剪切增稠液的性能表征及其防護應(yīng)用研究.pdf

1、剪切增稠液是一種性能獨特的懸浮液材料，高速沖擊下表觀粘度發(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、垂直振動表面不穩(wěn)定性和防護應(yīng)用材料，為剪切增稠液的發(fā)展及其在實際中的應(yīng)用提供重要的理論和實驗依據(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其流變性能進行了詳細的研

2、究，分別從實驗和擬合模型兩方面分析了分散相分子鏈長、添加劑濃度和分子鏈長對于剪切增稠液的流變性能的影響。主要測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靜態(tài)模型：軸對稱模型和平行平板模型。為了研究分散介質(zhì)對剪切增稠效應(yīng)的影響，制備了含不同分子鏈長分散介質(zhì)的剪切增稠液，流變測試結(jié)果表明剪切增稠效

3、應(yīng)隨著分散介質(zhì)的分子鏈長的增長而大幅度提升，這是由于分散介質(zhì)分子鏈長的增長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。此外，分別采用了固態(tài)聚乙二醇(PEG)4000、PEG6000和PEG10000作為添加劑來研究添加劑的分子鏈長對剪切增稠效應(yīng)的影響，制備含0％、1％、3％和5％添加劑的樣品來研究添加劑的濃度對剪切增稠效應(yīng)的影響。根據(jù)流變測試和冪律擬合結(jié)果可知，添加劑的濃度和分子鏈長的增加會增強剪切增稠效果，增強機理可通過大粒

4、子簇的形成來解釋。
　　 建立了一套測試懸浮液的垂直振動表面不穩(wěn)定性的實驗系統(tǒng)，通過觀測研究了剪切增稠液的垂直振動動力學(xué)性能，并提出了基于流體動力學(xué)的簡化模型進行分析討論。剪切增稠液的流變行為也會影響其垂直振動動力學(xué)行為，為了更好地了解剪切增稠液的垂直振動動力學(xué)特性，詳細地研究了垂直振動剪切增稠液的表面不穩(wěn)定性。當(dāng)超過一個臨界驅(qū)動加速度后，表面不穩(wěn)定性將會從初始擾動的消失狀態(tài)轉(zhuǎn)變到分裂狀態(tài)。初始擾動的消失時間受驅(qū)動加速度、振動頻

5、率、體積分數(shù)、厚度、初始擾動的大小和形狀影響。提出了基于流體動力學(xué)的簡化模型，利用靜水壓力和粘性耗散力的表達式闡明了初始擾動的消失和剪切增稠效應(yīng)的關(guān)系。初始擾動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，分裂出的洞擴散并覆蓋至整個表面，且洞的分布處于一種無序狀態(tài)。最后對垂直振動剪切增稠液中初始擾動的演化機理進行了討論。
　　 研制了剪切增稠液增強Kevlar纖維復(fù)合材料，對其抗刀割和抗針刺性能進行了實驗研究，并具體討論了剪

6、切增稠液的不同組分對于纖維復(fù)合材料的不同增強機理。通過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纖維復(fù)合材料的防護性能的影響，主要通過雙刀刃沖擊頭和刺針沖擊頭的落錘實驗對其力學(xué)性能進行表征。對于抗刀割性能，顆粒的硬度影響占主導(dǎo)因素；對于抗針刺性能，紗間摩擦的影響占主導(dǎo)因素。與純纖維織物樣品比較，剪切增稠液增強纖維復(fù)合材料的抗刀割和抗針刺性能有顯著的增強。系統(tǒng)地討論了剪切增稠液的增強效果，