交联密度对PBDMS性能影响的研究.docx

1、交联密度对PBDMS性能影响的研究摘要硼酸改性端羟基聚二甲基硅氧烷(PBDMS)是一种具有剪切增稠效应的胶泥态硅系高分子材料，近年来作为弹性胶泥而逐渐在桥梁、建筑等减震阻尼器或速度锁定器上得到一定应用。但长期以来，各相关生产企业、研究院所对其增强改性的复合材料基本无研究报道。剪切增稠液体材料表现出的剪切增稠效应是一种非牛顿流体的行为，其流变特征为在特定的剪切速率条件下，随剪切速率的提高体系的黏度急剧升高，从而导致体系发生类似于相转变的现象。本实验旨在探究PBDMS改性双组份硅橡胶复合材料的抗冲击力学性能。通过改变PDMS与硼酸羟基含量的比例(即交联密度)来研究其对材料冲击力学性能的影响。为此，

2、本论文通过以PBDMS与双组份硅胶共混改性，分析改性后的硅胶的动态抗冲击性能与交联密度之间的关系。通过动态热机械分析(DMA)、旋转流变分析等检测手段对样品的流变性及其动态力学性能进行了研究与讨论了。实验结果发现，交联密度对PBDMS改性双组份硅胶的性能有显著影响，并且随着交联密度的增加，材料在高频拉伸载荷下的储能模量及损耗模量会有所提高，即会提高材料的阻尼性能。关键词:剪切增稠，交联密度，PBDMS,冲击性能物层和热塑性树脂复合纤维织物层，层与层之间覆盖叠加，防弹织物具有较好的抗弹性，结合纤维树脂复合面可以限制纤维束的移动，可以快速吸收外界的冲击能量W8。但是目前国内关于剪切增稠液体防护材料

3、的应用还未得到大量的推广，其根本原因是由于其制备过程在现阶段难于实现大规模的工业化生产。总之，相比于国外在防护材料方面的研究，我国关于人体防护材料还处于实验室研究阶段，研究的理论性还比较薄弱，主要集中在原材料的选择、防护材料的成型制备工艺以及防刺防弹机理的研究上"SI。目前，我国对于防护材料需求持续增大，对其性能的要求也变得更加严格，人体防护材料对提高士兵的生存能力、减少伤亡、提高战斗力十分重要，而剪切增稠液体防护材料兼具了防护能力和灵活性，能够实现对人体全方位的防护，因此具有剪切增稠液体应用前景更加广阔，对此进行深入的理论分析和实验研究非常必要23-25。1.4本实验研究内容与目的

4、1.4.1研究内容本实验的主要内容是制备PBDMS改性双组份硅胶复合材料，之后，对其进行检测。利用旋转流变仪测试所制备的PBDMS的流变性能，利用动态热机械分析仪(DMA)测量经PBDMS填充的硅胶复合材料的力学性能与时间、温度或频率的关系。并且通过高速力值测试检测交联密度对复合材料抗冲击性能的影响。1.4.2研究目的液态剪切增稠材料，自英美等国推出液态防弹衣概念以来，广受各国军警用装备研究人员关注。目前这一类材料主要由液态的高分子基体，如聚乙二醇、聚乙烯醇，与二氧化硅微纳米颗粒共同组成剪切增稠液体系。但由于其性状为液态，因此在应用上甚为不便，并且使用寿命、抗老化性能、抗二次损伤性能等方面也有

5、较多的问题，导致其应用推广具有一定的局限性。硼酸改性端羟基聚二甲基硅氧烷(PBDMS)系一种具有剪切增稠效应的胶泥态硅系高分子材料，近年来，作为弹性胶泥而逐渐在桥梁、建筑等减震用阻尼器或速度锁定器上得到一定应用。这一材料的剪切增稠效应主要受硼含量的影响，硼含量越高，材料交联密度越高。但是，硼含量对PBDMS及其复合材料的冲击性能的影响尚无报道。为此，本论文通过改变端羟基聚硅氧烷分子量以及硼酸加入量以控制PBDMS的交联密度，并进而将PBDMS与双组份硅胶、发泡聚氨酯等材料构成复合材料，分析PBDMS与复合材料的抗冲击性能与PBDMS交联密度、端羟基聚硅氧烷分子量之间的关系。第2章实验方案及过程

