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1、交聯(lián)密度對PBDMS性能影響的研究摘要硼酸改性端羥基聚二甲基硅氧烷(PBDMS)是一種具有剪切增稠效應的膠泥態(tài)硅系高分子材料，近年來作為彈性膠泥而逐漸在橋梁、建筑等減震阻尼器或速度鎖定器上得到一定應用。但長期以來，各相關生產企業(yè)、研究院所對其增強改性的復合材料基本無研究報道。剪切增稠液體材料表現(xiàn)出的剪切增稠效應是一種非牛頓流體的行為，其流變特征為在特定的剪切速率條件下，隨剪切速率的提高體系的黏度急劇升高，從而導致體系發(fā)生類似于相轉變的現(xiàn)象。本實驗旨在探究PBDMS改性雙組份硅橡膠復合材料的抗沖擊力學性能。通過改變PDMS與硼酸羥基含量的比例(即交聯(lián)密度)來研究其對材料沖擊力學性能的影響。為此，

2、本論文通過以PBDMS與雙組份硅膠共混改性，分析改性后的硅膠的動態(tài)抗沖擊性能與交聯(lián)密度之間的關系。通過動態(tài)熱機械分析(DMA)、旋轉流變分析等檢測手段對樣品的流變性及其動態(tài)力學性能進行了研究與討論了。實驗結果發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)密度對PBDMS改性雙組份硅膠的性能有顯著影響，并且隨著交聯(lián)密度的增加，材料在高頻拉伸載荷下的儲能模量及損耗模量會有所提高，即會提高材料的阻尼性能。關鍵詞:剪切增稠，交聯(lián)密度，PBDMS,沖擊性能物層和熱塑性樹脂復合纖維織物層，層與層之間覆蓋疊加，防彈織物具有較好的抗彈性，結合纖維樹脂復合面可以限制纖維束的移動，可以快速吸收外界的沖擊能量W8。但是目前國內關于剪切增稠液體防護材料

3、的應用還未得到大量的推廣，其根本原因是由于其制備過程在現(xiàn)階段難于實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產?？傊啾扔趪庠诜雷o材料方面的研究，我國關于人體防護材料還處于實驗室研究階段，研究的理論性還比較薄弱，主要集中在原材料的選擇、防護材料的成型制備工藝以及防刺防彈機理的研究上"SI。目前，我國對于防護材料需求持續(xù)增大，對其性能的要求也變得更加嚴格，人體防護材料對提高士兵的生存能力、減少傷亡、提高戰(zhàn)斗力十分重要，而剪切增稠液體防護材料兼具了防護能力和靈活性，能夠實現(xiàn)對人體全方位的防護，因此具有剪切增稠液體應用前景更加廣闊，對此進行深入的理論分析和實驗研究非常必要23-25。1.4本實驗研究內容與目的

4、1.4.1研究內容本實驗的主要內容是制備PBDMS改性雙組份硅膠復合材料，之后，對其進行檢測。利用旋轉流變儀測試所制備的PBDMS的流變性能，利用動態(tài)熱機械分析儀(DMA)測量經PBDMS填充的硅膠復合材料的力學性能與時間、溫度或頻率的關系。并且通過高速力值測試檢測交聯(lián)密度對復合材料抗沖擊性能的影響。1.4.2研究目的液態(tài)剪切增稠材料，自英美等國推出液態(tài)防彈衣概念以來，廣受各國軍警用裝備研究人員關注。目前這一類材料主要由液態(tài)的高分子基體，如聚乙二醇、聚乙烯醇，與二氧化硅微納米顆粒共同組成剪切增稠液體系。但由于其性狀為液態(tài)，因此在應用上甚為不便，并且使用壽命、抗老化性能、抗二次損傷性能等方面也有

5、較多的問題，導致其應用推廣具有一定的局限性。硼酸改性端羥基聚二甲基硅氧烷(PBDMS)系一種具有剪切增稠效應的膠泥態(tài)硅系高分子材料，近年來，作為彈性膠泥而逐漸在橋梁、建筑等減震用阻尼器或速度鎖定器上得到一定應用。這一材料的剪切增稠效應主要受硼含量的影響，硼含量越高，材料交聯(lián)密度越高。但是，硼含量對PBDMS及其復合材料的沖擊性能的影響尚無報道。為此，本論文通過改變端羥基聚硅氧烷分子量以及硼酸加入量以控制PBDMS的交聯(lián)密度，并進而將PBDMS與雙組份硅膠、發(fā)泡聚氨酯等材料構成復合材料，分析PBDMS與復合材料的抗沖擊性能與PBDMS交聯(lián)密度、端羥基聚硅氧烷分子量之間的關系。第2章實驗方案及過程

