剪切增稠液及其在抗冲击缓冲方面研究进展
发布时间：2021-06-23 03:19
剪切增稠液作为一种非牛顿流体,其独特的"流-固"转化流变性能引起了科学界广泛关注。近年来,将其应用到抗冲击缓冲领域更是成为了研究热点。但是,剪切增稠的机理和流变性能的控制仍有待于进一步探索。剪切增稠装备的工业化生产与相关器件的有效开发成为当前研究难点和挑战。重点对剪切增稠机理和性能进行综述分析,并综述了目前应用到防护、缓冲领域的最新研究进展,为开发新型抗冲击缓冲材料提供启示。
【文章来源】：振动与冲击. 2019,38(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
“有序-无序转化”机理示意图Fig．2Sketchof“ordertodisorder”transition
粒子簇”的存在严重阻碍了流体的流动，使得分散体系的黏度急剧增大。Cheng等［28］将同步力学测试与高速共焦显微镜连用，研究STF在增稠过程中的内部结构变化。如图3所示。在剪切变稀阶段是由于熵力的贡献减小导致，而流体润滑力导致了粒子簇的产生，导致增稠的发生。粒子簇理论同时得到了小角度中子散射(SANS)实验方法的验证。因此“粒子簇”理论来解释剪切增稠机理更加的准确。但是，采用粒子簇理论进行模拟时，无法得到DSC中的连续几个数量级的黏度增加。图3“粒子簇”机理示意图Fig．3Sketchof“clusters”2．3膨胀理论膨胀在早期的文献中经常被用作剪切增稠的同义词。Metzner等［29］在1958年研究发现在一些没有剪切增稠的流体中也会出现膨胀，随后的40年里，流变协会开始不再将增稠与膨胀联系起来。但近20年来，许多的研究［30-31］开始重新考虑膨胀作为一种剪切增稠机理，并建立模型来解释膨胀是如何导致非连续性增稠(DST)的。膨胀理论的基本思想是当颗粒剪切流动时，由于受到流体边界的限制而挫败，剪切会对边界产生一个正应力。边界会提供一个相等且方向相反的反作用力，这个力会沿着流体中的临近粒子间的摩擦接触所形成的力链传播，如图4所示［32］。摩擦接触所产生的剪应力与正应力成正比，从而引起剪切应力随着剪切速率急剧增大，形成非连续性的剪切增稠。在剪切增稠的转化过程中粒子形成了接触网络，这些网络由摩擦力来支持并在整个系统内传递，产生类似固体的性能。图4“膨胀”机理示意图Fig．4Sketchof“dilatance”3剪切增稠液的性能3．1剪切流变性能
是如何导致非连续性增稠(DST)的。膨胀理论的基本思想是当颗粒剪切流动时，由于受到流体边界的限制而挫败，剪切会对边界产生一个正应力。边界会提供一个相等且方向相反的反作用力，这个力会沿着流体中的临近粒子间的摩擦接触所形成的力链传播，如图4所示［32］。摩擦接触所产生的剪应力与正应力成正比，从而引起剪切应力随着剪切速率急剧增大，形成非连续性的剪切增稠。在剪切增稠的转化过程中粒子形成了接触网络，这些网络由摩擦力来支持并在整个系统内传递，产生类似固体的性能。图4“膨胀”机理示意图Fig．4Sketchof“dilatance”3剪切增稠液的性能3．1剪切流变性能剪切流变性能的研究是STF其他性能及应用的基础，诸多学者对其流变性能及其影响因素进行了深入的研究。流体的剪切性能可以通过稳态和动态(振荡)剪切测量。典型的STF稳态剪切曲线如图5(a)所示，通常分为三个阶段，在初始阶段为剪切变稀阶段，黏度随着剪切速率的增大而降低;当到达临界剪切速率时，进入剪切增稠阶段，黏度会突然上升。当到达最大黏度(或剪切应力)后，分散体系再次进入剪切变稀阶段。Brown等研究发现，增稠阶段会出现在一个特定的剪切应力(τmin－τmax)范围之内，如图5(b)所示。当分散体系的剪切应力高于临界值τmin时，开始进入增稠阶段，这个临界值不受颗粒体积分数的影响。当剪切应力高于上限值τmax后，体系开始解体、破裂，再次进入剪切变稀阶段。这个上限值受到分散体系液-气界面的表面张力影响。当剪切增稠时，液-气界面的表面张力γ会产生一个向内的力来阻止颗粒突破界面飞出。这个力的
【参考文献】：
期刊论文
[1]经编间隔织物增强柔性复合材料冲击性能[J]. 陆振乾,吴利伟,孙宝忠,顾伯洪. 复合材料学报. 2014(05)
[2]剪切增稠液及阻尼器性能研究[J]. 周鸿,郭朝阳,宗路航,宣守虎,龚兴龙. 振动与冲击. 2013(18)
