一種基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，包括：氧化鋁粉末、聚乙二醇和N?(ρ?氨乙基)?γ?氨丙基三甲氧基硅烷。本發(fā)明提供的基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，材料易獲得，加工方便，成本相對(duì)低廉。
【專利說明】
一種基于氧化鋁固體基材的新型剪切増稠溶液
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及材料工程領(lǐng)域，具體涉及一種基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶 液。
【背景技術(shù)】
[0002] "剪切增稠液體"（Shear Thickening Fluid，簡稱STF)是種新型的功能材料，其在 正常的狀態(tài)下是以液體的形式存在的，但是當(dāng)其受到?jīng)_擊力的作用時(shí)，其表觀粘度就會(huì)急 劇的增加，會(huì)呈現(xiàn)出像固體那樣的有很好的抗沖擊性，當(dāng)沖擊力很快消失后，又會(huì)比較迅速 地恢復(fù)到原先的狀態(tài)。
[0003] 因此，這種溶液又被稱為"固液兩相溶液"。
[0004] "剪切增稠液體"最初是美國軍方用于防彈衣設(shè)計(jì)的，其最著名配方是納米級(jí)二氧 化硅基材+聚乙二醇溶液，但是否還有其它外加劑或特殊加工工藝則不得而知。經(jīng)過本專利
【申請(qǐng)人】的實(shí)際操作，證明只使用美國軍方提出的這兩種基本材料進(jìn)行簡單物理混合的情況 下，溶液并不能達(dá)到預(yù)期的剪切增稠效果。
[0005] 我國國內(nèi)也有一些新型剪切增稠液配方或加工工藝專利，例如申請(qǐng)?zhí)枮?201410009134. X的加工工藝專利。但這些專利通常要經(jīng)過非常復(fù)雜的加工工藝(例如超聲 加工、真空條件下脫空氣或其它揮發(fā)性物質(zhì)），成本非常高昂，一旦生產(chǎn)工藝略有偏差，就有 可能造成加工失敗。
[0006] 本發(fā)明中，使用微米級(jí)氧化鋁粉末即可實(shí)現(xiàn)剪切增稠的目的，相對(duì)于使用納米級(jí) 二氧化硅粉末的配方，成本大大降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶 液。
[0008] 基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液包括:氧化鋁粉末、聚乙二醇和N-(P_氨 乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷;其中所述氧化鋁粉末的質(zhì)量占新型剪切增稠溶液總質(zhì)量 的42%-75%，所述聚乙二醇的質(zhì)量占新型剪切增稠溶液總質(zhì)量的19.4%-57.1 %，所述Ν-(Ρ-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的質(zhì)量占新型剪切增稠溶液總質(zhì)量的〇.9%-5.6%。 [0009 ]優(yōu)選地，所述氧化鋁粉末包括微米細(xì)度氧化鋁粉末。
[0010] 優(yōu)選地，所述聚乙二醇包括聚乙二醇200(即分子量為200的聚乙二醇）。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0012] 1、本發(fā)明提供的基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，可用于軍工或民用領(lǐng) 域，用于防止高速飛射物對(duì)人體、器材、建筑的破壞。
[0013] 2、本發(fā)明提供的基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，由固體顆粒和基液組 成，固液兩相溶液在承受高速撞擊時(shí)由于固體顆粒間力來不及傳播，造成固體顆粒間巨大 的咬合摩擦力，瞬時(shí)呈現(xiàn)出固體的特性，使撞擊物的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為這種溶液的內(nèi)能，從而吸收 高速撞擊的能量。該溶液瞬間固化后，具有極強(qiáng)的抗穿透性。由于其瞬間呈現(xiàn)固體特性的性 能，又可被稱為"固液兩相溶液"。
[0014] 3、本發(fā)明提供的基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，使用氧化鋁粉末作為 固體基材，使用聚乙二醇作為液體基材，使用N-( P-氨乙基)-γ -氨丙基三甲氧基硅烷作為 分散劑。所用物質(zhì)容易獲得，對(duì)人體毒副作用很小，通過普通物理加工即可生成，便于工業(yè) 推廣。
[0015] 4、本發(fā)明提供的基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，材料易獲得，加工方 便，成本相對(duì)低廉。
[0016] 5、本發(fā)明使用的氧化鋁固體基材，只需要達(dá)到微米級(jí)細(xì)度即可，相對(duì)于那些納米 級(jí)細(xì)度固體基材的配方，成本大大降低。
【具體實(shí)施方式】
[0017]
[0018] 發(fā)明人根據(jù)對(duì)美國剪切增稠液體的調(diào)研，得知其使用二氧化硅粉末和聚乙二醇兩 種材料。在此基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)了只有添加分散劑才能真正達(dá)到剪切增稠效果，探索出了 "一種 基于二氧化硅固體基材的新型剪切增稠溶液"，并提交了專利申請(qǐng)。
[0019] 在獲知分散劑的巨大作用后，考慮氧化鋁是自然界僅次于氧化硅的堅(jiān)硬固體，因 此采用此種基材進(jìn)行嘗試。
[0020] 但兩種基材加入分散劑混合后，發(fā)生分層沉淀現(xiàn)象。
[0021 ]當(dāng)發(fā)明人認(rèn)為試驗(yàn)失敗，準(zhǔn)備清洗容器時(shí)，發(fā)現(xiàn)倒掉上層清液后，下層乳白色沉淀 具有一定的剪切增稠效果，經(jīng)過進(jìn)一步調(diào)整分散劑和氧化鋁粉末用量，配制的溶液也可以 體現(xiàn)出較好的剪切增稠效果。
[0022] 本實(shí)施例即提供一種基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，包括:質(zhì)量分?jǐn)?shù) 50%微米細(xì)度的氧化鋁粉末、質(zhì)量分?jǐn)?shù)48.2%聚乙二醇和質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.8% Ν-(Ρ-氨乙基)-γ_氨丙基三甲氧基硅烷。其中聚乙二醇包括但不限于聚乙二醇200，Ν-(Ρ_氨乙基)-γ_氨 丙基三甲氧基硅烷在溶液中起到分散劑作用。
