一种超高浓度剪切增稠流体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种超高浓度剪切增稠流体及其制备方法和应用，该流体由纳米粒子和溶剂组成，纳米粒子在流体中的体积分数为0.63

【技术实现步骤摘要】
一种超高浓度剪切增稠流体及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种超高浓度剪切增稠流体及其制备方法和应用，属于纳米流体材料


技术介绍

[0002]剪切增稠流体是一种随外力变化而变化自身浓度的粒子悬浮液，由纳米粒子和溶剂构成。当外力作用在流体上时，粒子聚集在一起形成粒子簇，流体粘度随粒子簇的形成成倍上升。当外力撤去后，粒子簇解散，粒子重新恢复到分散悬浮状态，流体粘度也降低到平衡态。该特性使流体能吸收冲击，在防刺、防弹、防撞击等诸多领域有着潜在的应用市场。
[0003]流体吸收冲击的能力是随着流体中纳米粒子的体积分数φ(即浓度)的增加而跳跃式增加的。文献报导的流体的最高浓度φ＝0.62，而其他已公布的剪切增稠流体纳米粒子的浓度基本集中在0.46
‑
0.62，暂时未有报导φ≥0.63的超高浓度剪切增稠流体。
[0004]制备超高浓度剪切增稠流体的难点在于分散团聚的纳米粒子。现有的制备技术以旋涡振荡、低速球磨和超声分散为主。在制备中低浓度的流体时，这些制备技术能有效分散团聚的纳米粒子，使得流体具有良好的剪切增稠特性。然而在流体浓度上升至0.63或更高时，现有技术不能有效分散团聚的粒子，因此制备的流体不具备非连续性剪切增稠特性。因此需要专利技术一种制备工艺，以有效地分散团聚的纳米粒子，制备浓度为0.63或者更高的剪切增稠流体。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是为了克服现有技术的不足，提供一种流体浓度可达0.63
‑
0.65的超高浓度剪切增稠流体，该流体具有稳定的非连续性剪切增稠特性，且增稠的幅度(最高浓度与最低浓度的比值)最大可超过1000倍。
[0006]本专利技术的另一个目的是提供一种上述超高浓度剪切增稠流体的制备方法。
[0007]本专利技术的第三个目的是提供一种上述超高尝试剪切增稠流体的应用。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0009]一种超高浓度剪切增稠流体，由纳米粒子和溶剂组成，其特征在于所述纳米粒子在流体中的体积分数为0.63
‑
0.65，所述溶剂为液体聚多元醇。
[0010]本专利技术中，纳米粒子的粒径为250
‑
900nm，粒径具有单分散性，粒子材质是无机化合物，如二氧化硅或碳酸钙。
[0011]一种上述超高浓度剪切增稠流体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
[0012]a、预混合：将纳米粒子缓慢加入溶剂中，缓慢搅拌至无肉眼可见的块状物，制得预混合液；
[0013]b、剪切分散：强力剪切分散预混合液中的粒子微粒，至流体在激光笔照射下能观察到“丁达尔效应”，得初流体；
[0014]c、混匀：采用高环流仪器进一步混匀初流体，得到均一度良好的流体；
[0015]d、干燥：干燥流体至流体中水及小分子醇类杂质的含量的总和不超过3.5wt％，制得非连续性剪切增稠流体。
[0016]本专利技术制备方法中，干燥后的流体还可以重复步骤c再次混匀提高流体整体的均一度，流体在流动时的状态应该是均一的物质，没有局部分层的现象。
[0017]本专利技术中，剪切分散时用到的强力剪切分散仪器为球磨机或珠磨机或三辊式滚轧机。
[0018]本专利技术中，混匀用到的高环流仪器为旋涡振荡仪或滚瓶器。
[0019]一种上述超高浓度剪切增稠流体的应用，可以用于复合防刺材料或防撞保护体。
[0020]与现有技术相比，本专利技术有如下优点：
[0021]本专利技术的剪切增稠流体浓度为0.63
‑
0.65，比现有的所有流体非连续性剪切增稠的增稠幅度都要大(最高浓度与最低浓度的比值最大超过1000倍)，吸收冲击能量的效果更好，对于应用产品的防冲击性能提升也越显著。
