剪切增稠液体-超高分子聚乙烯柔性防护材料之制备及防刺特性研究

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1、剪切增稠液体/超高分子聚乙烯柔性防护材料之制备及防刺特性研究1绪论1.1课题研究的目的及意义防刺服作为一种人体装甲，主要用来针对匕首等常见锐器从各种角度对人体的攻击，保护人体防护部位不受到刺伤[1，2]。冷兵器时代的盗甲就己经具有防刺服的雏形。到了现代，特别是一战以来，由于一些国际性的暴力和恐怖事件的发生，软体防护装备随着战争得到逐步升级，因此对服装性能要求的提高，大大促进了各类个体防护用品的开发和研究[3]。当今的防剌材料主要有质重、体积大、不灵活等缺点，迫切需要穿着舒适、灵活性好又满足防刺要求的柔性防剌服[4，5]。众所周

2、知，防弹类材料已经取得很大进展，但由于防护机理的不同，大多数的防弹产品并不能用于防刺，近几十年来防刺服逐步与防弹服分离，因此防剌材料的研发引起了国内外学者很大的关注，尤其是在那些包括中国在内的对于枪支管制严格的国家[6]。所以近年来，国内外幵始注重柔性防刺服的研究与开发。剪切增稠流体在防剌服的应用中也应运而生。具有剪切增稠性能的流体被称为剪切增稠流体(Shearthickeningfluid,STF)[7，8],剪切增稠是非牛顿流体行为。流体通常呈浓缩的胶质悬浮液状，在迅速增加的剪切速率或剪切应力下，流体粘度先逐渐减小，当超过

3、某一值时，粘度会急剧变大；当剪切速率或剪切应力撤销时，流体又恢复到原状，因此该过程可逆剪切增稠流体由于不可逆絮凝、粒子团聚等原因，从20世纪80年代末开始，人们幵始将这种剪切增稠效应用于抗冲击领域，在防护材料的制备中具有广阔的应用前景[12]。1.2剪切增稍流体（STF)简介1.2.1剪切增稠流体（ShearThickeningFluid)1938年，在硬球型分散液中首次发现了剪切增稠现象，即流体的粘度会随着剪切应力或者剪切速率的增加而显著增加[13]。所以将具有剪切增稠性能的流体称之为剪切增稠流体，简称STF[I4，I5]。

4、剪切增稠流体由分散相粒子和分散介质组成。其中分散相粒子可以分为两类：一是天然存在的矿物质；二是化学合成的聚合物，如二氧化桂和其它氧化物、聚苯乙烯（PS)、聚甲基两烯酸甲醋（PMMA)、碳酸妈等。分散粒子的形状可以有多种，包括球体、椭圆体、圆盘状和粘土颗粒等形状，它们可通过电荷作用、布朗运动、吸收表面活性剂、接枝聚合物形成聚合电解质等稳定分散在溶液中[4，5]，其分散性包括单分散、双分散或多分散。分散介质可以是水、有机物(乙稀基乙醇、聚乙二醇或乙醇)、矿物油等[16，17]。目前，有关剪切增稠流体的流变性能以及防刺机理研究比较多

5、[18，19]。美国的-A2003诸暨市超泽衡器设备有限公司数显恒温水浴锅HH-2国华电器有限公司精密增力电动搅拌器JJ-1国华电器有限公司电动离心机800常州博远实验分析仪器厂真空干燥箱DZ-2BC型天津市泰斯特仪器有限公司箱式电阻炉SX-5-12型天津市泰斯特仪器有限公司微型漩祸混合仪-6380LV本课题釆用粘度计测试剪切增稠流体的流变性能。由于粘度计只能测试粘度随时间的变化，因此本实验采用多次实验，选取不同剪切速率，同一测试时间下的粘度绘制成曲线。将待测流体装在烧杯里，置于BROOKFIELD粘度计（型号DV-I)底座上

6、，打开粘度计，设置一定的剪切速率，记录粘度随时间的变化，改变剪切速率，重复相同步骤，最后选取同一时刻，不同剪切速率下的粘度值绘制粘度随剪切速率的变化规律。3纳米二氧化硅的制备及其流变性能分析.........243.1Si02的制备与表征分析.........243.1.1Si02的制备工艺研究.........243.1.2X射线衍射(XRD)分析.........243.1.2红外光谱(FT-IR)分析.........253.1.3扫描电镜(SEM)分析.........263.1.4粒径分布.........263.2

7、STF的制备与性能表征分析.........273.3本章小结.........324STF/UHM，属于纳米级别的颗粒。中位粒径为550nm的纳米级的Si〇2粉末作为分散剂的STF体系，分散稳定，剪切增稠效果好。(2)STF流变性能测试表明：当剪切速率小于临界剪切速率，发生剪切变稀现象；当剪切速率大于临界剪切速率，体系发生剪切增稠现象；当继续增加剪切速率后，体系的粘度又会减小。(3)STF中Si02的质量分数，分散介质均会对体系的流变性能有着重要的影响。随着STF中Si02质量分数的增加，临界剪切速率降低，而体系的起始粘度和

8、最大粘度都会随Si02质量分数的增加而增加；随着分散介质分子量的提高，体系起始粘度和最大粘度均有所提高，剪切增稠现象明显。当受到外界冲击力作用以及外力消失，剪切增稠流体体系具有良好的可逆性。