6、2.1实验方案本实验采用电动搅拌器与电热恒温干燥箱制备PBDMS,再将所制备出的PBDMS原料分别与改性双组分硅胶混合，经真空干燥之后成型。通过旋转流变仪对所制备的PBDMS的流变性能与剪切速率之间的关系进行表征，再利用动态热机械分析(DMA)表征与双组份硅胶混合后的复合材料的拉伸性能，最后通过峰值测试表征混合后的复合材料的抗冲击性能。根据所得数据对交联密度对PBDMS性能的影响进行讨论分析。本实验的实验操作流程如图2-1:图2-1实验操作流程图2.2化学试剂及制备方法2.2.1实验用到的化学试剂本次试验所用到的化学试剂如表2-1所示:表2-1实验过程所用到的化学试剂2.2.2PBDMS的制备

7、名称规格生产厂家QLS-203羟基硅油分析纯无锡市全立化工有限公司硼酸分析纯天津市恒兴化学试剂制造有限公司二氧化硅99%吉必盛化工有限公司双组分硅胶分析纯东莞市国创有机硅材料有限公司实验选取电动搅拌器与电热恒温干燥箱制备PBDMS,精确按设计含量称量一定量的端羟基聚二甲基硅氧烷(PDMS)(C2H6OSi)n、硼酸(H3BO3)、纳米级的二氧化硅粉末(SiO2)o将称量好的反应物依次倒入烧杯中，混合均匀之后倒入托盘中，放入电热恒温干燥箱，待箱内温度升至180摄氏度并保持20分钟后，拿出托盘,将盘内的反应物搅拌均匀后，放入箱内继续反应1小时30分钟，再经30分钟冷却后即得到PBDMSo按照实验设

8、计不同的硼酸和端羟基聚二甲基硅氧烷的比例，按照上述实验步骤制备不同的PBDMSoPBDMS的具体制备配方如表2-2、表2-3和表2-4所示：表2-2羟基含量为8.5%的PBDMS制备配方PBDMSPDMS(8.5%)硼酸SiO2羟基含量比（PDMS/硼酸）样品1200g31g18.48g1:1样品2200g62g20.96g1:2样品3200g93g23.44g1:3表2-3羟基含量为1%的PBDMS制备配方PBDMSPDMS(1%)硼酸SiO2羟基含量比（PDMS/硼酸）样品4200g3.66g16.30g1:1样品5200g7.32g16.59g1:2样品6200g10.98g16.88g

9、1:3表2-4羟基含量为。.5%的PBDMS制备配方223PBDMS改性双组分硅胶的制备PBDMSPDMS(0.5%)硼酸SiO2羟基含量比（PDMS/硼酸）样品7200g1.88g16.15g1:1样品8200g3.76g16.30g1:2样品9200g5.64g16.45g1:31）精确称取一定量的PBDMS,搅碎后与适量硅胶A组份倒入烧杯中,开启电动搅拌器，待PBDMS与硅胶A组分基本互溶之后停止搅拌，备用。2）另称取同等量的PBDMS,搅碎后与同A组分量的硅胶B组份倒入烧杯中，重复上述操作；3）将含有PBDMS的A组份与B组份烧杯放入真空干燥箱中，开启真空泵，待真空箱中抽真空完毕后，保

10、持真空静置30分钟后，取出。4）将抽过真空后的上述A组份硅胶与B组份硅胶混合，待其充分混合后，倒入模具中，静置12小时。之后，将成型的样品放入温度为60°C的恒温干燥箱中，干燥1小时30分钟后取出，得到最终的PBDMS改性双组份硅胶样品。等待分析测试。PBDMS改性双性双组份硅胶的具体制备配方如表2-5所示：表2-5PBDMS改性双组分硅胶的制备配方PBDMSA组分B组分120g140g140g其中PBDMS是指所制备的样品1、3、4、6、7以及9,分别取这些PBDMS样品120g与A组分、B组分混合。2.3所用设备2.3.1实验所用设备a. 电热恒温干燥箱本实验使用的是天津市泰斯特

