新型剪切增稠胶的合成及其流变性能研究

从分子结构设计出发,以苯硼酸(PBA)与羟基封端的聚二甲基硅氧烷(PDMS-OH)为原料,通过缩聚反应制备了一种新型剪切增稠胶(PPBS)。通过傅里叶变换红外光谱仪和热重分析仪对材料的水解性和热稳定性进行表征,同时利用旋转流变仪对PPBS的线性粘弹区域、能量耗散能力及粘弹性进行研究。结果表明:PPBS具有更为优异的耐水解性和热稳定性,其最快分解温度和完全分解温度分别在466℃和568℃左右;通过Lissajous曲线中应力-应变曲线所包含的面积发现PPBS的能量耗散性能更优异;通过频率扫描发现其储能模量随着外界激励的增加增大5个数量级达到0.64MPa,材料表现出典型的剪切硬化性能,并且具有更为优异的相对剪切增稠效应。

制备工艺条件对掺杂短绒剪切增稠胶动态力学性能影响研究

剪切增稠胶(STG)是新型的柔性功能材料,在外界应力作用下自身能够增稠变韧,展现出抗低速冲击的防护潜力。掺杂短绒是提升STG动态力学性能的一项有效手段。为了深度提升该掺杂短绒STG的动态力学性能,重点探究STG制备过程中搅拌转速和混合温度等工艺条件对其动态力学性能的影响,采用动态热机械分析仪测试所制备的STG样品在不同剪切频率下的动态模量,发现搅拌转速更影响掺杂短绒STG的动态力学性能,试验范围内提高搅拌转速更能增强动态力学性能。此外,发现搅拌转速为825r/min、混合温度为60℃的工艺条件下所制备的STG损耗因子最小,说明其动态力学性能最优。通过优选掺杂短绒STG的制备工艺条件,提升了STG的动态力学性能,以促进其在柔性防护材料中的应用。

剪切增稠胶/超高分子量聚乙烯复合材料低速冲击性能研究

剪切增稠胶(STG)是一种新型功能材料,通过流变测试研究了STG的稳态流变性能及其剪切增稠的作用方式。将STG与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)织物复合制备了STG/UHMWPE复合材料,利用扫描电子显微镜对复合前后材料的形貌进行分析,并研究了复合材料的低速冲击性能。结果表明:加入STG后,STG/UHMWPE复合材料的剩余冲击载荷可减少50%;在不同冲击速度条件下,复合材料能量吸收系数均超过80%。STG具有优异的力学性能,通过与UHMWPE织物复合可显著提高复合材料的抗冲击性能。

剪切增稠胶流变性能及其抗冲击性能研究

介绍了剪切增稠胶(STG)的研制,在不同温度条件下制备STG来探究STG性能。采用流变仪测试STG性能,分析不同压力下的蠕变―回复曲线,表明随着施加压力的增加STG具有较大的蠕变量,卸载应变后STG应变随时间基本不变;对STG进行频率扫描得到材料在外界高频率条件刺激下其储能模量增大了将近4个数量级,材料表现出了典型的剪切变硬性能;对STG进行振幅扫描,得到材料的线性极限为3%,该应变为材料从线性到非线性转变的临界应变点,对于大多数样品来说,在应变幅值扫描范围内G'始终大于G″,表明STG在整个形变范围内呈现出固态特性;对STG进行落锤冲击测试,对其力学行为进行了探讨,结果表明随着冲击速度的增大,STG的能量吸收系数变大60%,说明STG具有较好的能量吸收特性及良好的抗冲击性能。

基于剪切增稠胶的阻尼材料动态力学性能研究

利用Haake转矩流变仪结合压片工序制备了不同纳米填料填充的剪切增稠胶/热塑性聚氨酯(STG/TPU)复合材料。利用扫描电子显微镜和动态热机械分析仪研究复合材料的微观结构和动态力学性能(例如玻璃化转变温度Tg、动态模量和损耗因子)。结果表明:STG与TPU的工艺相容性较好,可形成宏观均相、微观非均相的体系;温度谱显示共混聚合物的Tg向低温方向发生移动且在Tg下呈现较高阻尼峰值,有效阻尼温度范围ΔT0.7超过40℃;频率谱表现出材料低频下隔振所需的高阻尼性能;在室温下添加同等体积分数的短玻璃纤维(GF)比SiO2颗粒更能有效增强阻尼效果,这结论与提出的分析预测模型数据存在合理的一致性。这种高阻尼、宽温域、宽频带的聚合物材料展现出广阔的应用前景。

热膨胀微球增强剪切增稠胶/聚氨酯泡沫复合材料的力学性能

使用热膨胀微球和水为发泡剂制备剪切增稠胶增强聚氨酯泡沫。采用正交实验法选取了制备剪切增稠胶/聚氨酯泡沫复合材料的最佳工艺。研究了热膨胀微球含量对剪切增稠胶/聚氨酯泡沫的密度、压缩强度、静态吸能量等力学性能的影响。研究结果表明,130℃下剪切增稠胶质量分数为15%,异氰酸酯指数为0.9,热膨胀微球质量分数为3%时制备的泡沫性能最佳。另外,热膨胀微球的加入会使体系的黏度发生变化,影响发泡效果。添加热膨胀微球不仅使泡沫的密度减小,而且使泡沫的压缩强度和静态吸能量增大。利用热膨胀微球可制备出轻质的吸能材料。

