STF高性能纤维柔性防护材料的参数优化及防刺性能研究(2)
1.2实验原理
1.2.1剪切增稠机理
分散体系粘度的变化正是体系微观结构变化及其内部基团间相互作用的宏观体现。我们认定的微观机理是Brady等通过Stokesian动态模拟，提出的“粒子簇”生成机理[4,5]，即剪切增稠是由于流体作用力引起体系中形成“粒子簇”，使体系流动性降低，从而使粘度增大。
通过Stokesian Dynamics方法，Bossis和Melrose[6,7]进行了临界剪切点的计算机模拟预测，对“粒子簇”的形成机理进行了进一步的论证。而Brady的的统计理论振实剪切增稠的微观结构的变化是由流体作用力(lubrication hydrodynamics)这一单因素引起的。
1.3 制备方法
先精确称量一定体积的PEG（聚乙二醇），加入到烧杯中，再称取一定量先前制备的纳米级二氧化硅颗粒，随后经过剧烈搅拌下缓慢加入到小烧杯中，直至粒子完全均匀分散到液相中为止。将配制后的试样抽真空2h除气得到测试样品。按照上述方法分别加入不同质量的二氧化硅颗粒进行制备，最终得到不同质量分数的分散体系。
1.4影响剪切增稠流体流变性能的因素
STF流变性能研究主要是指分散相粒子、分散介质、浓度以及外界因素等对体系流变特性的影响。STF流变特性的研究主要包括稳态和动态两个方面。
剪切增稠液体的流变特性研究主要包括稳态和非线性动态剪切应力或剪切速率下的性能研究。影响剪切增稠液体流变性能的参数很多，其中主要包括：
1.4.1分散相粒子的影响
在分散相粒子质量分数相同的情况下，粒子的平均粒径越小，STF体系中粒子数量就会越多，粒子间的平均距离也越短，每个粒子间相互干扰的机会增多，有效体积增大，剩余的自由溶剂量减少，从而增大了粒子移动的阻力，使得相应的剪切增稠效应更加明显。
1.4.2分散相粒子形状的影响
当STF受到剪切时，分散相粒子在体系中既有平移运动，又有旋转运动。粒子的存在会阻碍分散介质的流动，提高分散介质的粘度。当粒子的形状为非球形时(如椭球形、棒状和针状等)，它们具有很高的长短轴比。因此，粒子在悬浮体系中运动时所受到的阻力也与球形粒子有很大区别。在粒子体积分数相同的情况下，非球形粒子悬浮液比球形粒子悬浮液产生更大的流体粘度，且长短轴比越大，产生的粘度越大。
1.4.3分散相浓度的影响
较大体积分数的分散相粒子的流体是出现剪切增稠行为的重要条件之一。通常，随着粒子浓度的增加，在剪切作用下的悬浮体系中粒子间的相互作用对于悬浮液整体性能的影响会变得更明显。
1.4.4改性剂的影响
Yu[9]J等人用乙二醇对二氧化硅纳米粒子进行改性并研究其对流变性能的影响。研究发现通过EG对二氧化硅粒子进行化学表面改性极大地提高了分散液中分散相质量分数的最大值。
1.4.5分散介质的影响
剪分散介质作为剪切增稠流体的重要组成部分，对流变体系的流变性能有着重要影响。
通过对三种具有不同分子链长度分散介质：PEG4000，PEG6000，PEG10000，以及对于PEG10000在不同浓度：0,1%，3%，5%下的研究，发现随着分散介质的浓度和分子链长度的增加，剪切增稠效果显著增强[10]。
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