11、仪器有限公司生产的202-0型电热恒温干燥箱，参数为：温度范围室温+20-250°C,额定频率50±lHz,温度均匀度±3.5%,加热功率1.2KWob. 电子分析天平本实验使用的是上海长平仪器仪表有限公司生产的JA5003精密电子天平，是新一代电磁式称量传感器，可以准确的称量实验所需药品的质量，规格是MAX=510ge=0.01gd=0.001goc. 精密增力电动搅拌器本实验使用的是上海帅登仪器有限公司生产的JJ-1型精密增力电动搅拌器，其规格是：电源：单相交流，220V±10%50HZ；电机电压：直流12V；功率：40W、60W、90W、100W、

12、120W、160W、200W、300W；转速：0-3000转/分，可调；定时：0-120分；智能式0-9999分；噪音：小于40分贝真空干燥箱本实验使用的是北京中科环试仪器有限公司生产的DZF-6050真空干燥箱，在实验中主要应用在搅拌之后对样品进行抽真空，除去材料内部气泡。2.3.2样品检测所用设备将实验所制备出的样品进行检测表征，根据其性能对原制备配方做出分析调整。本实验主要做了三种分析检测：PBDMS的流变性测试、PBDMS改性双组分硅胶的拉伸性能测试以及抗冲击性能测试。所用设备如下：a. 旋转流变仪如图2-2,型号：MCR302；品牌：安东帕；产地：奥地利；其规格如下：角位移精度:&l

13、t;10nrad,扭矩精度:<0.1nNm,旋转模式最小扭矩:<0.01iNm,振荡模式最小扭矩。主要用途：旋转流变仪用于测试液体样品的流变学测试，如：聚合物熔体、聚合物溶液、胶体、乳液、悬浮液、表面活性剂、乳化剂、增稠剂、原油、盐溶液、碱溶液、驱油液等，可以测试粘度、剪切应力、流动曲线、粘度曲线、粘温曲线、屈服应力、触变性、粘弹性（储能模量/损耗模量等）等各种重要的流变学参数。图2-2AntonpaarMCR302旋转流变仪流变性是指物质在外力作用下的变形和流动性质，主要指加工过程中应力形变、形变速率和粘度之间的联系。流体的粘性不同，施加于流体上的剪切应力与剪切变形率（剪切速率）

14、之间的定量关系也不同。流变学就是研究流体流动过程中剪切应力与剪切速率变化关系的科学。流体的这种剪切应力与剪切速率的变化关系成为流体的流变学特性。流体在受到外部剪切力作用时发生变形（流动），其内部相应要产生对变形的抵抗，并以内摩擦的形式表现出来。所有流体在有相对运动时都要产生内摩擦力，这是流体的一种固有物理属性，称为流体的粘滞性或粘性。牛顿内摩擦定律或牛顿剪切定律对流体的粘性作了理论描述，即流体层之间单位面积的内摩擦力或剪切应力与速度梯度或剪切速率成正比。旋转流变仪是现代流变仪中的重要组成部分，它们依靠旋转运动来产生简单剪切流动，可以用来快速确定材料的粘性、弹性等各方面的流变性能。旋转流变仪一般

15、是通过一对夹具的相对运动来产生流动。引入流动的方法有两种：一种是驱动一个夹具，测量产生的力矩，这种方法最早是由Couette在1888年提出的，也称为应变控制型，即控制施加的应变，测量产生的应力；另一种是施加一定的力矩，测量产生的旋转速度，它是由Searle于1912年提出的，也称为应力控制型，即控制施加的应力，测量产生的应变。对于应变控制型流变仪，一般有两种施加应变及测量相应的应力的方法：一种是驱动一个夹具，并在同一夹具上测量应力，应用这种方法的流变仪有Haake,Conraves,Ferranti-Shirley和Brookfield流变仪；而另一种是驱动一个夹具，在另一个夹具上测量应力，

16、应用这种方法的流变仪包括Weissenberg和Rheometrics流变仪。对于应力控制型流变仪，一般是将力矩施加于一个夹具，并测量同一夹具的旋转速度。在Searle最初的设计中，施加力矩是通过重物和滑轮来实现的。现代的设备多采用电子拖曳马达来产生力矩。一般商用应力控制型流变仪的力矩范围为10构、物理尺寸和所测试材料的粘度。实际用于粘度及流变性能测量的几何结构有同轴圆筒(Couette)锥板和平行板等。b. 动态热机械分析仪(DynamicThemomechanicalAnalyzer)所用仪器型号是DMA1,如图2-3,它是2012年梅特勒-托利多公司发布的新型动态热机械分析仪器，DMA1