[0023] 使用簡單的攪拌法、擠壓法即可加工上述基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶 液，并達(dá)到良好的加工效果。不必采用超聲清洗法、雙行星球磨法等較為復(fù)雜的加工方法。 在本發(fā)明配制過程中，易出現(xiàn)分層沉淀現(xiàn)象，此時(shí)倒掉上層清液，在下層沉淀物基礎(chǔ)上繼續(xù) 添加固體粉末和分散劑即可。
[0024] 為評(píng)價(jià)溶液的抗沖擊效果，設(shè)計(jì)了沖擊試驗(yàn)臺(tái)架，通過從不同高度跌落的標(biāo)準(zhǔn)撞 擊物，沖擊在燒杯中的溶液上，通過溶液對(duì)沖擊物的反向加速度，可評(píng)判溶液的抗沖擊效 果。
[0025]各種高度下沖擊物受到典型的配比溶液(50%質(zhì)量分?jǐn)?shù)氧化鋁，3.8%Ν-(Ρ_氨乙 基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷)的平均反向加速度如下表所示：
[0026]典型配比聚乙二醇+氧化鋁溶液沖擊試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表
[0029] *l:g為重力加速度。
[0030] 保持氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)50%，調(diào)整N-(P-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷用量，當(dāng) 用量0.9 %時(shí)，4m跌落沖擊反向加速度-32.37g，溶液過于黏稠，繼續(xù)減少用量則難以攪拌加 工，出現(xiàn)無法溶解的干粉；當(dāng)用量達(dá)到5.5%時(shí)，4m跌落沖擊反向加速度-24.5g，溶液有些過 ?。划?dāng)用量達(dá)到8%時(shí)，溶液過稀，燒杯被砸壞?？紤]以4m沖擊達(dá)到-20g的加速度作為驗(yàn)收指 標(biāo)，并考慮可加工性，N-(p-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷的用量宜在0.9-5.6%之間。
[0031] 保持Ν-(Ρ-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷用量為3.8%，調(diào)整氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)， 當(dāng)取為35 %時(shí)，溶液過稀，幾乎沒有剪切增稠效果，燒杯被砸壞；當(dāng)取為42 %時(shí)，溶液過稀， 4m跌落沖擊反向加速度-19.33g;當(dāng)取為75%時(shí)，溶液過稠，4m跌落沖擊反向加速度-36.57g，但繼續(xù)增加濃度難以攪拌加工，出現(xiàn)無法溶解的干粉?？紤]以4m沖擊達(dá)到-20g的加 速度作為驗(yàn)收指標(biāo)，并考慮可加工性，氧化鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)宜在42%-75%之間。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)施例具有以下有益效果：
[0033] 1、本實(shí)施例提供的基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，可用于軍工或民用 領(lǐng)域，用于防止高速飛射物對(duì)人體、器材、建筑的破壞。
[0034] 2、本實(shí)施例提供的基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，由固體顆粒和基液 組成，固液兩相溶液在承受高速撞擊時(shí)由于固體顆粒間力來不及傳播，造成固體顆粒間巨 大的咬合摩擦力，瞬時(shí)呈現(xiàn)出固體的特性，使撞擊物的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為這種溶液的內(nèi)能，從而吸 收高速撞擊的能量。該溶液瞬間固化后，具有極強(qiáng)的抗穿透性。由于其瞬間呈現(xiàn)固體特性的 性能，又可被稱為"固液兩相溶液"。
[0035] 3、本實(shí)施例提供的基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，使用氧化鋁粉末作 為固體基材，使用聚乙二醇作為液體基材，使用N-(p-氨乙基)-γ -氨丙基三甲氧基硅烷作 為分散劑。所用物質(zhì)容易獲得，對(duì)人體毒副作用很小，通過普通物理加工即可生成，便于工 業(yè)推廣。
[0036] 4、本實(shí)施例提供的基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，相比國內(nèi)一些加工 工藝復(fù)雜、成本高昂的新型剪切增稠液配方，該溶液材料易獲得;固體基材只需要微米級(jí)細(xì) 度接口，大大降低了原材料成本;加工方便(簡單的物理攪拌即可），不需要真空室等特殊的 設(shè)施或裝備;總成本低廉。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，其特征在于，包括:氧化鋁粉末、聚 乙二醇和N-(p-氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷;其中所述氧化鋁粉末的質(zhì)量占新型剪切 增稠溶液總質(zhì)量的42%-75%，所述聚乙二醇的質(zhì)量占新型剪切增稠溶液總質(zhì)量的19.4%_ 57.1 %，所述Ν-(ρ-氨乙基)-γ -氨丙基三甲氧基硅烷的質(zhì)量占新型剪切增稠溶液總質(zhì)量的 0.9%-5.6%〇2. 如權(quán)利要求1所述的基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，其特征在于，所述氧 化鋁粉末包括微米細(xì)度氧化鋁粉末。3. 如權(quán)利要求1所述的基于氧化鋁固體基材的新型剪切增稠溶液，其特征在于，所述聚 乙二醇包括聚乙二醇200。
【文檔編號(hào)】C09K3/00GK105969309SQ201610297057
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年5月6日
【發(fā)明人】程書劍, 宋曉冰, 葛鴻輝, 王曉雯, 滕培斌, 曹舟, 袁芳
【申請(qǐng)人】上海核工程研究設(shè)計(jì)院