剪切增稠胶/聚氨酯泡沫复合材料的制备与力学性能

以聚氨酯泡沫(PUF)为体系基础,向体系中添加聚合物剪切增稠胶(STG),采用一步法成功制备了STG/PUF复合材料。研究分析了异氰酸酯指数(R值)以及STG含量对STG/PUF复合材料结构和性能的影响。结果表明,STG的加入会使泡沫的泡孔变大,发泡困难,但是会在一定范围内增加复合材料的压缩强度,并且会显著提高泡沫的静态吸能量,制备的STG/PUF样品(R值为0.75,STG质量分数为10%)的静态吸能量约为PUF的13倍。另外,随着R值的增加,PUF的密度先减小后增大,硬度逐渐增大,当异氰酸酯含量过高时,会导致泡沫脆性增加,降低其力学性能。当R值为0.75、STG质量分数为10%时,复合材料的力学性能最优。

分散相和分散介质对剪切增稠胶动态力学性能影响研究

研究了分散相和分散介质对剪切增稠胶动态力学性能的影响,为制备性能较好的剪切增稠胶提供理论依据。测试分析了用不同粘度的二甲基硅油制备剪切增稠胶的动态力学性能,其中由粘度为500 cst的二甲基硅油制备的剪切增稠胶剪切增稠效应和阻尼性能较优。测试分析了不同质量分数纳米二氧化硅制备的剪切增稠胶动态力学性能,分散相质量分数在一定的范围内,剪切增稠胶的剪切增稠效应和阻尼性能随纳米二氧化硅质量分数的增加而提高;但是纳米二氧化硅质量分数高于一定范围时,纳米二氧化硅质量分数的提高对剪切增稠胶的剪切增稠效应和阻尼性能有负影响。

涤纶短绒在剪切增稠胶中的增韧性

在剪切增稠胶(shear thickening gel,STG)中掺杂一定量的涤纶短绒,借助电子单纤维强力仪和动态机械分析仪分别对涤纶的强伸性能和掺杂不同长度涤纶短绒后的STG的动态力学性能进行测试。结果表明,具有一定强力的涤纶短绒能够提高STG的动态力学性能,发挥增韧的作用,且在低频率剪切下长度大的涤纶短绒增韧效果好,高频率下则相反。

交联淀粉对剪切增稠胶流变性能的影响

为提高剪切增稠胶(STG)的抗冲击与阻尼性能,以交联淀粉(CS)、STG为主要原料制备CS-STG。采用X射线能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)、偏光显微镜(PM)、扫描电子显微镜(SEM)和旋转流变仪分析考量了CS-STG的化学成分、微观结构、流变性能,探究了CS对STG流变性能的影响。结果表明,CS-STG样品表面C、O、Si元素均匀分布,含量与STG相近;加热过程中CS与STG反应生成Si—O—C键,极大地增强受力时应力传播的范围;交联反应能保护淀粉在制备CS-STG时不被高温破坏;CS与STG两相相容性较好,未发生微观相分离;CS-STG的剪切增稠效果及耗能能力均强于目前常用的CaCO_(3)和SiO_(2)无机颗粒,其中在STG中添加CS(质量分数为50%)的样品在大振荡模式下能量耗散为STG的1549%,剪切模量达到STG的2835%。

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。

基于剪切增稠凝胶的经编复合织物抗冲击性能

为了解剪切增稠凝胶的抗冲击性能,并寻找抗冲击性能的简易测试方法,文章采用浸渍和填充等方法,制备了剪切增稠凝胶与经编间隔织物的复合织物,通过顶破强力测试和落锤冲击实验对其性能进行评价。研究结果表明:浸渍法制备的试样其顶破强力与顶破伸长、顶破功随剪切增稠凝胶比例的增加而增大,其中乙醇与凝胶质量1∶9稀释所制备的试样性能最优;浸渍法和填充法制备的2组复合材料在落锤冲击实验中能量吸收相比原样分别增加了51.85%和76.54%;添加了剪切增稠凝胶的经编间隔织物的抗冲击性能大大提升。利用顶破实验方法可以替代落锤冲击实验进行织物的抗冲击性能评价。