17、可以在所有标准形变模式(弯曲、张力、剪切和压缩)下，甚至在液体或设定的相对湿度条件下进行测量。图2-3动态热机械分析仪DMA1相对于DMA,它所表现出的优势有：1）测量头位置灵活，可以在所有形变模式，甚至在液体或者不同相对湿度条件下进行测量；2）操作方便，可以快速更换形变模式；3）TMA测试模式，用于测量膨胀系数、蠕变效应以及松弛时间；4）温度选件，用于吸附与解吸附测量；5）符合人体工程学设计的超大触摸屏，方便样品夹持和测量过程监测；6）宽广的温度范围，从-190°C至600°C；7）高效且经济实用的冷却系统，节约宝贵的测量时间，并能减少液氮消耗量。动态热机械分析仪（DMA

18、1）的测试原理是：样品处于程序控制的温度下,并施加随时间变化的振荡力，研究样品的机械行为，测定其储能模量、损耗模量和损耗因子随温度、时间与力的频率的函数关系。广泛应用于热塑性与热固性塑料、橡胶、涂料、金属与合金、无机材料、复合材料等领域。StudyonInfluenceofCrosslinkingDensityonPBDMSPerformanceUndergraduate:LiuYangSignature:Supervisor:LiFengSignature:ABSTRACTBoricacidmodifiedhydroxyl-terminatedpolydimethylsiloxane(PBD

19、MS)isakindofclay-statesilicon-basedpolymermaterialwithshearthickeningeffect,inrecentyears,graduallyastheelasticclayappliedonshockabsorberdamperorcertainspeedlatches,suchastheapplicationofthebridges,buildings.Foralongtime,therelevantproductionenterprisesandresearchinstitutesalmostnoresearchreportsabo

20、utboostingthepropertiesofcomposites.Liquidshear-thickeningmaterialexhibitsshearthickeningeffect,whichisanon-Newtonianfluidbehavior,it'srheologicalcharacteristicsare,underparticularshearrateconditions,withtheincreasingofshearrate,theviscosityofthesystemrosesharplyhigh,resultinginsystemoccurapheno

21、menon,thatsimilartothephasetransition.ThisstudywasdesignedtoexploretheimpactperformanceofPBDMSwiththemodifiedtwo-componentsiliconerubbercomposite.Bychangingtheratioofhydroxyl(crosslinkingdensity)betweenthePDMSwithboricacidtostudytheinfluenceontheimpactresistanceofthematerial.Forthispurpose,therelati

22、onshipbetweenthedynamicimpactpropertiesofthemodifiedsilicaandthecrosslinkingdensitythispaper,wasanalyzedbythemodificationofPBDMSanddoublecomponentsilicagel.Bydynamicmechanicalthermalanalysis(DMA),rotatingflowanalysisandothermeansofdetectiontoresearchanddiscusstherheologicalanddynamic其中储能模量E':实质为

23、杨氏模量，表述材料存储弹性变形能量的能力。储能模量表征的是材料变形后回弹的指标。储能模量E，是指粘弹性材料在交变应力作用下一个周期内储存能量的能力，通常指弹性；损耗/耗能模量E：是模量中应力与变形异步的组元；表征材料耗散变形能量的能力。通常指粘性。损耗模量又称粘性模量：是指材料在发生形变时，由于粘性形变(不可逆)而损耗的能量大小，反应材料粘性大小。是粘弹性材料复数模量中的虚部，与材料在每一应力或者应变周期内以热的形式损耗的能量成正比。它描述材料产生形变时能量散失(转变)为热的现象,是能量损失的量度，为一阻尼衰减项。在粘弹性材料的力学性能测试中是一重要参数。损耗模量愈小，表明材料的阻尼损耗因数也

24、小，材料就愈接近理想弹性材料。表征材料耗散变形能量的能力，体现了材料的粘性本质。复合模量(E*,complexmodulus)包括储能模量(E)和损耗模量(E,lossmodulus),两者之间的关系为：E'=E*cos8式2.1E=E*sinb式2.2E*=sqrt(E'人2+EA2)式2.3损耗因子又称损耗因数、阻尼因子(dampingfactor)或内耗(internaldissipation)或损耗角正切(losstangent),是每周期耗散能量与在一周期内的最大贮能之比。黏弹性材料在交变力场作用下应变与应力周期相位差角的正切，也等于该材料的损耗模量与储能模量之比。对

