專利名稱：一種多元分散相阻燃型剪切增稠液體及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種功能型非牛頓流體的制備及其應(yīng)用。具體涉及一種由硬質(zhì)納米球型粒子和碳材料組成的多元分散相阻燃型剪切增稠液體及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
剪切增稠液體(STF)是由分散相粒子和分散介質(zhì)組成，是一種非牛頓力學(xué)行為可逆流體，在平衡狀態(tài)下，表現(xiàn)為分散膠體形式；而在承受高速剪切力作用時(shí)，其粘度急劇增加，表現(xiàn)出固體行為；當(dāng)承受的外界作用力撤銷后，又能恢復(fù)到平衡狀態(tài)下的分散膠體形式。關(guān)于剪切增稠液的制備技術(shù)、表征及其應(yīng)用里已有相關(guān)報(bào)道。例如，中國(guó)專利，CN200810020141. 4龔興龍等公開了一種剪切增稠液體抗沖減振器，通過利用剪切增稠液體 的剪切增稠特性，降低活塞與缸體的加工要求。中國(guó)專利，CN200710075526. 6曹海琳等，《軟質(zhì)防刺材料及軟體防刺復(fù)合結(jié)構(gòu)》公開了一種軟體防刺材料，包括纖維織物和具有剪切增稠特性的液體，所述具有剪切增稠特性的液體復(fù)合與所述纖維織物內(nèi)部或表面。中國(guó)專利，CN200710122028. 2高軼夫公開了一種液態(tài)性材料的防彈防刺服，其主要特征包括用具有剪切增稠特性的硬質(zhì)納米粒子懸浮液制成的剪切增稠液體浸潰的高強(qiáng)度纖維織物單層或多層疊加制成；外罩用粘扣粘連和紐扣掛接方式將防彈防刺材料連接在外罩的內(nèi)側(cè)或夾層。以上方法中，都只是提及將硬質(zhì)納米粒子分散于非蒸發(fā)性的分散介質(zhì)中，形成單分散剪切增稠液體；同時(shí)，以上方法中也沒有對(duì)這類單分散剪切增稠液體的粘度表征 ’另夕卜，以上方法中都沒有提及多元分散相剪切增稠液的制備方法及應(yīng)用。由于單分散相剪切增稠液功能單一，不宜適用于超高剪切應(yīng)力范圍、火場(chǎng)等惡劣環(huán)境，從而大大地限制了剪切增稠液的應(yīng)用范圍。碳材料各種綜合性能十分優(yōu)良，現(xiàn)被廣泛地應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門。碳材料具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、高的抗熱震性、化學(xué)穩(wěn)定性，它有金屬和陶瓷的性能，能起到單一的金屬、陶瓷起不到的作用，可用于阻燃材料的研究與開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有單分散相剪切增稠液體的不足之處，提供能適應(yīng)于超高剪切應(yīng)力使用范圍的多元分散相具有阻燃功能的剪切增稠液體及其制備方法與應(yīng)用。為此，本發(fā)明提出了一種多元分散相阻燃型剪切增稠液體，包括硬質(zhì)納米粒子分散相和碳材料分散相，所述的具有阻燃型剪切增稠液體可通過超聲技術(shù)、噴涂技術(shù)、上漿工藝技術(shù)對(duì)纖維織物內(nèi)部或表面進(jìn)行浸潰復(fù)合或涂覆復(fù)合，制備得到具有阻燃功能的輕型柔性軟質(zhì)防護(hù)材料。本發(fā)明合理設(shè)計(jì)并利用了硬質(zhì)納米球型粒子的納米效應(yīng)和碳材料的自身特性，制備出阻燃型、具有顯著剪切增稠特性的液體；工藝簡(jiǎn)單，操作方便，本發(fā)明可以在具有顯著剪切增稠特性的基礎(chǔ)上提供阻燃功能，擴(kuò)大剪切增稠液體的應(yīng)用范圍，可用于具有阻燃功能的輕型柔性軟質(zhì)防護(hù)材料的制備。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種多元分散相阻燃型剪切增稠液體的制備方法，包括下述步驟首先在30 60°C溫度下，分別將100重量份分散介質(zhì)熔融，然后加入40 70重量份硬質(zhì)納米球型粒子，在30 60°C溫度下分散40 70分鐘后，再加入I 10重量份碳材料，同時(shí)加入10 20重量份的分散介質(zhì)，常壓下繼續(xù)分散I 4小時(shí)，得到多元分散相的具有顯著剪切增稠特性的液體，粘度為100 IOOOOOPa S/25°C，阻燃級(jí)別達(dá)到UL-94V-0級(jí)。所述分散介質(zhì)為為不同分子量的聚乙二醇的一種或者二種以上的混合物，聚乙二醇的分子量范圍為200 10000。