剪切增稠液作為一種非牛頓流體,其獨(dú)特的"流-固"轉(zhuǎn)化流變性能引起了科學(xué)界廣泛關(guān)注。近年來,將其應(yīng)用到抗沖擊緩沖領(lǐng)域更是成為了研究熱點(diǎn)。但是,剪切增稠的機(jī)理和流變性能的控制仍有待于進(jìn)一步探索。剪切增稠裝備的工業(yè)化生產(chǎn)與相關(guān)器件的有效開發(fā)成為當(dāng)前研究難點(diǎn)和挑戰(zhàn)。重點(diǎn)對剪切增稠機(jī)理和性能進(jìn)行綜述分析,并綜述了目前應(yīng)用到防護(hù)、緩沖領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展,為開發(fā)新型抗沖擊緩沖材料提供啟示。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2019,38(17)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

“有序-無序轉(zhuǎn)化”機(jī)理示意圖Fig．2Sketchof“ordertodisorder”transition

粒子簇”的存在嚴(yán)重阻礙了流體的流動，使得分散體系的黏度急劇增大。Cheng等［28］將同步力學(xué)測試與高速共焦顯微鏡連用，研究STF在增稠過程中的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化。如圖3所示。在剪切變稀階段是由于熵力的貢獻(xiàn)減小導(dǎo)致，而流體潤滑力導(dǎo)致了粒子簇的產(chǎn)生，導(dǎo)致增稠的發(fā)生。粒子簇理論同時(shí)得到了小角度中子散射(SANS)實(shí)驗(yàn)方法的驗(yàn)證。因此“粒子簇”理論來解釋剪切增稠機(jī)理更加的準(zhǔn)確。但是，采用粒子簇理論進(jìn)行模擬時(shí)，無法得到DSC中的連續(xù)幾個(gè)數(shù)量級的黏度增加。圖3“粒子簇”機(jī)理示意圖Fig．3Sketchof“clusters”2．3膨脹理論膨脹在早期的文獻(xiàn)中經(jīng)常被用作剪切增稠的同義詞。Metzner等［29］在1958年研究發(fā)現(xiàn)在一些沒有剪切增稠的流體中也會出現(xiàn)膨脹，隨后的40年里，流變協(xié)會開始不再將增稠與膨脹聯(lián)系起來。但近20年來，許多的研究［30-31］開始重新考慮膨脹作為一種剪切增稠機(jī)理，并建立模型來解釋膨脹是如何導(dǎo)致非連續(xù)性增稠(DST)的。膨脹理論的基本思想是當(dāng)顆粒剪切流動時(shí)，由于受到流體邊界的限制而挫敗，剪切會對邊界產(chǎn)生一個(gè)正應(yīng)力。邊界會提供一個(gè)相等且方向相反的反作用力，這個(gè)力會沿著流體中的臨近粒子間的摩擦接觸所形成的力鏈傳播，如圖4所示［32］。摩擦接觸所產(chǎn)生的剪應(yīng)力與正應(yīng)力成正比，從而引起剪切應(yīng)力隨著剪切速率急劇增大，形成非連續(xù)性的剪切增稠。在剪切增稠的轉(zhuǎn)化過程中粒子形成了接觸網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)由摩擦力來支持并在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)傳遞，產(chǎn)生類似固體的性能。圖4“膨脹”機(jī)理示意圖Fig．4Sketchof“dilatance”3剪切增稠液的性能3．1剪切流變性能

是如何導(dǎo)致非連續(xù)性增稠(DST)的。膨脹理論的基本思想是當(dāng)顆粒剪切流動時(shí)，由于受到流體邊界的限制而挫敗，剪切會對邊界產(chǎn)生一個(gè)正應(yīng)力。邊界會提供一個(gè)相等且方向相反的反作用力，這個(gè)力會沿著流體中的臨近粒子間的摩擦接觸所形成的力鏈傳播，如圖4所示［32］。摩擦接觸所產(chǎn)生的剪應(yīng)力與正應(yīng)力成正比，從而引起剪切應(yīng)力隨著剪切速率急劇增大，形成非連續(xù)性的剪切增稠。在剪切增稠的轉(zhuǎn)化過程中粒子形成了接觸網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)由摩擦力來支持并在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)傳遞，產(chǎn)生類似固體的性能。圖4“膨脹”機(jī)理示意圖Fig．4Sketchof“dilatance”3剪切增稠液的性能3．1剪切流變性能剪切流變性能的研究是STF其他性能及應(yīng)用的基礎(chǔ)，諸多學(xué)者對其流變性能及其影響因素進(jìn)行了深入的研究。流體的剪切性能可以通過穩(wěn)態(tài)和動態(tài)(振蕩)剪切測量。典型的STF穩(wěn)態(tài)剪切曲線如圖5(a)所示，通常分為三個(gè)階段，在初始階段為剪切變稀階段，黏度隨著剪切速率的增大而降低;當(dāng)?shù)竭_(dá)臨界剪切速率時(shí)，進(jìn)入剪切增稠階段，黏度會突然上升。當(dāng)?shù)竭_(dá)最大黏度(或剪切應(yīng)力)后，分散體系再次進(jìn)入剪切變稀階段。Brown等研究發(fā)現(xiàn)，增稠階段會出現(xiàn)在一個(gè)特定的剪切應(yīng)力(τmin－τmax)范圍之內(nèi)，如圖5(b)所示。當(dāng)分散體系的剪切應(yīng)力高于臨界值τmin時(shí)，開始進(jìn)入增稠階段，這個(gè)臨界值不受顆粒體積分?jǐn)?shù)的影響。當(dāng)剪切應(yīng)力高于上限值τmax后，體系開始解體、破裂，再次進(jìn)入剪切變稀階段。這個(gè)上限值受到分散體系液-氣界面的表面張力影響。當(dāng)剪切增稠時(shí)，液-氣界面的表面張力γ會產(chǎn)生一個(gè)向內(nèi)的力來阻止顆粒突破界面飛出。這個(gè)力的

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3244123