25、剪切应力而言，损耗因子Tan5=G/G；对法向应力而言，损耗因子tan6=E"/E'。如果5=0,作用力完全有效地用于橡胶变形，没有内耗；如果作用力完全用于克服橡胶的黏性阻力(内摩擦)，损耗角的大小代表了动态变形下能量损耗的大小。损耗因子的大小代表的是材料的粘弹性性能，损耗因子越大说明材料的黏性越大，损耗因子越小说明材料的弹性越大。在一定的范围内可以表示材料的状态。c. 高速力值测量采集系统仪器型号：NOS-FVA200生产厂商：长沙诺赛希斯仪器仪表有限公司高速力值测量采集，把高频率冲击力传感器和现代数字测量技术结合起来，采用高精度冲击力传感器和现代的高速采集系统，以及相关的

26、专业软件实现对冲击力、撞击力等快速瞬间力值的整个过程的监测和测量。冲击、撞击过程包含巨大能量交换，是一个毫秒到秒量级的短时程动态过程，本质上是一个复杂的冲击动力学问题。其系统组成有：冲击力传感器、信号处理器、高速采集卡以及力值分析管理软件。系统应用原理：1）撞击物碰撞到撞击板的时候冲击力传感器会受到冲击力，经相应的测量电路把力值转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程；2）高精度集成运算放大器将冲击力传感器输出的电信号放大成为容易采集测量的标准模拟信号；3）高速采集卡将电压输出变送器的电压信号采集过来并通过AD转换功能将电压转换至数字信号，并通过USB2.0高速接口与电脑

27、通讯，DAQ米集卡的米集频率最高可达100kHz（即每秒米集10万次），从而可以实现电脑米集碰撞瞬间的力值；4）软件根据所采集的数据绘制时间-转移力值的曲线图，以便更直观观测数据的变化过程及规律，并可以设置门限报警功能。该系统的模拟系统如图2-4和图2-5:撞击力/冲击力/碰撞力力值测试采集系统图2-4高速力值测量采集模拟系统原理示意图图2-5高速力值测量采集模拟系统原理示意图11E-30.010.1110ShearRate1/s第3章结果分析与讨论3.1PBDMS的检测分析本实验采用安东帕旋转流变仪对所制备样品的剪切速率与粘度之间的关系进行表征，该检测是将直径为25mm的样品置于0.001-

28、10/s的剪切速率下，得到对应的粘度值，交联密度越大，粘度值越大。本次试验所制备的样品最终检测的数据如图3-1、图3-2和图3-3:80000-70000-©0000-50000-40000-30000-20000-10000-图3-1样品的流变性曲线图3-1中的1,2,3号样品分别指的是羟基含量为8.5%的羟基硅油与不同配比的硼酸以及二氧化硅反应所制备出的PBDMS,其中1,2,3号样品的PDMS与硼酸的羟基含量比例分别是1:1,1:2,1:3。从图中可以明显看出随着剪切速率的增加，所制备出的PBDMS的粘度明显上升，即出现了剪切增稠现象，直至剪切速率达到某一定值之后，样品又出现了

29、剪切变稀的现象。当PDMS与硼酸的比例增大时2,3号样品的粘度相较于1号样品显著增加，但是2,3号样品之间的差异不太显著,出现这种现象的原因可能是因为PDMS与硼酸的反应量有一定的饱和值，当两者的反应配比达到这一定值时，反应便不再随着反应物量的增加而加剧，从而导致粘度变化不再显著。还可以从图中直观地看出1号样品的流变性曲线的屈服平台明显比2号，3号的宽，而2,3号流变性曲线的屈服平台之间的差异却不太明显。eoooo-4OOOO-20000-4-20000-JU。tlTTJTTTTTTTT|TTTTTTTT|IITTIITI|ITTTTITTJITTTTTTT|T1E-41E-30.010.11