所述的多元分散相中所述的硬質(zhì)納米球型粒子分散相主要包括納米二氧化硅粒子、聚苯乙烯粒子、聚甲基丙烯酸甲酯粒子，粒徑大小在IOnm IOym;所述的碳材料分散 相主要為石墨、金剛石、碳黑、富勒烯、碳納米管、石墨烯的一種或者二種以上的混合物。所述的分散方法是指超聲振蕩、攪拌、高速球磨等技術(shù)方法中的一種或二種及以上的復(fù)合分散技術(shù)方法。所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液體可用于功能型輕型柔性軟質(zhì)防護(hù)材料的制備?？赏ㄟ^超聲技術(shù)、噴涂技術(shù)、上漿工藝技術(shù)、灌裝、熱縫紉技術(shù)對(duì)纖維織物進(jìn)行浸潰復(fù)合、涂覆復(fù)合或灌封復(fù)合，其中浸潰與涂覆復(fù)合主要包括單面、雙面和圖形化浸潰或涂覆。本專利的有益效果是I、本發(fā)明所采用的硬質(zhì)納米粒子、碳材料等原料廉價(jià)易得，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單。2、本發(fā)明充分應(yīng)用了碳材料的特性，在充分發(fā)揮剪切增稠特性的基礎(chǔ)上，賦予其阻燃的功能。3、本發(fā)明充分利用超聲技術(shù)、噴涂技術(shù)、上漿工藝技術(shù)、灌裝、熱縫紉技術(shù)等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，根據(jù)具體的實(shí)際應(yīng)用情況制備出重量輕、造價(jià)低、柔質(zhì)的具有阻燃功能的防護(hù)材料。本發(fā)明與已有方式制備的剪切增稠液不同之處在于采用了碳材料作為分散相和不同分子量聚乙烯作為分散介質(zhì)，從物理化學(xué)結(jié)構(gòu)方面入手，在顯著提高其剪切增稠效應(yīng)的基礎(chǔ)上，賦予其阻燃的性能，得到了一種多元分散相阻燃型剪切增稠液體，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。


圖I為本發(fā)明多元分散相阻燃型剪切增稠液體的制備流程圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的多元分散相阻燃型剪切增稠液體及其制備方法的具體實(shí)施方式
進(jìn)行說明。具體制備流程圖如附圖I所示，先將分散介質(zhì)與硬質(zhì)納米粒子混合并分散均勻，然后再加入碳材料和分散介質(zhì)，制備得到多元分散相阻燃型、具有顯著剪切增稠特性的液體。實(shí)施例I
將100重量份分子量為200的聚乙二醇倒入反應(yīng)容器,升溫至30°C,然后再加入50重量份硬質(zhì)納米球型二氧化硅粒子，在30°C溫度下分散50分鐘后，再加入2重量份碳黑，同時(shí)加入10重量份的分子量為400的聚乙二醇，常壓下繼續(xù)分散I小時(shí)，得到多元分散相阻燃型具有顯著剪切增稠特性的液體，起始粘度為178Pa S/25°C，阻燃級(jí)別達(dá)到了UL-94V-0 級(jí)。將剪切增稠液與纖維織物體積比按I : 3的比例稀釋配置成剪切增稠浸潰液，通過超聲技術(shù)使纖維織物充分吸收剪切增稠浸潰液，浸潰后將溶劑乙醇干燥蒸發(fā)，即制成具有阻燃功能的輕型柔性軟質(zhì)防護(hù)材料。
實(shí)施例2將100重量份分子量為400的聚乙二醇倒入反應(yīng)容器，升溫至35°C，然后再加入60重量份硬質(zhì)納米球型二氧化硅粒子，在35°C溫度下分散50分鐘后，再加入5重量份碳納米管，同時(shí)加入15重量份的分子量為200的聚乙二醇，常壓下繼續(xù)分散2小時(shí)，得到多元分散相的具有顯著剪切增稠特性的液體，起始粘度為1510Pa S/25°C，阻燃級(jí)別達(dá)到了UL-94V-0 級(jí)。將配制好的具有剪切增稠特性的液體按比例分批次緩慢灌裝入制好的袋型纖維密封織物中，并通過灌裝熱縫紉技術(shù)制得具有阻燃功能的輕型柔性軟質(zhì)防護(hù)材料。實(shí)施例3將95重量份分子量為200和5重量份分子量為10000的聚乙二醇倒入反應(yīng)容器，升溫至45°C，然后再加入55重量份硬質(zhì)納米球型二氧化硅粒子，在45°C溫度下分散50分鐘后，再加入5重量份石墨烯，同時(shí)加入20重量份的分子量為200的聚乙二醇，常壓下繼續(xù)分散4小時(shí)，得到多元分散相的具有顯著剪切增稠特性的液體，起始粘度為15400Pa S/25°C，阻燃級(jí)別達(dá)到了 UL-94V-0 級(jí)。將剪切增稠液與纖維織物體積比按I : 7的比例稀釋配置成剪切增稠浸潰液，通過噴涂技術(shù)使纖維織物充分吸收剪切增稠浸潰液，浸潰后將溶劑乙醇干燥蒸發(fā)，即制成具有阻燃功能的輕型柔性軟質(zhì)防護(hù)材料。
