[发明专利]一种剪切增稠流体的制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及低粘度硅油应用的技术领域，具体地说涉及一种分散于低粘度硅油的剪切增稠悬浮液的制备。

背景技术

人类在现实生活中面临伤害的可能性在不断地增加，对防护装备的种类和性能要求也在日益提高。随着高性能纤维材料的发展，个体防护材料近年来也取得了长足进展，逐渐由原来的硬质、半硬质产品，发展到目前的软质产品以及最新的液体防护装备，液体防护材料在防护领域具有很大的市场前景。这种分散体系的剪切增稠效应作为一种宏观现象，很早就引起人们的重视，如传输管道的阻塞、仪器的破坏等，而在生产实践中要尽力避免这类有害效应的影响。从20世纪80年代末开始，人们开始研究如何利用这种现象化害为利，在防弹和防震领域已经取得广阔应用。Fischer等人应用STF（剪切增稠流体）设计出三明治梁，达到控制振动响应的目的，表明STF在振动领域的具有应用价值。Lee等人利用STF处理凯夫拉尔纤维，并模拟了子弹射入防弹衣的实验，证实STF可以在同等硬度的情况下大大提高防弹衣的强度，即可以做出柔韧性好强度高的防护设备。

剪切增稠流体是一种非牛顿流体或者称为膨胀性流体，一般是由悬浮介质和粒径相对均一的无机胶状颗粒组成，在通常低能量状态，即未受到撞击时，它可以正常流动；当受到触发或碰撞，STF就变成坚硬的固体，使织物更强韧，提供无法估量的防护作用。所以，利用STF制造的新型防护衣，平时柔软舒适，一旦遭到刀等利物的砍、刺、或高速子弹、弹片的冲击，就会在受到冲击的瞬间变得坚韧无比，而且能将冲击力沿织物迅速分散开来，大大降低单位面积的压强。当冲击力消失之后，剪切增稠液又恢复液体状态，织物也重新变软。

目前，制备液体防护材料的剪切增稠液体大多由聚乙二醇和二氧化硅复合组成，申请号为201110062145.0的中国专利公开了一种基于SiO₂微纳米球的剪切增稠流体的制备方法，该专利公开了以聚乙二醇为基材的剪切增稠流体，但是由于聚乙二醇自身结构的局限性，组成的体系存在由于聚乙二醇吸湿性强而导致体系的不稳定，键能低、不耐剪切等问题。

发明内容

为解决微纳米颗粒与分散介质的相容匹配性，提高体系剪切增稠的效果，加强体系的储存稳定性问题，本发明提供了一种剪切增稠流体的制备方法，本发明制备工艺简单、制备时间较短、产物品质稳定、易量产、能耗低、三废少、成本低。

本发明也提出了一种剪切增稠流体在液体防护复合材料的应用，产品无毒，无污染，合适人体使用，同时也适用于工业化生产。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种剪切增稠流体，由微纳米颗粒与低粘度硅油混合制成，其中微纳米颗粒与低粘度硅油的质量百分比分别为20~60%、40~80%。作为优选，微纳米颗粒与低粘度硅油的质量百分比分别为30~40%、60~70%，这种剪切增稠流体是一种高浓度的固体颗粒悬浮液。

低粘度硅油选自羟基封端聚硅氧烷、甲氧基封端聚硅氧烷、乙氧基封端聚硅氧烷中一种或几种。低粘度硅油的分子量在100~2000之间。

微纳米颗粒选自二氧化硅、过渡金属氧化物或者非氧化物颗粒。微纳米颗粒的粒径范围为5nm~10μm。过渡金属氧化物包括钛、铁、铜、银、金等金属氧化物，大多数是胶状或者呈球状形态，也可以为其他一些不规整的结构（椭圆形，立方体或者是其他多面体结构），这些氧化物表面可以经过分子表面进行改性处理，比如进行硅烷化处理。非氧化物颗粒选自聚合物或者碳酸钙，聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯或者聚苯乙烯。作为优选，这些颗粒粒径范围在5nm~8000nm，分散于胶体中可保持长时间的流动性。

一种剪切增稠流体的制备方法为：在低粘度硅油中加入微纳米颗粒，混合均匀。可采用分散设备进行混匀；可采用涡流搅拌、超声波搅拌设备、摇床震动、超声波处理、超声照射混匀；处理时间为0.3~5小时。

在混合过程中加入助溶剂，助溶剂选自水、异丙醇、乙醇、烷烃化合物中一种或几种，烷烃即饱和烃，是只有碳碳单键的链烃，是最简单的一类有机化合物。烷烃分子中，氢原子的数目达到最大值，它的通式为C_nH_2n+2。分子中每个碳原子都是sp3杂化。助溶剂的用量与微纳米颗粒的质量比为0.1~1：1。助溶剂促进了微纳米颗粒在体系中的分散，同时助溶剂选择时保证在混合完毕后经过简单的加热或者抽真空条件可以容易的去除，并保证体系剪切增稠的效果不变，从而制备出最终的剪切增稠流体。

一种剪切增稠流体在液体防护复合材料中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：