6、2.1實驗方案本實驗采用電動攪拌器與電熱恒溫干燥箱制備PBDMS,再將所制備出的PBDMS原料分別與改性雙組分硅膠混合，經真空干燥之后成型。通過旋轉流變儀對所制備的PBDMS的流變性能與剪切速率之間的關系進行表征，再利用動態(tài)熱機械分析(DMA)表征與雙組份硅膠混合后的復合材料的拉伸性能，最后通過峰值測試表征混合后的復合材料的抗沖擊性能。根據(jù)所得數(shù)據(jù)對交聯(lián)密度對PBDMS性能的影響進行討論分析。本實驗的實驗操作流程如圖2-1:圖2-1實驗操作流程圖2.2化學試劑及制備方法2.2.1實驗用到的化學試劑本次試驗所用到的化學試劑如表2-1所示:表2-1實驗過程所用到的化學試劑2.2.2PBDMS的制備

7、名稱規(guī)格生產廠家QLS-203羥基硅油分析純無錫市全立化工有限公司硼酸分析純天津市恒興化學試劑制造有限公司二氧化硅99%吉必盛化工有限公司雙組分硅膠分析純東莞市國創(chuàng)有機硅材料有限公司實驗選取電動攪拌器與電熱恒溫干燥箱制備PBDMS,精確按設計含量稱量一定量的端羥基聚二甲基硅氧烷(PDMS)(C2H6OSi)n、硼酸(H3BO3)、納米級的二氧化硅粉末(SiO2)o將稱量好的反應物依次倒入燒杯中，混合均勻之后倒入托盤中，放入電熱恒溫干燥箱，待箱內溫度升至180攝氏度并保持20分鐘后，拿出托盤,將盤內的反應物攪拌均勻后，放入箱內繼續(xù)反應1小時30分鐘，再經30分鐘冷卻后即得到PBDMSo按照實驗設

8、計不同的硼酸和端羥基聚二甲基硅氧烷的比例，按照上述實驗步驟制備不同的PBDMSoPBDMS的具體制備配方如表2-2、表2-3和表2-4所示：表2-2羥基含量為8.5%的PBDMS制備配方PBDMSPDMS(8.5%)硼酸SiO2羥基含量比（PDMS/硼酸）樣品1200g31g18.48g1:1樣品2200g62g20.96g1:2樣品3200g93g23.44g1:3表2-3羥基含量為1%的PBDMS制備配方PBDMSPDMS(1%)硼酸SiO2羥基含量比（PDMS/硼酸）樣品4200g3.66g16.30g1:1樣品5200g7.32g16.59g1:2樣品6200g10.98g16.88g

9、1:3表2-4羥基含量為。.5%的PBDMS制備配方223PBDMS改性雙組分硅膠的制備PBDMSPDMS(0.5%)硼酸SiO2羥基含量比（PDMS/硼酸）樣品7200g1.88g16.15g1:1樣品8200g3.76g16.30g1:2樣品9200g5.64g16.45g1:31）精確稱取一定量的PBDMS,攪碎后與適量硅膠A組份倒入燒杯中,開啟電動攪拌器，待PBDMS與硅膠A組分基本互溶之后停止攪拌，備用。2）另稱取同等量的PBDMS,攪碎后與同A組分量的硅膠B組份倒入燒杯中，重復上述操作；3）將含有PBDMS的A組份與B組份燒杯放入真空干燥箱中，開啟真空泵，待真空箱中抽真空完畢后，保