權(quán)利要求
1.一種多元分散相阻燃型剪切增稠液體的制備方法，其特征在于包括下述步驟首先在30 60°C溫度下，分別將100重量份分散介質(zhì)熔融，然后加入40 70重量份硬質(zhì)納米球型粒子，在30 60°C溫度下分散40 70分鐘后，再加入I 10重量份碳材料，同時(shí)加入10 20重量份的分散介質(zhì)，常壓下繼續(xù)分散I 4小時(shí)，得到多元分散相阻燃型具有顯著剪切增稠特性的液體，粘度為100 IOOOOOPa S/25°C，阻燃級(jí)別達(dá)到UL-94V-0級(jí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液體的制備方法，其特征在于，所述的分散介質(zhì)為不同分子量的聚乙二醇的一種或者二種以上的混合物，聚乙二醇的分子量范圍為200 10000。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液體的制備方法，其特征在于，所述的分散相為硬質(zhì)球型納米粒子和碳材料組成的多元分散相。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液體的制備方法，其特征在于，所述的硬質(zhì)納米球型粒子分散相主要包括納米二氧化硅粒子、聚苯乙烯粒子、聚甲基丙烯酸甲酯粒子，粒徑大小在IOnm lOiim。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液體的制備方法，其特征在于，所述的碳材料分散相主要為石墨、金剛石、碳黑、富勒烯、碳納米管、石墨烯的一種或者二種以上的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液體的制備方法，其特征在于，所述的分散方法主要有超聲振蕩、攪拌、高速球磨的一種或二種及以上的復(fù)合分散技術(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I的所述的一種多元分散相阻燃型剪切增稠液體的制備方法，其特征在于合理設(shè)計(jì)并利用了了硬質(zhì)納米球型粒子的納米效應(yīng)和碳材料的自身特性，從而制備出阻燃型、具有顯著剪切增稠特性的液體。
8.如權(quán)利要求書I所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液體的用途，可用于具有阻燃功能的輕型柔性軟質(zhì)防護(hù)材料的制備。
9.如權(quán)利要求書8所述的多元分散相阻燃型剪切增稠液體的用途，可通過超聲技術(shù)、噴涂技術(shù)、上漿工藝技術(shù)、灌裝技術(shù)對(duì)纖維織物進(jìn)行浸潰復(fù)合、涂覆復(fù)合或灌封復(fù)合，其中浸潰與涂覆復(fù)合主要包括單面、雙面和圖形化浸潰或涂覆。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多元分散相阻燃型剪切增稠液體及其制備方法與應(yīng)用，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明多元分散相阻燃型剪切增稠液體的制備方法如下首先在30～60℃溫度下，分別將100重量份分散介質(zhì)熔融，然后加入40～70重量份硬質(zhì)納米球型粒子，在30～60℃溫度下分散40～70分鐘后，再加入1～10重量份碳材料，同時(shí)加入10～20重量份的分散介質(zhì)，常壓下繼續(xù)分散1～4小時(shí)，得到多元分散相的具有顯著剪切增稠特性的液體，粘度為100～100000Pa·S/25℃，阻燃級(jí)別達(dá)到UL-94V-0級(jí)。本發(fā)明合理設(shè)計(jì)并應(yīng)用了硬質(zhì)納米球型粒子的納米效應(yīng)和碳材料的自身特性，制備出多元分散相阻燃型、具有顯著剪切增稠特性的液體。本發(fā)明多元分散相阻燃型剪切增稠液體可通過超聲技術(shù)、噴涂技術(shù)、上漿工藝技術(shù)、灌裝、熱縫紉技術(shù)對(duì)纖維織物進(jìn)行浸漬復(fù)合、涂覆復(fù)合或灌封復(fù)合，制備得到具有阻燃功能的輕型柔性軟質(zhì)防護(hù)材料。
文檔編號(hào)D06M15/263GK102733175SQ20111009325
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月8日
發(fā)明者俞科靜, 曹海建, 錢坤 申請(qǐng)人:江南大學(xué)