[发明专利]一种剪切增稠凝胶的制备方法及其在防破织物上的应用

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，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。

背景技术

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的发明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。

发明内容

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，本发明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：