10、持真空靜置30分鐘后，取出。4）將抽過真空后的上述A組份硅膠與B組份硅膠混合，待其充分混合后，倒入模具中，靜置12小時。之后，將成型的樣品放入溫度為60°C的恒溫干燥箱中，干燥1小時30分鐘后取出，得到最終的PBDMS改性雙組份硅膠樣品。等待分析測試。PBDMS改性雙性雙組份硅膠的具體制備配方如表2-5所示：表2-5PBDMS改性雙組分硅膠的制備配方PBDMSA組分B組分120g140g140g其中PBDMS是指所制備的樣品1、3、4、6、7以及9,分別取這些PBDMS樣品120g與A組分、B組分混合。2.3所用設備2.3.1實驗所用設備a. 電熱恒溫干燥箱本實驗使用的是天津市泰斯特

11、儀器有限公司生產的202-0型電熱恒溫干燥箱，參數(shù)為：溫度范圍室溫+20-250°C,額定頻率50±lHz,溫度均勻度±3.5%,加熱功率1.2KWob. 電子分析天平本實驗使用的是上海長平儀器儀表有限公司生產的JA5003精密電子天平，是新一代電磁式稱量傳感器，可以準確的稱量實驗所需藥品的質量，規(guī)格是MAX=510ge=0.01gd=0.001goc. 精密增力電動攪拌器本實驗使用的是上海帥登儀器有限公司生產的JJ-1型精密增力電動攪拌器，其規(guī)格是：電源：單相交流，220V±10%50HZ；電機電壓：直流12V；功率：40W、60W、90W、100W、

12、120W、160W、200W、300W；轉速：0-3000轉/分，可調；定時：0-120分；智能式0-9999分；噪音：小于40分貝真空干燥箱本實驗使用的是北京中科環(huán)試儀器有限公司生產的DZF-6050真空干燥箱，在實驗中主要應用在攪拌之后對樣品進行抽真空，除去材料內部氣泡。2.3.2樣品檢測所用設備將實驗所制備出的樣品進行檢測表征，根據(jù)其性能對原制備配方做出分析調整。本實驗主要做了三種分析檢測：PBDMS的流變性測試、PBDMS改性雙組分硅膠的拉伸性能測試以及抗沖擊性能測試。所用設備如下：a. 旋轉流變儀如圖2-2,型號：MCR302；品牌：安東帕；產地：奧地利；其規(guī)格如下：角位移精度:&l

13、t;10nrad,扭矩精度:<0.1nNm,旋轉模式最小扭矩:<0.01iNm,振蕩模式最小扭矩。主要用途：旋轉流變儀用于測試液體樣品的流變學測試，如：聚合物熔體、聚合物溶液、膠體、乳液、懸浮液、表面活性劑、乳化劑、增稠劑、原油、鹽溶液、堿溶液、驅油液等，可以測試粘度、剪切應力、流動曲線、粘度曲線、粘溫曲線、屈服應力、觸變性、粘彈性（儲能模量/損耗模量等）等各種重要的流變學參數(shù)。圖2-2AntonpaarMCR302旋轉流變儀流變性是指物質在外力作用下的變形和流動性質，主要指加工過程中應力形變、形變速率和粘度之間的聯(lián)系。流體的粘性不同，施加于流體上的剪切應力與剪切變形率（剪切速率）

14、之間的定量關系也不同。流變學就是研究流體流動過程中剪切應力與剪切速率變化關系的科學。流體的這種剪切應力與剪切速率的變化關系成為流體的流變學特性。流體在受到外部剪切力作用時發(fā)生變形（流動），其內部相應要產生對變形的抵抗，并以內摩擦的形式表現(xiàn)出來。所有流體在有相對運動時都要產生內摩擦力，這是流體的一種固有物理屬性，稱為流體的粘滯性或粘性。牛頓內摩擦定律或牛頓剪切定律對流體的粘性作了理論描述，即流體層之間單位面積的內摩擦力或剪切應力與速度梯度或剪切速率成正比。旋轉流變儀是現(xiàn)代流變儀中的重要組成部分，它們依靠旋轉運動來產生簡單剪切流動，可以用來快速確定材料的粘性、彈性等各方面的流變性能。旋轉流變儀一般