30、10ShearRate1/s图3-2样品的流变性曲线图3-2中的4,5,6号样品分别指的是羟基含量为1%的羟基硅油与不同配比的硼酸以及二氧化硅反应所制备出的PBDMS,其中4,5,6号样品的PDMS与硼酸的羟基含量比例分别是1:1,1:2,l:3o从图中可以看出4,5,6号样品的粘度均随着剪切速率的而增加而增加，当剪切速率达到某一定值后，样品又都出现剪切变稀的现象。对比4号样品的粘度5,6号样品的粘度明显增大，且5,6号样品之间的差异依旧不太显著，原因同1,2,3号样品。一.一7不同于1,2,3号样品的是，4,5,6号样品都出现了二次增稠现象,即双峰增稠，从图中可以看出4号样品的二次增稠效果明

31、显弱于5,6号样品。出现二次增稠的原因还有待进一步研究分析。45000-40000-35000-30000-S柘宣soos_>-S柘宣soos_>25000-20000-15000-10000-5000-0-5000-1E-41E-30.010.1110ShearRate1/s图3-3PBDMS的流变性曲线图3-3中的7,8,9号样品分别指的是羟基含量为0.5%的羟基硅油与不同配比的硼酸以及二氧化硅反应所制备出的PBDMS,其中7,8,9号样品的PDMS与硼酸的羟基含量比例分别是1:1,1:2,l:3o从图中可以看出不仅8,9号样品的粘度明显高于7号样品，而且8,9号样品之间的差异

32、也更加明显，分析其原因，可能是因为羟基硅油的羟基含量太少，硼酸的量有所变化时，交联密度的变化相对而言更加明显，即体系的粘度变化相对而言更加明显。整体对比图3-1,图3-2以及图3-3,流变性曲线的屈服平台整体变宽，而从图3-1到图3-2,分子链是越来越短的，说明原料的分子链越短，所制备的材料的应用范围越广；由于原料的粘度越高，刚性越好，制备出来的样品稳定性越好；流变性曲线的屈服平台越宽，所制备出的材料应用范围越广。因此粘度高且流变性曲线的屈服平台宽的材料具有更优异的性能，应该大力研发。为了对比不同的原料配比对PBDMS流变性的影响，表3-1统计了9个样品的剪切增稠临界粘度值，其中不包括个别样品

33、出现的二次增稠临界值,如下所示：表3-1PBDMS剪切增稠临界粘度值PBDMS(8.5%)ViscosityPa*sPBDMS(1%)ViscosityPa*sPBDMS(0.5%)ViscosityPa*s1：1342001:1343001：162801：2735001：2630001：2336001：3775201：3668001：342500从表3-1中可以直观的看出当PDMS与硼酸羟基含量的比例增加时,PBDMS剪切增稠临界粘度值也随之增加，当比例从1:1增加到1:2时,峰值粘度增大特别明显；当比例从1:2增加到1:3时，体系的峰值粘度变化不大。当PDMS的羟基含量减少时，体系的粘度也

34、相应减小，并且随着PDMS羟基含量的减少，1:2与1:3之间的差异变得明显。在应用中，高分子材料的粘度越高，所制备出来的制品刚性越好，因此可以得出结论：在一定范围内，反应物的交联密度越大，所制备出的PBDMS刚性越好。3.2PBDMS改性双组分硅胶的检测分析将PBDMS填充在硅胶A组分与B组分中，称为改性双组份硅胶，对检测的每个样品按照交联密度进行编号，具体如表3-2所示：表3-2PBDMS改性双组分硅胶样品样品ABCDEFG交联密度0123456PDMS的羟基含量00.5%0.5%1%1%8.5%8.5%羟基含量比1:11：31:11：31：11:3PDMS/硼酸其中样品A为纯硅胶，没有填充

35、PBDMS,直接将硅胶A组分与B组分混合，作为空白对照组。3.2.1PBDMS改性双组分硅胶的拉伸性能分析本实验采用动态热机械分析仪(DMA1)对PBDMS改性双组分硅胶进行力学性能分析，测试条件为：在拉伸模式下，将样品分别置于lHz,25Hz频率下恒温40摄氏度保持20分钟，从而得到对应的储能模量(E')、损耗模量(E")以及损耗因子(Tan6)的值如图3-4和图3-5所示：25Hz1Hz0123456crosslinkdensity图3-4样品在25Hz、1Hz下的储能模量E在图3-4中，可以看到PBDMS改性双组份硅胶在不同的振动频率，即1Hz及25Hz的交变力场下，随

