一种基于SiO2微纳米球的剪切增稠流体的制备方法

近年来研究发现，单分散SiO2微纳米球分散在有机溶剂中制备的流体具有受到冲击的瞬间粘度迅速增加的剪切增稠特征，利用这一特性开发的复合材料具有抗冲击、抗锐器穿刺、减震、吸能等多种功能。美国Delaware大学的N.J.Wagner等人首先提出利用这种剪切增稠流体制备防护装甲的构想，他们的研究表明：利用单分散亚微米二氧化硅粒子分散悬浮在聚乙二醇中制得的剪切增稠流体与杜邦公司的芳纶(Kevlar)纤维布复合制备的复合材料，在不降低原料布灵活性的同时，其防弹性能有很大提高，防刀刺性能有少许的提高，而防锥刺性能则有很明显的提高。这种新型防护材料很好的调和了防护性能和舒适性二者很难兼顾的矛盾，使得两者间能够和谐共存，具有防护能力高、质量轻、柔软坚韧的特点，迎合了个人防护材料全面、舒适、轻量化的发展方向，是一种防护性能优异、应用广泛的新材料，在军民两用领域都具有巨大的应用前景、社会效益和经济价值。

由此，基于SiO2微纳米球的剪切增稠流体的制备方法就成了应用剪切增稠流体的前提和物质基础。N.J.Wagner等人提出了两种制备剪切增稠流体的方法，一是以SiO2干粉为原料，采用球磨24小时的方法将之直接分散在聚乙二醇溶剂中；二是以SiO2颗粒的水相悬浮液为原料，先用高速离心机分离水相悬浮液，得到的固相分离物再分散在聚乙二醇溶剂中，随后再次离心分离，重复以上操作4次逐步用聚乙二醇取代水，最终制得剪切增稠流体。近年来，有关剪切增稠流体制备的报道大都很粗略，基本上都可归入到以上两种方法之中。整体上，以上方法作为实验室研究之用是可行的，但要实现大批量的剪切增稠流体规模制备仍有一些不足。如由于微纳米SiO2表面的硅羟基极性较强，干粉颗粒间的团聚现象严重，团聚程度较强，而聚合物溶剂的粘度又较高，单纯的球磨、搅拌等物理分散手段很难分散已团聚的颗粒聚集体，即使有超声波作为强化分散手段，仍然需要很长的制备时间。而以SiO2颗粒的水相悬浮液为原料，采用多次离心再分散的手段，逐步用聚合物溶剂取代水溶剂的方法可以在一定程度上克服颗粒间的团聚，获得SiO2颗粒在聚合物溶剂中分散性较好的剪切增稠流体，但该法仍然存在着制备周期长、能耗高、成本高、难量产的问题。

华炬新产品研究所技术咨询委员会科研人员现推荐一项一种基于SiO2微纳米球的剪切增稠流体的制备方法，该技术方案的有益效果在于：该技术提供的SiO2微纳米球的剪切增稠流体的制备方法能够有效防止SiO2微纳米球的团聚和实现颗粒的均匀分散，具有工艺简单、制备周期短、操作控制性强、产物性能稳定、易量产、能耗低、三废少、和成本低等多种优势，特别适用于工业化生产。将该技术提供的方法制备的基于SiO2微纳米球的剪切增稠流体，应用于软体防护复合材料的制备中，所获得的复合材料防护能力高、质量轻、柔软坚韧能够满足个体防护材料全面、舒适、轻量化的要求，现将该一种基于SiO2微纳米球的剪切增稠流体的制备方法及技术方案实施例介绍如下供研究交流参考：（771211  491645）

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