15、是通過一對夾具的相對運動來產生流動。引入流動的方法有兩種：一種是驅動一個夾具，測量產生的力矩，這種方法最早是由Couette在1888年提出的，也稱為應變控制型，即控制施加的應變，測量產生的應力；另一種是施加一定的力矩，測量產生的旋轉速度，它是由Searle于1912年提出的，也稱為應力控制型，即控制施加的應力，測量產生的應變。對于應變控制型流變儀，一般有兩種施加應變及測量相應的應力的方法：一種是驅動一個夾具，并在同一夾具上測量應力，應用這種方法的流變儀有Haake,Conraves,Ferranti-Shirley和Brookfield流變儀；而另一種是驅動一個夾具，在另一個夾具上測量應力，

16、應用這種方法的流變儀包括Weissenberg和Rheometrics流變儀。對于應力控制型流變儀，一般是將力矩施加于一個夾具，并測量同一夾具的旋轉速度。在Searle最初的設計中，施加力矩是通過重物和滑輪來實現(xiàn)的。現(xiàn)代的設備多采用電子拖曳馬達來產生力矩。一般商用應力控制型流變儀的力矩范圍為10構、物理尺寸和所測試材料的粘度。實際用于粘度及流變性能測量的幾何結構有同軸圓筒(Couette)錐板和平行板等。b. 動態(tài)熱機械分析儀(DynamicThemomechanicalAnalyzer)所用儀器型號是DMA1,如圖2-3,它是2012年梅特勒-托利多公司發(fā)布的新型動態(tài)熱機械分析儀器，DMA1

17、可以在所有標準形變模式(彎曲、張力、剪切和壓縮)下，甚至在液體或設定的相對濕度條件下進行測量。圖2-3動態(tài)熱機械分析儀DMA1相對于DMA,它所表現(xiàn)出的優(yōu)勢有：1）測量頭位置靈活，可以在所有形變模式，甚至在液體或者不同相對濕度條件下進行測量；2）操作方便，可以快速更換形變模式；3）TMA測試模式，用于測量膨脹系數(shù)、蠕變效應以及松弛時間；4）溫度選件，用于吸附與解吸附測量；5）符合人體工程學設計的超大觸摸屏，方便樣品夾持和測量過程監(jiān)測；6）寬廣的溫度范圍，從-190°C至600°C；7）高效且經濟實用的冷卻系統(tǒng)，節(jié)約寶貴的測量時間，并能減少液氮消耗量。動態(tài)熱機械分析儀（DMA

18、1）的測試原理是：樣品處于程序控制的溫度下,并施加隨時間變化的振蕩力，研究樣品的機械行為，測定其儲能模量、損耗模量和損耗因子隨溫度、時間與力的頻率的函數(shù)關系。廣泛應用于熱塑性與熱固性塑料、橡膠、涂料、金屬與合金、無機材料、復合材料等領域。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其中儲能模量E':實質為

23、楊氏模量，表述材料存儲彈性變形能量的能力。儲能模量表征的是材料變形后回彈的指標。儲能模量E，是指粘彈性材料在交變應力作用下一個周期內儲存能量的能力，通常指彈性；損耗/耗能模量E：是模量中應力與變形異步的組元；表征材料耗散變形能量的能力。通常指粘性。損耗模量又稱粘性模量：是指材料在發(fā)生形變時，由于粘性形變(不可逆)而損耗的能量大小，反應材料粘性大小。是粘彈性材料復數(shù)模量中的虛部，與材料在每一應力或者應變周期內以熱的形式損耗的能量成正比。它描述材料產生形變時能量散失(轉變)為熱的現(xiàn)象,是能量損失的量度，為一阻尼衰減項。在粘彈性材料的力學性能測試中是一重要參數(shù)。損耗模量愈小，表明材料的阻尼損耗因數(shù)也

24、小，材料就愈接近理想彈性材料。表征材料耗散變形能量的能力，體現(xiàn)了材料的粘性本質。復合模量(E*,complexmodulus)包括儲能模量(E)和損耗模量(E,lossmodulus),兩者之間的關系為：E'=E*cos8式2.1E=E*sinb式2.2E*=sqrt(E'人2+EA2)式2.3損耗因子又稱損耗因數(shù)、阻尼因子(dampingfactor)或內耗(internaldissipation)或損耗角正切(losstangent),是每周期耗散能量與在一周期內的最大貯能之比。黏彈性材料在交變力場作用下應變與應力周期相位差角的正切，也等于該材料的損耗模量與儲能模量之比。對

