领域,并将剪切增稠液体与磁流变液等智能材料结合从而实现对伤害的实时评估。本文归纳了剪切增稠液体的研究进展,着重分析了剪切增稠液体的理论机理,对剪切增稠液体在个体防护领域、振动控制领域及其他领域中的应用进行了总结,分析了在工程应用背景下剪切增稠体系面临的问题并对其前景进行了展望,以期为开发更稳定和效果更显著的剪切增稠液体相关器件提供参考。

剪切增稠液体流变特性研究进展

剪切增稠液(STFs)作为智能材料的一种,在施加剪切应力或提高剪切速率条件下表观黏度显著增加,可增大几倍至几十倍。实验室常见的STFs通常以无机氧化物作为分散相,乙二醇或聚乙二醇作为连续相,与部分添加剂混合制作而成。作为一种能快速感应外部刺激并做出响应的材料,STFs可在施加冲击后的毫秒级时间内,由液体向固体进行转变。STFs具有响应迅速、出力大、反复可逆等优点,但流变效应的不稳定性和剪切增稠作用机理研究的滞后仍阻碍着其在现代工业中的广泛应用。重点对STFs的最新理论模型、流变特性、流变特性影响因素等进行综述,为后续研究奠定基础。

SiO_2/PEG200剪切增稠液体的制备及粘度性能分析

以纳米SiO_2粉体为分散相,PEG200为分散介质获得了不同质量分数的剪切增稠液体,并分析了SiO_2质量分数及粒径对剪切增稠液体流变性能的影响。测试结果表明,欲提高剪切增稠性能,可通过减少分散相粒径,同时增加分散相质量分数来实现;但当分散相质量分数较高时,需要添加以无水乙醇为代表的稀释剂,降低液体的粘度,以获得分散均匀的剪切增强液体;同时为去除搅拌过程中产生的气泡,需对制备的剪切增稠液体进行真空处理,但真空处理时间不宜太长,以免分散相和分散介质的过度损失。

剪切增稠液体增强纤维复合材料融合体育发展研究

剪切增稠液体是一种固液混合状态的胶体,介绍了剪切增稠液体及其增强纤维复合材料的制备工艺与流程,分析了剪切增稠液体增强纤维复合材料在体育领域的应用,旨在为体育产业应用先进材料提供借鉴。

利用剪切增稠液体的先进防弹衣的弹道冲击性能研究

文章研究了用浸渍过胶态剪切增稠液体(STF)的凯夫拉织物所制备的复合材料的弹道侵彻性能。在相同面密度的情况下,这种凯夫拉织物与纯凯夫拉织物相比,达到相同的低速弹道冲击性能所需要的层数更少,这就使得此种防弹衣材料的柔韧性更好,体积更小。此外,文中还探讨了一些可能提高STF凯夫拉复合材料的弹道冲击性能的机理。