一种剪切增稠凝胶的制备方法及其在防破织物上的应用技术

本发明专利技术公开了一种剪切增稠凝胶的制备方法及其在防破织物上的应用，属于复合材料领域，按重量份计包括如下原料组份：80~120重量份羟基硅油、5~10重量份硼酸酯、0.5~5重量份汉麻秆芯短纤维、10~40重量份改性二氧化硅。本发明专利技术的有益效果是：采用硼酸酯取代传统方法之硼酸，可抑制与解决硼酸与羟基硅油反应太快的问题，并通过改变添加硼酸酯的用量，可在高温状态下得到不同黏稠度之硅硼聚合物，克服传统的硅硼聚合物多数在高温状态时黏稠度会大幅提高而需要在捏合机中才能进行生产的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种剪切增稠凝胶的制备方法及其在防破织物上的应用
本专利技术涉及复合材料领域，尤其涉及一种剪切增稠凝胶的制备方法及其在防破织物上的应用。
技术介绍
剪切增稠是指体系受到剪切力作用时其粘度发生快速、剧烈、非线性增加的现象，其主要原理是某种材料在不受剪切或冲击力作用时，分散相粒子和分散介质由于氢键作用而形成网状结构，分散相粒子间互不干扰，而当其受到剪切或冲击力作用时，原先形成的网状结构逐渐解体，分散相粒子间由于相互碰撞而形成粒子簇，降低了材料的流动性，导致其粘度急剧增加，表现出“增稠”的现象。当剪切力消失时，由于剪切或冲击作用形成的粒子簇逐渐分解，恢复到原先的网状结构，材料亦回到受剪切前的状态，表现为可逆性，而剪切增稠凝胶就是具有剪切增稠效应的凝胶。自20世纪80年代始，剪切增稠效应被逐渐用于材料的抗冲击性能，目前国内外对剪切增稠效应的研究主要应用于防弹材料领域，简言之，剪切增稠效应在保护人体不受或降低冲击力伤害方面有着重大意义。剪切增稠液体是一种新型智能材料，一般由分散相和分散介质组成，包括剪切增稠液和剪切增稠凝胶等，其原理大致可以解释为：将极其细小的纳米球形微粒(如SiO2坚球形微粒)混入到不挥发、流动性好的无毒液体中，形成悬浮液或凝胶，这种流动性很强的液体和坚硬的微粒结合后，即能形成性能非比寻常的剪切增稠液体。这种新型液态材料平时非常容易变形，纳米级硬质粒子呈悬浮状态；然而，一旦受到冲击，在碰撞点原先呈悬浮状态的硬质纳米粒子便会骤然聚集成微粒簇，从而使剪切增稠液体在瞬间变得十分坚硬，阻止致命冲击对人体的伤害。在常态下，剪切增稠材料十分柔软，一旦遇到高速的冲撞或挤压，材料变得坚硬从而消化外力，当外力消失后，材料会回复到它最初的柔软状态，它有着极强的吸收冲击的能力。剪切增稠效应对剪切应变率敏感，由于其特殊性能，使其在防护领域及抗冲减振领域等具有广阔的应用前景，例如用于防弹材料或其它防护设备的制备中。已有实验结果表明，剪切增稠液体在低剪切速率下，出现剪切变稀现象；在高剪切速率下，出现剪切增稠现象。现在，常见的剪切增稠材料多为基于聚乙二醇—二氧化硅颗粒的液态体系，由于其较高的流动性，应用不便。如公开号为CN103808210A的专利技术专利申请公开了一种低成本高强度柔性防护材料及其制备方法，包括多层超高分子量聚乙烯平纹编织布或无纺布、浸渍在织物表面与内部的剪切增稠流体及均匀粘附在织物表面、任意取向的非连续短纤维(碳纤维、玻璃纤维等)，其剪切增稠流体中分子胶体的质量浓度为40～70％，分子胶体基本组成和质量份数为：无机纳米颗粒0.5～1.5份、硼酸0.5～1.5份、羟基硅油9.5～10.5份、增塑剂0.05～0.5份，但是由于其硼酸与羟基硅油反应太快，高温状态时黏稠度会大幅提高而需要在捏合机中才能进行生产，工艺复杂。
技术实现思路
为克服现有技术中存在抗破能力不足、工艺较为复杂、流动性过高等问题，本专利技术提供了一种剪切增稠凝胶的制备方法，按重量份计包括如下原料组份：优选地，所述硼酸酯为含氮的硼酸酯。优选地，所述硼酸酯为三乙醇胺硼酸酯。优选地，所述汉麻秆芯短纤维的直径为50～500nm，长度低于100μm。优选地，所述剪切增稠凝胶的制备方法包括如下步骤：步骤一：将二氧化硅球分散在水和乙醇的混合溶液中，依次加入间苯二酚、甲醛后，将混合溶液在30～50℃下搅拌4～24h，抽滤并回收混合液体，干燥后即得到改性二氧化硅；步骤二：将汉麻秆芯纤维与碱性化合物溶液混合后置于球磨罐中，球磨2～8h后水洗至中性后，干燥得到汉麻秆芯短纤维；步骤三：将羟基硅油、硼酸酯、汉麻秆芯短纤维、改性二氧化硅按比例投入到高分子混料设备中，混配成基料，再将基料溶于溶剂即得到所需的剪切增稠凝胶。优选地，步骤一中水和乙醇的混合重量比为1：(1～8)，间苯二酚、甲醛和二氧化硅的混合重量比为1：(2～4)：(10～50)。优选地，所述碱性化合物为浓度为1～4mol/L的氢氧化钠或氢氧化钾溶液。优选地，步骤二中球磨时球料比为(20～40)：1，转速为200～400rpm。优选地，所述高分子共混设备是密炼机、双螺杆挤出机或捏合机。优选地，当使用密炼机进行共混时，密炼温度为130～180℃，时间为5～20分钟；当使用双螺杆挤出机进行熔融共混时，双螺杆挤出机料筒各段的温度控制在140～200℃，螺杆转速100～250rpm；当使用捏合机进行熔融共混时，捏合温度为140～200℃，时间为10～30分钟。优选地，所述溶剂为乙二醇或甲基硅油。优选地，基料和溶剂的比例为每100mL溶剂加入20～60g基料。传统的硅硼聚合物多数在高温状态时黏稠度会大幅提高而需要在捏合机中才能进行生产，而本专利技术采用硼酸酯取代传统方法之硼酸，可抑制与解决硼酸与羟基硅油反应太快之问题。并通过改变添加硼酸酯的用量，可在高温状态下得到不同黏稠度之硅硼聚合物，从而在生产时使用大型批式反应器，有利于产业化推广。本专利技术还提供了一种上述剪切增稠凝胶在防破织物上的应用，将所述剪切增稠凝胶倒入上胶机浸胶槽中，通过上胶机预浸、主浸，将所述剪切增稠凝胶均匀涂覆于连续织物上；浸渍处理后的连续织物经110～140℃的烘箱烘烤，得到具有剪切增稠效应的防破织物，其中生产连续织物的运动速度为2～10m/min。优选地，所述连续织物为玻璃纤维或其缎纹布、涤纶纤维或其布料、锦纶或其布料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)采用硼酸酯取代传统方法之硼酸，可抑制与解决硼酸与羟基硅油反应太快的问题，并通过改变添加硼酸酯的用量，可在高温状态下得到不同黏稠度之硅硼聚合物，克服传统的硅硼聚合物多数在高温状态时黏稠度会大幅提高而需要在捏合机中才能进行生产的问题；(2)通过硼酸酯来控制硅硼聚合物的反应进程和体系的粘度，进而控制剪切增稠凝胶的流动性；(3)采用汉麻秆芯短纤维和改性二氧化硅协同作用，在浸渍处理前改性二氧化硅即通过混合在基料中均匀分布在汉麻秆芯短纤维表面，再通过浸渍处理，汉麻秆芯短纤维附着于连续织物表面及内部，构成连续织物三维空间结构内部的一部分，共同增强织物的抗破能力。附图说明图1为本专利技术较佳之改性二氧化硅的扫描电镜图一；图2为本专利技术较佳之改性二氧化硅的扫描电镜图二；图3为本专利技术较佳之经过处理后汉麻秆芯短纤维的原子力显微镜图；图4为本专利技术较佳之经过处理后汉麻秆芯短纤维的原子力显微镜图对应的高度图。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本实施方式提供了一种剪切增稠凝胶的制备方法，按重量份计包括如下原料组份：作为一种优选的实施方式，所述硼酸酯为含氮的硼酸酯。作为一种优选的实施方式，所述硼酸酯为三乙醇胺硼酸酯。作为一种优选的实施方式，所述汉麻秆芯短纤维的直径为50～500nm，长度低于100μm。作为一种优选的实施方式，所述剪切增稠凝胶的制备方法包括如下步骤：步骤一：将二氧化硅球分散在水和乙醇的混合溶液中，依次加入间苯二酚、甲醛后，将混合溶液在30～50℃下搅拌4～24h，抽滤并回收混合液体，干燥后即得到改性二氧化硅；如图1和2所示为两组改性二氧化硅的扫描电镜图。步骤二：将汉麻秆芯纤维与碱性化合物溶液混合后置于球磨罐中，球磨2～8h后水洗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种剪切增稠凝胶的制备方法，其特征在于，按重量份计包括如下原料组份：羟基硅油           80~120份；硼酸酯             5~10份；汉麻秆芯短纤维     0.5~5份；改性二氧化硅       10~40份。

