聚氧化乙烯-納米二氧化硅水溶液剪切增稠行為的研究.pdf

1、剪切增稠流體(ShearThickeningFluid，STF)是非牛頓流體中的一種，也稱之為膨脹性流體，是一種新型的Smart(智能)材料。一般在正常狀態(tài)下即沒有外力作用時剪切增稠流體材料表現(xiàn)為流體性能，一旦遇到擠壓或者是高速沖擊等外界應(yīng)力作用時，材料會體現(xiàn)非流體性能而變得十分堅硬。即流體材料剪切黏度會隨著剪切速率的增大而增加。對于絕大多數(shù)常見的分散體系如乳膠、懸浮液、高分子/填料等體系均具有剪切增稠的行為。近些年來隨著研究的深入，疏

2、水締合高聚物、聚電解質(zhì)等在適當(dāng)?shù)臐舛葪l件下也會出現(xiàn)剪切增稠現(xiàn)象。利用體系具有剪切增稠這種獨特的性能，我們在抗震減沖、日用化工、軍工和強化采油等領(lǐng)域推廣應(yīng)用，并且取得了非常顯著的效果。因此對于剪切增稠流體的研究具有十分廣泛的應(yīng)用意義和科研價值。
　　 本論文的研究是基于大量文獻調(diào)研和上述研究背景展開的。實驗主要采用流變的方法，結(jié)合激光粒度分析和黏度分析等測試手段，根據(jù)相關(guān)文獻研究了聚氧化乙烯(PEO)和納米二氧化硅(SiO2)復(fù)合

3、體系溶液的剪切增稠行為，并在此基礎(chǔ)上深入探討了不同醇以及溫度對PEO/SiO2復(fù)合體系剪切增稠的影響。隨后進一步研究了含有不同分子量PEO的不同復(fù)合體系混合溶液的流變行為。
　　 1、聚合物的結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，隨著近代技術(shù)的發(fā)展和高分子工業(yè)的發(fā)展，形成了聚合物結(jié)構(gòu)的“大分子學(xué)說”，為聚合物的研究奠定了理論基礎(chǔ)。由于分子量大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聚合物溶液更體現(xiàn)了不同的特殊性能。對于特定的具有特殊相互作用的聚合物分子，在適當(dāng)?shù)臐舛葪l件下

4、(一般指的是亞濃溶液狀態(tài))，往往體系會表現(xiàn)出其剪切黏度隨著剪切速率的增加而不斷增大的特殊剪切增稠行為。本文將從剪切增稠行為、剪切增稠機理以及影響剪切增稠因素等方面具體介紹聚合物溶液這一特殊性質(zhì)。
　　 2、PEO/SiO2復(fù)合體系水溶液具有明顯的剪切增稠行為，討論了不同的醇對復(fù)合體系水溶液剪切增稠行為的影響，發(fā)現(xiàn)加入一元醇(甲醇、乙醇和異丙醇)以后，聚氧化乙烯和納米二氧化硅復(fù)合體系出現(xiàn)剪切增稠對應(yīng)的臨界剪切速率γc逐漸增加；加入

5、二元醇(乙二醇)，復(fù)合體系出現(xiàn)剪切增稠對應(yīng)的臨界剪切速率γc基本不變；與此相反，加入三元醇(丙三醇)后，復(fù)合體系出現(xiàn)剪切增稠對應(yīng)的臨界剪切速率γc逐漸減小。醇對PEO/SiO2復(fù)合體系剪切增稠行為影響的不同與醇在納米二氧化硅表面的吸附導(dǎo)致表面性質(zhì)產(chǎn)生改變以及醇與高分子鏈相互作用等因素密切相關(guān)。
　　 3、單獨更大分子量的PEO(6×106g/mol)溶液經(jīng)研究也有剪切增稠的現(xiàn)象。本論文研究不同分子量PEO的流變行為發(fā)現(xiàn)：50萬P

6、EO在一定的濃度條件下表現(xiàn)為牛頓流體性能，即溶液黏度不隨剪切速率的增加而增加；400萬PEO在一定濃度條件下表現(xiàn)為非牛頓流體性能(假塑性流體)，溶液黏度隨著剪切速率的增加而減小；600萬或者更大分子量PEO溶液表現(xiàn)為剪切增稠性能，溶液黏度在一定剪切速率條件下隨著剪切速率的增加而增加，可能原因是溶液在外界剪切應(yīng)力的作用下，誘導(dǎo)大分子鏈自團聚(Self-aggregation)，表現(xiàn)為剪切增稠的現(xiàn)象。同時進一步探討了不同溫度條件對剪切增稠的