[0022]本专利技术通过预混合纳米粒子后，通过强大的剪应力打碎所有团聚的纳米粒子微簇，再通过混匀装置提升流体均一度，最后进一步通过干燥控制流体中水及小分子醇类杂质的质量分数，提高流体吸收能量的效果。本专利技术制备方法简单，但可以获得流体浓度达0.63
‑
0.65的稳定的剪切增稠流体，并保证了粘度增加，流体吸收能量的效果越好的特性，为剪切增稠流体的应用开拓了更广阔的范围。
附图说明
[0023]图1是实施例1中粒径为520
±
49nm的二氧化硅球分散在相对分子质量为200的聚乙二醇中得到的不同浓度的剪切增稠流体的粘度随剪切速率变化关系图；
[0024]图2A为实施例2
‑
1和实施例2
‑
2制备的流体的粘度随剪切速率变化关系图，其中空心圆曲线表示流体2
‑
1，实心方框曲线表示流体2
‑
2；
[0025]图2B为实施例2
‑
1和实施例2
‑
2制备的流体的粘度随剪应力变化关系图，其中空心圆曲线表示流体2
‑
1，实心方框曲线表示流体2
‑
2；
[0026]图3为实施例4制备的流体的粘度随剪应力变化关系的log
‑
log曲线；
[0027]图4为实施例5制备的流体的粘度随剪切速率的变化关系图；
[0028]图5为实施例6制备的流体的粘度随剪切速率的变化关系图；
[0029]图6为实施例7制备的流体的粘度随剪切速率的变化关系图。
具体实施方式
[0030]一种由纳米粒子和溶剂组成的超高浓度剪切增稠流体，其流体浓度为0.63
‑
0.65。该流体的制备方法包括以下步骤：
[0031]a、制备预混合液：将纳米粒子缓慢加入溶剂中，并同步缓慢搅拌防止产生肉眼可见的块状物，制得预混合液；
[0032]b、剪切分散：采用强力剪切分散的方法处理预混合液，制得初流体，在激光笔照射下，该初流体应显示出较好的丁达尔效应；
[0033]c、混匀：采用高环流仪器进一步混匀初流体，得到均一度良好、流动时没有局部分层的流体；
[0034]d、干燥：干燥流体至流体中水及小分子醇类杂质的含量的总和不超过2.5wt％，即制得非连续性剪切增稠流体；
[0035]e、再次混匀：使用高环流的仪器再次混合干燥后的流体一段时间，以确保流体具备良好的均一度。
[0036]其中，纳米粒子可以为纳米二氧化硅球或纳米碳酸钙颗粒，溶剂为液体多元醇，如乙二醇、聚乙二醇100、聚乙二醇200、聚乙二醇300、聚乙二醇400。纳米粒子的粒径为250
‑
900nm，为单分散性，且粒径最大值和最小值相差不超过40％。
[0037]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步地详细说明，以下未做特殊说明的百分比均为百分比：
[0038]实施例1：
[0039]材料：
[0040]纳米粒子：粒径为520
±
49nm的纳米二氧化硅球，
[0041]溶剂：相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高浓度剪切增稠流体，由纳米粒子和溶剂组成，其特征在于所述纳米粒子在流体中的体积分数为0.63
‑
0.65，所述溶剂为液体聚多元醇。2.根据权利要求1所述的超高浓度剪切增稠流体，其特征在于所述纳米粒子的粒径为250
‑
900nm，粒径具有单分散性。3.根据权利要求1所述的超高浓度剪切增稠流体，其特征在于所述纳米粒子选自无机化合物，为二氧化硅或碳酸钙。4.一种权利要求1所述的超高浓度剪切增稠流体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：a、预混合：将纳米粒子缓慢加入溶剂中，缓慢搅拌至无肉眼可见的块状物，得预混合液；b、剪切分散：强力剪切分散预混合液中的粒子微粒形成初流体，初流体在激光笔照射下肉眼可见“丁达尔效应”；c、混匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：张赶年，石正兵，
申请(专利权)人：中山莱圃新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：