觸變性溶膠也叫切力增稠流體,由分散相粒子和液體分散介質(zhì)組成。正如標(biāo)題所寫,它具有 “遇剛則剛,遇柔則柔”的特性。分散相粒子和液體分散介質(zhì)之間存在明顯的氫鍵作用。當(dāng)流體受到高剪切乳化機高速剪切時,其粘度會突然驟增,甚至從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)或類固態(tài)物質(zhì);外力撤去后,又迅速恢復(fù)為液態(tài),呈現(xiàn)為可逆的非牛頓流體行為。

  一、制備

食品雙行星攪拌機-具有觸變性食品醬料-(2)

以nano-SiO2作為分散相,聚丙二醇(PPG400,PPG600),作為分散介質(zhì),將兩者機械共混后制成剪切增稠流體(PPG-STF)。

首先稱取一定質(zhì)量的液體分散介質(zhì)(PPG或PEG)和nano-SiO2,在高剪切乳化機的強烈剪切下將nano-SiO2緩慢加入到分散介質(zhì)中,直至其均勻分散于液體中為止。然后將混合試樣用超聲波發(fā)生器振蕩1h以驅(qū)除液體中的氣泡,并使得分散相在分散介質(zhì)中的分散更均勻,得到STF樣品。

  二、結(jié)構(gòu)

采用倒置顯微鏡觀察樣品的分散狀態(tài)。

含10%的SiO2的PPG600-STF倒置顯微鏡圖

圖中為含10%的SiO2的PPG600-STF倒置顯微鏡圖。從圖中可以看出,STF中均勻分布著一些相對孤立的團聚體,粒徑大小在10~30um,而圖中左上角的團聚體密度明顯大于其它部分,說明樣品受到高剪切乳化機外力的作用而形成了“粒子簇”。

  三、性能

含10%的SiO2的PPG600-STF的粘度曲線如圖所示。由上行曲線可知:當(dāng)STF受到外界較小的高剪切乳化機剪切作用時,STF粘度下降;當(dāng)外力的高剪切乳化機剪切速率超過臨界值時,粘度隨著高剪切乳化機剪切速率的增加而變大。由下行曲線可知:隨著高剪切乳化機剪切速率的下降,流體的粘度也逐漸減小,最后回到原點處。

含10%的SiO2的PPG600-STF的粘度曲線

然而兩條曲線并不重合,其原因是當(dāng)高剪切乳化機剪切力減小時,由于時間過短,流體的恢復(fù)程度無法跟上高剪切乳化機的剪切速率的變化,因此粘度出現(xiàn)了輕微的降低。由此可見這種“粒子簇”是不穩(wěn)定的,當(dāng)作用于STF的剪切或沖擊消失后,“粒子簇”又能夠逐漸解離,與極性液體重新形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),流體又回復(fù)到易于流動的液態(tài)。即這種高剪切乳化機剪切增稠現(xiàn)象具有可逆性。

  四、應(yīng)用

食品雙行星攪拌機-具有觸變性食品醬料-(1)

切力增稠流體能夠用于個體防護領(lǐng)域是由于切力增稠流體在受到刀、刺等物件的沖擊時能夠粘度迅速變大,流體變成固體,起到防護的作用。通常,切力增稠流體固化后的屈服應(yīng)力在 10KPa 左右。將切力增稠流體與芳綸機織布等材料復(fù)合得到的防護裝備具有結(jié)構(gòu)簡單,易于制備的特點。

從某種程度而言 “切力增稠”本身就屬于一種智能材料。這種防護材料與汽車安全帶、安全氣囊的激發(fā)原理類似,具有 “遇剛則剛,遇柔則柔”的特性。而且該材料在防割、防刺性能均優(yōu)于傳統(tǒng)材料,也使得切力增稠流體材料更具安全性和便捷性,從而使其作為一種防護材料成為了可能。

 

 

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