36、着羟基硅油的含量与硼酸的比例增加，硅胶的储能模量也依次增加，说明材料在交变应力作用下一个周期内储存能量的能力是提高的，并且高频下的储能模量高于低频。其中0代表纯组分硅胶，1至6分别代表填充了不同PBDMS的硅胶，可以明显看出，填充了PBDMS的硅胶，其储能模量均高于纯组分硅胶。材料的储能模量越大，其刚性越好，说明填充不同PBDMS对材料的刚性是有不同的改善的，储能模量在6点，即羟基含量为8.5%的羟基硅油与硼酸的比例为1:3时达到最高值，此时交联密度最大，因此可以得出结论：交联密度越大，材料的储存弹性变形能量的能力越好。oO25Hz1HzcuQ.M(Dn_e>0.12-0.10-0.08

37、-o.oe-0.04-0.02-0123456crosslinkdensity图3-5样品在25Hz、1Hz下的损耗模量E在图3-5中，PBDMS改性双组份硅胶的损耗模量在1Hz及25Hz的交变应力场下也随着羟基硅油的含量与硼酸的比例增加而增加，其提高幅度小于储能模量的提高幅度，但是在高频下的损耗模量相较于低频的差异比储能模量明显。损耗模量的最大值也是在交联密度最大处，此时材料具有高的回弹能力，说明材料在变形后的能量耗散能力也随着交联密度的增大而增强。由表3-3、3-4中数据可以看出在高频率条件下，损耗因子的值普遍大于低频下的值；而因为损耗因子越大，则材料的粘性越大，；损耗因子越小，则材料的弹

38、性越好。说明在高频下该材料的粘性较大，阻尼性能较好；在低频下，该材料的弹性较大。mechanicalpropertiesofthesamplesItwasfoundthatthecrosslinkingdensityhasasignificantinfluenceontheperformanceofPBDMSbymodifiedtwo-componentsilicone,andwiththeincreasingofthecrosslinkdensity,thestoragemodulusandlossmodulusoftensileloadareimprovedathighfrequencie

39、s,andthedampingpropertiesofmaterialisalsoimproved.KEYWORDS:Shearthickening,Crosslinkingdensity,PBDMS,ImpactResistance3.2.2PBDMS改性双组分硅胶的抗冲击性能分析本实验检测是用重量为5KG的钢球从高为5米处落下，冲击能量经测试样品的缓冲作用到样品底部的压力传感器上，从而得到透过样品的压力值大小，透过的压力值越小，说明被测试样品的耐冲击能力越好。通过高速力值测量采集系统对PBDMS改性双组分硅胶样品B,C,D,E,F,G以及纯组分硅胶A进行了抗冲击性能检测，其检测结果如图3-

40、7所示：28-.26-.20-.18-0123456crosslinkdensity图3-7PBDMS改性双组份硅胶的抗冲击测试结果耐冲击性防护用具的指标：根据欧洲EN1621-1标准，50J能量施加于受测物，测试后力量转移平均值低于35KN,且单值最大不能超过50KNo表格中的测试结果指的是冲击物的能量通过受测物的缓冲最后所通过的压力值。从表3-5和图3-7中可以明显看出填充后的硅胶比纯硅胶的耐冲击性能优异。并且随着交联密度的增加，PBDMS的耐冲击性能也显著增加。而样品所填充的PBDMS的原料分子链长度是依次增加的；再分别对比样品B和C,D和E,F和G,明显后者相比前者耐冲击性能有所提高，

41、而两者之间的区别在于羟基含量的不同，即交联密度不同，后者的交联密度比前者大。因此可以大致得出结论：原料PDMS的分子链越长，所制备出来的PBDMS改性双组分硅胶的耐冲击性能越好；原料PDMS与硼酸的交联密度越大，所制备出来的PBDMS改性双组分硅胶的耐冲击性能越好，且当交联密度达到某一峰值时，交联密度对PBDMS改性双组分硅胶性能的影响效果优于分子链长度的影响效果。第4章总结本文用PDMS、硼酸、二氧化硅以及硅胶AB组分制备PBDMS改性双组份硅胶，在实验过程中改变了羟基含量比来探寻对其冲击性能的影响，并通过三种检测方法来确定冲击性能好的硅胶。通过旋转流变仪，动态热机械分析仪，及高速力值测量采