25、剪切應力而言，損耗因子Tan5=G/G；對法向應力而言，損耗因子tan6=E"/E'。如果5=0,作用力完全有效地用于橡膠變形，沒有內耗；如果作用力完全用于克服橡膠的黏性阻力(內摩擦)，損耗角的大小代表了動態(tài)變形下能量損耗的大小。損耗因子的大小代表的是材料的粘彈性性能，損耗因子越大說明材料的黏性越大，損耗因子越小說明材料的彈性越大。在一定的范圍內可以表示材料的狀態(tài)。c. 高速力值測量采集系統(tǒng)儀器型號：NOS-FVA200生產廠商：長沙諾賽希斯儀器儀表有限公司高速力值測量采集，把高頻率沖擊力傳感器和現(xiàn)代數(shù)字測量技術結合起來，采用高精度沖擊力傳感器和現(xiàn)代的高速采集系統(tǒng)，以及相關的

26、專業(yè)軟件實現(xiàn)對沖擊力、撞擊力等快速瞬間力值的整個過程的監(jiān)測和測量。沖擊、撞擊過程包含巨大能量交換，是一個毫秒到秒量級的短時程動態(tài)過程，本質上是一個復雜的沖擊動力學問題。其系統(tǒng)組成有：沖擊力傳感器、信號處理器、高速采集卡以及力值分析管理軟件。系統(tǒng)應用原理：1）撞擊物碰撞到撞擊板的時候沖擊力傳感器會受到沖擊力，經相應的測量電路把力值轉換為電信號（電壓或電流），從而完成了將外力變換為電信號的過程；2）高精度集成運算放大器將沖擊力傳感器輸出的電信號放大成為容易采集測量的標準模擬信號；3）高速采集卡將電壓輸出變送器的電壓信號采集過來并通過AD轉換功能將電壓轉換至數(shù)字信號，并通過USB2.0高速接口與電腦

27、通訊，DAQ米集卡的米集頻率最高可達100kHz（即每秒米集10萬次），從而可以實現(xiàn)電腦米集碰撞瞬間的力值；4）軟件根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)繪制時間-轉移力值的曲線圖，以便更直觀觀測數(shù)據(jù)的變化過程及規(guī)律，并可以設置門限報警功能。該系統(tǒng)的模擬系統(tǒng)如圖2-4和圖2-5:撞擊力/沖擊力/碰撞力力值測試采集系統(tǒng)圖2-4高速力值測量采集模擬系統(tǒng)原理示意圖圖2-5高速力值測量采集模擬系統(tǒng)原理示意圖11E-30.010.1110ShearRate1/s第3章結果分析與討論3.1PBDMS的檢測分析本實驗采用安東帕旋轉流變儀對所制備樣品的剪切速率與粘度之間的關系進行表征，該檢測是將直徑為25mm的樣品置于0.001-

28、10/s的剪切速率下，得到對應的粘度值，交聯(lián)密度越大，粘度值越大。本次試驗所制備的樣品最終檢測的數(shù)據(jù)如圖3-1、圖3-2和圖3-3:80000-70000-©0000-50000-40000-30000-20000-10000-圖3-1樣品的流變性曲線圖3-1中的1,2,3號樣品分別指的是羥基含量為8.5%的羥基硅油與不同配比的硼酸以及二氧化硅反應所制備出的PBDMS,其中1,2,3號樣品的PDMS與硼酸的羥基含量比例分別是1:1,1:2,1:3。從圖中可以明顯看出隨著剪切速率的增加，所制備出的PBDMS的粘度明顯上升，即出現(xiàn)了剪切增稠現(xiàn)象，直至剪切速率達到某一定值之后，樣品又出現(xiàn)了

29、剪切變稀的現(xiàn)象。當PDMS與硼酸的比例增大時2,3號樣品的粘度相較于1號樣品顯著增加，但是2,3號樣品之間的差異不太顯著,出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是因為PDMS與硼酸的反應量有一定的飽和值，當兩者的反應配比達到這一定值時，反應便不再隨著反應物量的增加而加劇，從而導致粘度變化不再顯著。還可以從圖中直觀地看出1號樣品的流變性曲線的屈服平臺明顯比2號，3號的寬，而2,3號流變性曲線的屈服平臺之間的差異卻不太明顯。eoooo-4OOOO-20000-4-20000-JU。tlTTJTTTTTTTT|TTTTTTTT|IITTIITI|ITTTTITTJITTTTTTT|T1E-41E-30.010.11

