“遇剛則剛，遇柔則柔”的切力增稠流體（PPG-STF）用什么設(shè)備剪切攪拌？

觸變性溶膠也叫切力增稠流體，由分散相粒子和液體分散介質(zhì)組成。正如標(biāo)題所寫，它具有 “遇剛則剛，遇柔則柔”的特性。分散相粒子和液體分散介質(zhì)之間存在明顯的氫鍵作用。當(dāng)流體受到高剪切乳化機(jī)高速剪切時(shí)，其粘度會(huì)突然驟增，甚至從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)或類固態(tài)物質(zhì)；外力撤去后，又迅速恢復(fù)為液態(tài)，呈現(xiàn)為可逆的非牛頓流體行為。

　　一、制備

以nano-SiO2作為分散相，聚丙二醇(PPG400，PPG600)，作為分散介質(zhì)，將兩者機(jī)械共混后制成剪切增稠流體(PPG-STF)。

首先稱取一定質(zhì)量的液體分散介質(zhì)(PPG或PEG)和nano-SiO2，在高剪切乳化機(jī)的強(qiáng)烈剪切下將nano-SiO2緩慢加入到分散介質(zhì)中，直至其均勻分散于液體中為止。然后將混合試樣用超聲波發(fā)生器振蕩1h以驅(qū)除液體中的氣泡，并使得分散相在分散介質(zhì)中的分散更均勻，得到STF樣品。

　　二、結(jié)構(gòu)

采用倒置顯微鏡觀察樣品的分散狀態(tài)。

圖中為含10%的SiO2的PPG600-STF倒置顯微鏡圖。從圖中可以看出，STF中均勻分布著一些相對(duì)孤立的團(tuán)聚體，粒徑大小在10~30um，而圖中左上角的團(tuán)聚體密度明顯大于其它部分，說(shuō)明樣品受到高剪切乳化機(jī)外力的作用而形成了“粒子簇”。

　　三、性能

含10%的SiO2的PPG600-STF的粘度曲線如圖所示。由上行曲線可知：當(dāng)STF受到外界較小的高剪切乳化機(jī)剪切作用時(shí)，STF粘度下降;當(dāng)外力的高剪切乳化機(jī)剪切速率超過(guò)臨界值時(shí)，粘度隨著高剪切乳化機(jī)剪切速率的增加而變大。由下行曲線可知：隨著高剪切乳化機(jī)剪切速率的下降，流體的粘度也逐漸減小，最后回到原點(diǎn)處。

然而兩條曲線并不重合，其原因是當(dāng)高剪切乳化機(jī)剪切力減小時(shí)，由于時(shí)間過(guò)短，流體的恢復(fù)程度無(wú)法跟上高剪切乳化機(jī)的剪切速率的變化，因此粘度出現(xiàn)了輕微的降低。由此可見這種“粒子簇”是不穩(wěn)定的，當(dāng)作用于STF的剪切或沖擊消失后，“粒子簇”又能夠逐漸解離，與極性液體重新形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，流體又回復(fù)到易于流動(dòng)的液態(tài)。即這種高剪切乳化機(jī)剪切增稠現(xiàn)象具有可逆性。

　　四、應(yīng)用

切力增稠流體能夠用于個(gè)體防護(hù)領(lǐng)域是由于切力增稠流體在受到刀、刺等物件的沖擊時(shí)能夠粘度迅速變大，流體變成固體，起到防護(hù)的作用。通常，切力增稠流體固化后的屈服應(yīng)力在 10KPa 左右。將切力增稠流體與芳綸機(jī)織布等材料復(fù)合得到的防護(hù)裝備具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制備的特點(diǎn)。

從某種程度而言 “切力增稠”本身就屬于一種智能材料。這種防護(hù)材料與汽車安全帶、安全氣囊的激發(fā)原理類似，具有 “遇剛則剛，遇柔則柔”的特性。而且該材料在防割、防刺性能均優(yōu)于傳統(tǒng)材料，也使得切力增稠流體材料更具安全性和便捷性，從而使其作為一種防護(hù)材料成為了可能。