42、集系统对材料的流变性，拉伸性能以及抗冲击性能进行了表征，并讨论了羟基含量的比例，即交联密度对材料的力学性能的影响。实验结果表明：1）当用PBDMS填充双组份硅胶后可以明显提高材料的阻尼性能及其抗冲击能力；2）在原料配比中增大端羟基聚二甲基硅氧烷与硼酸的羟基含量比以及提高SiO2的含量后，发现随着比例的增大，即交联密度的增大，PBDMS改性双组份硅胶的储能模量及损耗模量会升高，即材料具有更加良好的弹性及刚性；3）分子链越长，经PBDMS填充的硅胶力学性能提升，但是相比于分子链长度对于PBDMS改性双组分硅胶抗冲击性能的影响，交联密度的影响效果更显著。参考文献1 孙西超，李艳清，伍仲，祝成炎.ST

43、F-柔性复合材料的防弹性能研究J.浙江理工大学学报,2014,31(2).2 HassanTA.Synthesis,processingandcharacterizationofshearthickeningfluid(STF),impregnatedfabriccompositesJ.MaterialsScienceandEngineeingA,2010(527):2892-2899.3 路瑶，富蕾，王丹，赵华蕾,王燕萍，王依民.不同体系剪切增稠液体的流变行为研究J.合成技术及应用,2013,28(4).4 MJDecker,CJHalbach,CHNam,etal.Stabresistan

44、ceofshearthickeningfluid(STF)-treatedfabricsJ.CompositesScienceandTechnology.2007,67:565-578.5 郑景新，陈芳，钟婷婷，等.二氧化硅粒子在剪切增稠液体中的研究和应用进展J.有机硅氟资讯，2009(9):132-136.6 WeijermarsR.FlowBehaviorandphysicalchemistryofBouncingPuttiesandRelatedPolymersinViewofTectonicLaboratoryApplicationsJ.Tectonophysics,1986,124:

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47、7(9).12 LeeYS,WetzelED,WagnerNJ,etal.AdvancedBodyArmorUtilizingShearThickeningFluidsC/23rdArmyScienceConference.OrlandoFL,2002:1-6.13 WagnerNJ,WetzelED.AdvancedBodyArmorUtilizingShearThickeningFluids:US.6266748A1P.2005-12-01.14 GreenP,PalmerR.EnergyAbsorbingMaterial:US,0324927A1P.2009- 12-31.15 曹海琳，

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52、014,42(10).目录摘要ABSTRACTII第1章前言11.1引言11.2剪切增稠机理11.3剪切增稠材料的研究现状与应用21.3.1粒子胶体增稠体系的应用31.3.2分子胶体增稠体系的应用31.3.3国内研究进展31.4本实验研究内容与目的41.4.1研究内容41.4.2研究目的4第2章实验方案及过程6实验方案62.2化学试剂及制备方法7实验用到的化学试剂72.2.1 PBDMS的制备7PBDMS改性双组分硅胶的制备82.3所用设备9实验所用设备92.3.2样品检测所用设备10第3章结果分析与讨论173.1 PBDMS的检测分析17PBDMS改性双组分硅胶的检测分析213.2.1 PB

53、DMS改性双组分硅胶的拉伸性能分析213.2.2 PBDMS改性双组分硅胶的抗冲击性能分析24第4章总结26参考文献27致谢30第1章前言1.1引言随着时代的进步与现代科技的突飞猛进，针对保护从事特殊工作的人群，所研制的防护装备也在逐步完善，从最初的金属材料到非金属材料，再到如今的复合材料。材料的改进在保证优异的防护性能的同时，提高了个体防护装备的舒适性和柔软性,并且让穿戴变得更加方便。美国陆军研究实验室和特拉华州立大学合成物质研究中心的科学家运用新型纳米科技研制出来了“剪切增稠液体”(STF:ShearThickeningFluid),剪切增稠液体材料的问世，让个体防护装备由硬质向半硬质的过渡得以实现。剪切增稠液体(STF)是一种“胀流流体”，它在不受力或受轻微力的作用下呈现出较好的流动性，一旦受到超过其临界剪切力的作用力时，出现剪切增稠现象，在一定的剪切力作用下STF瞬间呈现出类似固体的状态，当作用力消失后，又很快恢复成可流动状态。这种剪切增稠效