30、10ShearRate1/s圖3-2樣品的流變性曲線圖3-2中的4,5,6號樣品分別指的是羥基含量為1%的羥基硅油與不同配比的硼酸以及二氧化硅反應所制備出的PBDMS,其中4,5,6號樣品的PDMS與硼酸的羥基含量比例分別是1:1,1:2,l:3o從圖中可以看出4,5,6號樣品的粘度均隨著剪切速率的而增加而增加，當剪切速率達到某一定值后，樣品又都出現(xiàn)剪切變稀的現(xiàn)象。對比4號樣品的粘度5,6號樣品的粘度明顯增大，且5,6號樣品之間的差異依舊不太顯著，原因同1,2,3號樣品。一.一7不同于1,2,3號樣品的是，4,5,6號樣品都出現(xiàn)了二次增稠現(xiàn)象,即雙峰增稠，從圖中可以看出4號樣品的二次增稠效果明

31、顯弱于5,6號樣品。出現(xiàn)二次增稠的原因還有待進一步研究分析。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圖3-3PBDMS的流變性曲線圖3-3中的7,8,9號樣品分別指的是羥基含量為0.5%的羥基硅油與不同配比的硼酸以及二氧化硅反應所制備出的PBDMS,其中7,8,9號樣品的PDMS與硼酸的羥基含量比例分別是1:1,1:2,l:3o從圖中可以看出不僅8,9號樣品的粘度明顯高于7號樣品，而且8,9號樣品之間的差異

32、也更加明顯，分析其原因，可能是因為羥基硅油的羥基含量太少，硼酸的量有所變化時，交聯(lián)密度的變化相對而言更加明顯，即體系的粘度變化相對而言更加明顯。整體對比圖3-1,圖3-2以及圖3-3,流變性曲線的屈服平臺整體變寬，而從圖3-1到圖3-2,分子鏈是越來越短的，說明原料的分子鏈越短，所制備的材料的應用范圍越廣；由于原料的粘度越高，剛性越好，制備出來的樣品穩(wěn)定性越好；流變性曲線的屈服平臺越寬，所制備出的材料應用范圍越廣。因此粘度高且流變性曲線的屈服平臺寬的材料具有更優(yōu)異的性能，應該大力研發(fā)。為了對比不同的原料配比對PBDMS流變性的影響，表3-1統(tǒng)計了9個樣品的剪切增稠臨界粘度值，其中不包括個別樣品

33、出現(xiàn)的二次增稠臨界值,如下所示：表3-1PBDMS剪切增稠臨界粘度值PBDMS(8.5%)ViscosityPa*sPBDMS(1%)ViscosityPa*sPBDMS(0.5%)ViscosityPa*s1：1342001:1343001：162801：2735001：2630001：2336001：3775201：3668001：342500從表3-1中可以直觀的看出當PDMS與硼酸羥基含量的比例增加時,PBDMS剪切增稠臨界粘度值也隨之增加，當比例從1:1增加到1:2時,峰值粘度增大特別明顯；當比例從1:2增加到1:3時，體系的峰值粘度變化不大。當PDMS的羥基含量減少時，體系的粘度也

34、相應減小，并且隨著PDMS羥基含量的減少，1:2與1:3之間的差異變得明顯。在應用中，高分子材料的粘度越高，所制備出來的制品剛性越好，因此可以得出結論：在一定范圍內，反應物的交聯(lián)密度越大，所制備出的PBDMS剛性越好。3.2PBDMS改性雙組分硅膠的檢測分析將PBDMS填充在硅膠A組分與B組分中，稱為改性雙組份硅膠，對檢測的每個樣品按照交聯(lián)密度進行編號，具體如表3-2所示：表3-2PBDMS改性雙組分硅膠樣品樣品ABCDEFG交聯(lián)密度0123456PDMS的羥基含量00.5%0.5%1%1%8.5%8.5%羥基含量比1:11：31:11：31：11:3PDMS/硼酸其中樣品A為純硅膠，沒有填充

