剪切增稠液的性能表征及其防護(hù)應(yīng)用研究.pdf

1、剪切增稠液是一種性能獨(dú)特的懸浮液材料，高速?zèng)_擊下表觀粘度發(fā)生巨大變化，甚至由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)轭惞虘B(tài)，沖擊撤銷后又能迅速恢復(fù)，這種可逆的剪切增稠特性使其在抗沖擊防護(hù)設(shè)備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文從剪切增稠液出發(fā)，系統(tǒng)研究了剪切增稠液的流變性能影響因素、垂直振動(dòng)表面不穩(wěn)定性和防護(hù)應(yīng)用材料，為剪切增稠液的發(fā)展及其在實(shí)際中的應(yīng)用提供重要的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 本文研制了多種體系下的剪切增稠液，并利用高精度流變儀對(duì)其流變性能進(jìn)行了詳細(xì)的研

2、究，分別從實(shí)驗(yàn)和擬合模型兩方面分析了分散相分子鏈長(zhǎng)、添加劑濃度和分子鏈長(zhǎng)對(duì)于剪切增稠液的流變性能的影響。主要測(cè)試了剪切增稠液的剪切增稠特性、穩(wěn)定性、可逆性和觸變性等各種與其實(shí)際應(yīng)用相關(guān)的性能，并討論了分散相含量的影響?；趦缏珊瘮?shù)和Navier-Stokes方程，推導(dǎo)了剪切增稠液阻尼器行為的兩種準(zhǔn)靜態(tài)模型：軸對(duì)稱模型和平行平板模型。為了研究分散介質(zhì)對(duì)剪切增稠效應(yīng)的影響，制備了含不同分子鏈長(zhǎng)分散介質(zhì)的剪切增稠液，流變測(cè)試結(jié)果表明剪切增稠效

3、應(yīng)隨著分散介質(zhì)的分子鏈長(zhǎng)的增長(zhǎng)而大幅度提升，這是由于分散介質(zhì)分子鏈長(zhǎng)的增長(zhǎng)促使顆粒聚集成更大的粒子簇，有助于剪切增稠效應(yīng)的增強(qiáng)。此外，分別采用了固態(tài)聚乙二醇(PEG)4000、PEG6000和PEG10000作為添加劑來(lái)研究添加劑的分子鏈長(zhǎng)對(duì)剪切增稠效應(yīng)的影響，制備含0％、1％、3％和5％添加劑的樣品來(lái)研究添加劑的濃度對(duì)剪切增稠效應(yīng)的影響。根據(jù)流變測(cè)試和冪律擬合結(jié)果可知，添加劑的濃度和分子鏈長(zhǎng)的增加會(huì)增強(qiáng)剪切增稠效果，增強(qiáng)機(jī)理可通過(guò)大粒

4、子簇的形成來(lái)解釋。
　　 建立了一套測(cè)試懸浮液的垂直振動(dòng)表面不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)觀測(cè)研究了剪切增稠液的垂直振動(dòng)動(dòng)力學(xué)性能，并提出了基于流體動(dòng)力學(xué)的簡(jiǎn)化模型進(jìn)行分析討論。剪切增稠液的流變行為也會(huì)影響其垂直振動(dòng)動(dòng)力學(xué)行為，為了更好地了解剪切增稠液的垂直振動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性，詳細(xì)地研究了垂直振動(dòng)剪切增稠液的表面不穩(wěn)定性。當(dāng)超過(guò)一個(gè)臨界驅(qū)動(dòng)加速度后，表面不穩(wěn)定性將會(huì)從初始擾動(dòng)的消失狀態(tài)轉(zhuǎn)變到分裂狀態(tài)。初始擾動(dòng)的消失時(shí)間受驅(qū)動(dòng)加速度、振動(dòng)頻

5、率、體積分?jǐn)?shù)、厚度、初始擾動(dòng)的大小和形狀影響。提出了基于流體動(dòng)力學(xué)的簡(jiǎn)化模型，利用靜水壓力和粘性耗散力的表達(dá)式闡明了初始擾動(dòng)的消失和剪切增稠效應(yīng)的關(guān)系。初始擾動(dòng)的分裂和傳播按照六角形結(jié)構(gòu)排列。在更高的加速度下，分裂出的洞擴(kuò)散并覆蓋至整個(gè)表面，且洞的分布處于一種無(wú)序狀態(tài)。最后對(duì)垂直振動(dòng)剪切增稠液中初始擾動(dòng)的演化機(jī)理進(jìn)行了討論。
　　 研制了剪切增稠液增強(qiáng)Kevlar纖維復(fù)合材料，對(duì)其抗刀割和抗針刺性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，并具體討論了剪

6、切增稠液的不同組分對(duì)于纖維復(fù)合材料的不同增強(qiáng)機(jī)理。通過(guò)改變分散相顆粒和分散介質(zhì)的種類，可以改變剪切增稠液的流變特性，因此需要研究剪切增稠液的組分對(duì)纖維復(fù)合材料的防護(hù)性能的影響，主要通過(guò)雙刀刃沖擊頭和刺針沖擊頭的落錘實(shí)驗(yàn)對(duì)其力學(xué)性能進(jìn)行表征。對(duì)于抗刀割性能，顆粒的硬度影響占主導(dǎo)因素；對(duì)于抗針刺性能，紗間摩擦的影響占主導(dǎo)因素。與純纖維織物樣品比較，剪切增稠液增強(qiáng)纖維復(fù)合材料的抗刀割和抗針刺性能有顯著的增強(qiáng)。系統(tǒng)地討論了剪切增稠液的增強(qiáng)效果，