剪切增稠液流变性能及其复合材料压缩性能

【摘要】：剪切增稠体系是指在一定外力作用下粘度增大的体系,这种剪切增稠液(Shear Thickening Fluid:STF)是美国陆军研究实验室报道的“液体防弹材料”的关键材料,并且在阻尼、抗冲击、防护材料、控制设备方面也有重要应用。 经编间隔织物作为新一代的功能性纺织品,其独特的物理及力学性能在抗压、缓冲等方面有良好的应用,同时它的舒适和环保在新型衬垫材料领域中也受到了广泛的关注。 本论文主要通过制备纳米二氧化硅/聚乙二醇(SiO2/PEG)分散体系的剪切增稠液,通过高级旋转流变系统测试分散体系的静态、动态流变性能并探讨影响该体系流变性能的因素。此外制备剪切增稠液/经编针织间隔织物复合材料,并对纯间隔针织物与复合材料进行准静态及动态压缩性能测试,探讨改变剪切增稠液浓度以及冲击速度对该体系压缩性能的影响。 静态流变性能分析表明SiO2/PEG体系具有良好的剪切增稠性能,分散介质、SiO2粒子浓度以及温度对流变性能均有不同程度的影响。动态流变测试表明,STF具有粘弹性行为,储能模量(G')和耗能模量(G")随着所受角频率以及应变的改变而发生变化。“粒子簇”理论能更好地解释体系的剪切增稠行为。 准静态与动态压缩测试表明,在达到临界剪切速率后剪切增稠体系才会产生增稠效应。在高于临界剪切速率冲击时,复合材料与纯织物相比变形较小,在相同形变时所吸收的能量多。随着SiO2粒子浓度和冲击速度的增加,复合材料的模量都有所增加。采用乙醇稀释STF后,随着稀释比的增大,复合材料的模量呈现下降趋势。