35、PBDMS,直接將硅膠A組分與B組分混合，作為空白對照組。3.2.1PBDMS改性雙組分硅膠的拉伸性能分析本實驗采用動態(tài)熱機械分析儀(DMA1)對PBDMS改性雙組分硅膠進行力學性能分析，測試條件為：在拉伸模式下，將樣品分別置于lHz,25Hz頻率下恒溫40攝氏度保持20分鐘，從而得到對應的儲能模量(E')、損耗模量(E")以及損耗因子(Tan6)的值如圖3-4和圖3-5所示：25Hz1Hz0123456crosslinkdensity圖3-4樣品在25Hz、1Hz下的儲能模量E在圖3-4中，可以看到PBDMS改性雙組份硅膠在不同的振動頻率，即1Hz及25Hz的交變力場下，隨

36、著羥基硅油的含量與硼酸的比例增加，硅膠的儲能模量也依次增加，說明材料在交變應力作用下一個周期內儲存能量的能力是提高的，并且高頻下的儲能模量高于低頻。其中0代表純組分硅膠，1至6分別代表填充了不同PBDMS的硅膠，可以明顯看出，填充了PBDMS的硅膠，其儲能模量均高于純組分硅膠。材料的儲能模量越大，其剛性越好，說明填充不同PBDMS對材料的剛性是有不同的改善的，儲能模量在6點，即羥基含量為8.5%的羥基硅油與硼酸的比例為1:3時達到最高值，此時交聯(lián)密度最大，因此可以得出結論：交聯(lián)密度越大，材料的儲存彈性變形能量的能力越好。oO25Hz1HzcuQ.M(Dn_e>0.12-0.10-0.08

37、-o.oe-0.04-0.02-0123456crosslinkdensity圖3-5樣品在25Hz、1Hz下的損耗模量E在圖3-5中，PBDMS改性雙組份硅膠的損耗模量在1Hz及25Hz的交變應力場下也隨著羥基硅油的含量與硼酸的比例增加而增加，其提高幅度小于儲能模量的提高幅度，但是在高頻下的損耗模量相較于低頻的差異比儲能模量明顯。損耗模量的最大值也是在交聯(lián)密度最大處，此時材料具有高的回彈能力，說明材料在變形后的能量耗散能力也隨著交聯(lián)密度的增大而增強。由表3-3、3-4中數(shù)據(jù)可以看出在高頻率條件下，損耗因子的值普遍大于低頻下的值；而因為損耗因子越大，則材料的粘性越大，；損耗因子越小，則材料的彈

38、性越好。說明在高頻下該材料的粘性較大，阻尼性能較好；在低頻下，該材料的彈性較大。mechanicalpropertiesofthesamplesItwasfoundthatthecrosslinkingdensityhasasignificantinfluenceontheperformanceofPBDMSbymodifiedtwo-componentsilicone,andwiththeincreasingofthecrosslinkdensity,thestoragemodulusandlossmodulusoftensileloadareimprovedathighfrequencie

39、s,andthedampingpropertiesofmaterialisalsoimproved.KEYWORDS:Shearthickening,Crosslinkingdensity,PBDMS,ImpactResistance3.2.2PBDMS改性雙組分硅膠的抗沖擊性能分析本實驗檢測是用重量為5KG的鋼球從高為5米處落下，沖擊能量經測試樣品的緩沖作用到樣品底部的壓力傳感器上，從而得到透過樣品的壓力值大小，透過的壓力值越小，說明被測試樣品的耐沖擊能力越好。通過高速力值測量采集系統(tǒng)對PBDMS改性雙組分硅膠樣品B,C,D,E,F,G以及純組分硅膠A進行了抗沖擊性能檢測，其檢測結果如圖3-

40、7所示：28-.26-.20-.18-0123456crosslinkdensity圖3-7PBDMS改性雙組份硅膠的抗沖擊測試結果耐沖擊性防護用具的指標：根據(jù)歐洲EN1621-1標準，50J能量施加于受測物，測試后力量轉移平均值低于35KN,且單值最大不能超過50KNo表格中的測試結果指的是沖擊物的能量通過受測物的緩沖最后所通過的壓力值。從表3-5和圖3-7中可以明顯看出填充后的硅膠比純硅膠的耐沖擊性能優(yōu)異。并且隨著交聯(lián)密度的增加，PBDMS的耐沖擊性能也顯著增加。而樣品所填充的PBDMS的原料分子鏈長度是依次增加的；再分別對比樣品B和C,D和E,F和G,明顯后者相比前者耐沖擊性能有所提高，

