[发明专利]一种超高浓度剪切增稠流体及其制备方法和应用

说明书

本发明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0.63‑0.65，溶剂为液体聚多元醇。纳米粒子通过预混合再受强力剪切分散至出现“丁达尔效应”，再采用高环流仪器进一步混匀使流体均一度良好，最后干燥至小分子醇类杂质的含量的总和不超过3.5wt％即可。本发明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。

技术领域

本发明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领域。

背景技术

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。

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。

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。因此需要发明一种制备工艺，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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

本发明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。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

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。

本发明中，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。

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：

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；

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；

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；

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。

本发明制备方法中，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。

本发明中，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。

本发明中，混匀用到的高环流仪器为旋涡振荡仪或滚瓶器。