聚硼硅氧烷剪切增稠凝胶的制备影响因素及其在不同温度下的流变性能研究

聚硼硅氧烷剪切增稠凝胶(Polyborodimethylsiloxanes shear thickening gel,PBS-STG)在防护材料领域具有良好的应用前景,但是关于PBS-STG的制备条件和自然环境下的稳定性研究少有报道。本工作系统研究了原料配比、反应时间、反应温度、二甲基硅油黏度对制备PBS-STG的影响以及不同温度下PBS-STG的流变性。PBS-STG的制备条件:二甲基硅油黏度为350 Pa·s,硼酸和二甲基硅油配比趋近为1∶10(B、Si物质的量比),缓慢升温至240℃,反应时间6 h以上。变温实验结果表明:PBS-STG在-40~40℃均具有剪切增稠特性并且性质稳定,在温度为10℃时具有最佳剪切增稠特性,这对PBS-STG在防护领域的应用具有重要指导意义。

剪切增稠纤维复合材料的研究进展

现代战争对人体防护的要求正在逐渐提高,传统防护材料已经无法满足防护需求,轻质柔软的防护材料逐渐成为研究热点。剪切增稠是剪切增稠流体(Shear thickening fluid,STF)和剪切增稠凝胶(Shear thickening gel,STG)中常见的物理现象,其粘度随着剪切速率的增加而明显增加。自STF/纤维复合材料应用于防弹防刺领域以来,其剪切增稠特性和制备工艺得到优化,整体防弹性能得到了提升。但是STF和纤维的界面结合能力较低,导致整体稳定性差,严重阻碍了其发展。相比STF/纤维复合材料,STG/纤维复合材料具有稳定性高的优点。在压缩、剪切、拉伸等外力作用下,STG中大量硼氧动态键断裂吸收能量和长链分子之间相互缠结,使其由粘性状态转变为弹性状态,提升防护性能。本文从STF和STG两个方面分别对剪切增稠纤维复合材料的研究进展进行了总结,并探讨了剪切增稠纤维复合材料的耗能机理,最后对剪切增稠纤维复合材料面临的科学和实际应用问题以及今后的发展趋势进行了总结与展望。

低反射抗冲击电磁屏蔽复合材料的制备与性能研究

为了降低电磁屏蔽材料的反射效率及改善抗冲击性能,通过热压成型的方法制备了低反射抗冲击电磁屏蔽炭黑/剪切增稠胶(CB/STG)蜂窝夹芯板。利用SEM对CB/STG的形貌进行分析,考察了CB/STG的流变性能,并研究了CB/STG蜂窝夹芯板复合材料的屏蔽效能和冲击性能。结果表明,复合材料电磁屏蔽效能可达到51.52dB,且反射率仅为0.34,说明被屏蔽掉的99.999%的电磁波中仅有34%是被反射掉的;受到落槌冲击后,吸收能量达到了31.19J。这表明了CB/STG蜂窝夹芯板是一种以吸收为主的抗冲击电磁屏蔽复合材料。

新型抗冲击吸能材料STG的结构和性能分析

为了减小震动冲击对人体的伤害,本文制备了一种具有缓冲作用的剪切增稠凝胶(STG),对其红外和流变性能进行了初步研究,将STG与聚氨酯泡沫(PU)结合提高泡沫的抗冲击性能,通过扫描电镜观察复合前后聚氨酯泡沫的微观形貌。结果表明:B原子顺利地引入硅氧烷链中;有明显的蠕变和剪切增稠性质;STG已经均匀的附着在泡沫泡壁上,并显著提高了聚氨酯泡沫材料的抗冲击性能,当速度达到9 m/s时,纯PU的剩余载荷约为3.6 k N,STG-PU的剩余载荷仅为1.7 k N左右,剩余载荷的减少量达到了53%。

STG对聚氨酯泡沫低速抗冲击性能的影响

以硼酸和硅油等为基础材料制备了一种新型的高分子材料——剪切增稠凝胶(Shear Thickening Gel,STG),并研究了STG的热稳定性和流变性能。同时将STG与聚氨酯泡沫(PU)结合,通过复合前后聚氨酯泡沫的扫描电镜和低速冲击实验,对STG的抗冲击性能进行研究。结果表明:STG不到200℃就开始分解,在500℃基本完全分解;STG具有明显的剪切增黏效果,快速和慢速拉伸均表现出不同的性状;与聚氨酯泡沫复合后可显著提高材料的抗冲击性能,当速度达到9 m/s时,纯PU泡沫的剩余冲击载荷约为36 000 N,而STG-PU泡沫仅为17 000 N;且速度越大,STG的防护性能越好,STG的吸收能量由4 m/s时的1 J左右,达到9 m/s时的4 J左右。

STG/IP稀释比对STG/PU复合材料低速抗冲击性能的影响

研究了剪切增稠凝胶(STG)不同稀释比对STG/聚氨酯(PU)复合材料低速抗冲击性能的影响。按照V(STG)∶V(异丙醇)=1∶1、1∶2、1∶3的比例进行稀释,制备3组STG/PU材料样品,一组不加STG的纯PU材料作为对照,测试4组材料的低速抗冲击性能。并通过扫描电镜观察复合前后泡沫的微观形貌。结果表明,STG均匀地附着到PU泡沫上;STG大大提高了泡沫材料的抗冲击性能,且性能跟稀释比有关。