41、而兩者之間的區(qū)別在于羥基含量的不同，即交聯(lián)密度不同，后者的交聯(lián)密度比前者大。因此可以大致得出結論：原料PDMS的分子鏈越長，所制備出來的PBDMS改性雙組分硅膠的耐沖擊性能越好；原料PDMS與硼酸的交聯(lián)密度越大，所制備出來的PBDMS改性雙組分硅膠的耐沖擊性能越好，且當交聯(lián)密度達到某一峰值時，交聯(lián)密度對PBDMS改性雙組分硅膠性能的影響效果優(yōu)于分子鏈長度的影響效果。第4章總結本文用PDMS、硼酸、二氧化硅以及硅膠AB組分制備PBDMS改性雙組份硅膠，在實驗過程中改變了羥基含量比來探尋對其沖擊性能的影響，并通過三種檢測方法來確定沖擊性能好的硅膠。通過旋轉流變儀，動態(tài)熱機械分析儀，及高速力值測量采

42、集系統(tǒng)對材料的流變性，拉伸性能以及抗沖擊性能進行了表征，并討論了羥基含量的比例，即交聯(lián)密度對材料的力學性能的影響。實驗結果表明：1）當用PBDMS填充雙組份硅膠后可以明顯提高材料的阻尼性能及其抗沖擊能力；2）在原料配比中增大端羥基聚二甲基硅氧烷與硼酸的羥基含量比以及提高SiO2的含量后，發(fā)現(xiàn)隨著比例的增大，即交聯(lián)密度的增大，PBDMS改性雙組份硅膠的儲能模量及損耗模量會升高，即材料具有更加良好的彈性及剛性；3）分子鏈越長，經PBDMS填充的硅膠力學性能提升，但是相比于分子鏈長度對于PBDMS改性雙組分硅膠抗沖擊性能的影響，交聯(lián)密度的影響效果更顯著。參考文獻1 孫西超，李艷清，伍仲，祝成炎.ST

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52、014,42(10).目錄摘要ABSTRACTII第1章前言11.1引言11.2剪切增稠機理11.3剪切增稠材料的研究現(xiàn)狀與應用21.3.1粒子膠體增稠體系的應用31.3.2分子膠體增稠體系的應用31.3.3國內研究進展31.4本實驗研究內容與目的41.4.1研究內容41.4.2研究目的4第2章實驗方案及過程6實驗方案62.2化學試劑及制備方法7實驗用到的化學試劑72.2.1 PBDMS的制備7PBDMS改性雙組分硅膠的制備82.3所用設備9實驗所用設備92.3.2樣品檢測所用設備10第3章結果分析與討論173.1 PBDMS的檢測分析17PBDMS改性雙組分硅膠的檢測分析213.2.1 PB

53、DMS改性雙組分硅膠的拉伸性能分析213.2.2 PBDMS改性雙組分硅膠的抗沖擊性能分析24第4章總結26參考文獻27致謝30第1章前言1.1引言隨著時代的進步與現(xiàn)代科技的突飛猛進，針對保護從事特殊工作的人群，所研制的防護裝備也在逐步完善，從最初的金屬材料到非金屬材料，再到如今的復合材料。材料的改進在保證優(yōu)異的防護性能的同時，提高了個體防護裝備的舒適性和柔軟性,并且讓穿戴變得更加方便。美國陸軍研究實驗室和特拉華州立大學合成物質研究中心的科學家運用新型納米科技研制出來了“剪切增稠液體”(STF:ShearThickeningFluid),剪切增稠液體材料的問世，讓個體防護裝備由硬質向半硬質的過渡得以實現(xiàn)。剪切增稠液體(STF)是一種“脹流流體”，它在不受力或受輕微力的作用下呈現(xiàn)出較好的流動性，一旦受到超過其臨界剪切力的作用力時，出現(xiàn)剪切增稠現(xiàn)象，在一定的剪切力作用下STF瞬間呈現(xiàn)出類似固體的狀態(tài)，當作用力消失后，又很快恢復成可流動狀態(tài)。這種剪切增稠效