[3]防护与舒适并存的新型抗机械冲击防护服[J]. Graham Budden. 纺织导报. 2006(09)
本文编号：3244123
【文章来源】：振动与冲击. 2019,38(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
“有序-无序转化”机理示意图Fig．2Sketchof“ordertodisorder”transition
粒子簇”的存在严重阻碍了流体的流动，使得分散体系的黏度急剧增大。Cheng等［28］将同步力学测试与高速共焦显微镜连用，研究STF在增稠过程中的内部结构变化。如图3所示。在剪切变稀阶段是由于熵力的贡献减小导致，而流体润滑力导致了粒子簇的产生，导致增稠的发生。粒子簇理论同时得到了小角度中子散射(SANS)实验方法的验证。因此“粒子簇”理论来解释剪切增稠机理更加的准确。但是，采用粒子簇理论进行模拟时，无法得到DSC中的连续几个数量级的黏度增加。图3“粒子簇”机理示意图Fig．3Sketchof“clusters”2．3膨胀理论膨胀在早期的文献中经常被用作剪切增稠的同义词。Metzner等［29］在1958年研究发现在一些没有剪切增稠的流体中也会出现膨胀，随后的40年里，流变协会开始不再将增稠与膨胀联系起来。但近20年来，许多的研究［30-31］开始重新考虑膨胀作为一种剪切增稠机理，并建立模型来解释膨胀是如何导致非连续性增稠(DST)的。膨胀理论的基本思想是当颗粒剪切流动时，由于受到流体边界的限制而挫败，剪切会对边界产生一个正应力。边界会提供一个相等且方向相反的反作用力，这个力会沿着流体中的临近粒子间的摩擦接触所形成的力链传播，如图4所示［32］。摩擦接触所产生的剪应力与正应力成正比，从而引起剪切应力随着剪切速率急剧增大，形成非连续性的剪切增稠。在剪切增稠的转化过程中粒子形成了接触网络，这些网络由摩擦力来支持并在整个系统内传递，产生类似固体的性能。图4“膨胀”机理示意图Fig．4Sketchof“dilatance”3剪切增稠液的性能3．1剪切流变性能
是如何导致非连续性增稠(DST)的。膨胀理论的基本思想是当颗粒剪切流动时，由于受到流体边界的限制而挫败，剪切会对边界产生一个正应力。边界会提供一个相等且方向相反的反作用力，这个力会沿着流体中的临近粒子间的摩擦接触所形成的力链传播，如图4所示［32］。摩擦接触所产生的剪应力与正应力成正比，从而引起剪切应力随着剪切速率急剧增大，形成非连续性的剪切增稠。在剪切增稠的转化过程中粒子形成了接触网络，这些网络由摩擦力来支持并在整个系统内传递，产生类似固体的性能。图4“膨胀”机理示意图Fig．4Sketchof“dilatance”3剪切增稠液的性能3．1剪切流变性能剪切流变性能的研究是STF其他性能及应用的基础，诸多学者对其流变性能及其影响因素进行了深入的研究。流体的剪切性能可以通过稳态和动态(振荡)剪切测量。典型的STF稳态剪切曲线如图5(a)所示，通常分为三个阶段，在初始阶段为剪切变稀阶段，黏度随着剪切速率的增大而降低;当到达临界剪切速率时，进入剪切增稠阶段，黏度会突然上升。当到达最大黏度(或剪切应力)后，分散体系再次进入剪切变稀阶段。Brown等研究发现，增稠阶段会出现在一个特定的剪切应力(τmin－τmax)范围之内，如图5(b)所示。当分散体系的剪切应力高于临界值τmin时，开始进入增稠阶段，这个临界值不受颗粒体积分数的影响。当剪切应力高于上限值τmax后，体系开始解体、破裂，再次进入剪切变稀阶段。这个上限值受到分散体系液-气界面的表面张力影响。当剪切增稠时，液-气界面的表面张力γ会产生一个向内的力来阻止颗粒突破界面飞出。这个力的
【参考文献】：
期刊论文
[1]经编间隔织物增强柔性复合材料冲击性能[J]. 陆振乾,吴利伟,孙宝忠,顾伯洪. 复合材料学报. 2014(05)
[2]剪切增稠液及阻尼器性能研究[J]. 周鸿,郭朝阳,宗路航,宣守虎,龚兴龙. 振动与冲击. 2013(18)
[3]防护与舒适并存的新型抗机械冲击防护服[J]. Graham Budden. 纺织导报. 2006(09)
本文编号：3244123
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