【技术特征摘要】
1.一种剪切增稠凝胶的制备方法，其特征在于，按重量份计包括如下原料组份：羟基硅油80~120份；硼酸酯5~10份；汉麻秆芯短纤维0.5~5份；改性二氧化硅10~40份。2.根据权利要求1所述的一种剪切增稠凝胶的制备方法，其特征在于，所述硼酸酯为含氮的硼酸酯。3.根据权利要求2所述的一种剪切增稠凝胶的制备方法，其特征在于，所述硼酸酯为三乙醇胺硼酸酯。4.根据权利要求1所述的一种剪切增稠凝胶的制备方法，其特征在于，所述汉麻秆芯短纤维的直径为50~500nm，长度低于100µm。5.根据权利要求1所述的一种剪切增稠凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：将二氧化硅球分散在水和乙醇的混合溶液中，依次加入间苯二酚、甲醛后，将混合溶液在30~50℃下搅拌4~24h，抽滤并回收混合液体，干燥后即得到改性二氧化硅；步骤二：将汉麻秆芯纤维与碱性化合物溶液混合后置于球磨罐中，球磨2~8h后水洗至中性后，干燥得到汉麻秆芯短纤维；步骤三：将羟基硅油、硼酸酯、汉麻秆芯短纤维、改性二氧化硅按比例投入...

【专利技术属性】
技术研发人员：董小琳，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：董小琳，
类型：发明
国别省市：福建,35