单分散球型SiO2分散体系流变性研讨.pdfVIP

材料科学 单分散球型Si02分散体系流变性研究 伍秋关 阮建明 黄伯云周忠诚王亚东 中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙，410083 摘要在乙醇介质中以氨催化水解正硅酸乙酯的方法制得了单分散球型Si02，并研究了该 的剪切增稠现象，且在整个剪切应力区间耗能模量(G’)都大于储能模量(G7)，体系主 要表现的是黏性，以消耗能量为主的，其消耗的能量(E。)在增稠前随最大应变(7。)的 增长呈1．92的指数关系增长，而在增稠区，E。随y。呈5．oo的指数关系增长。实验同时还发 现随着频率的增大和恒定温度的减小，临界剪切应力(仃，)都变大。 关键词流变性；二氧化硅；分散体系；剪切增稠 许多分散体系，如药物、涂料、润滑剂等，在处理过程中都受到大的切应力作用，这种切应力易使 体系黏度随着应力的提高而增大，给生产带来不利的影响，如阻碍输送管道、破坏设备等而越来越受到人 们的重视。一方面人们研究如何降低流体的黏度，另一方面正研究如何利用流体的这种性质，如设计阻尼 控制设备【lJ：据报道，在美国和新加坡已有研究人员利用Si02的乙二醇、水和聚乙二醇的分散体系的这种 增稠性能来研究必威体育精装版的防弹材料‘2，31，与现有的防弹材料相比，这种材料不仅具有相当的防护性能，而且还 可以减轻重量，增加材料的柔韧性。 目前，有关Si02分散体系的研究主要有两大类型。一种是先用有机物如环己烷、硅烷偶联剂(TPM) 的Si02直接分散于极性介质‘7胡1(如水、水与丙酮的混合液、聚丙二酵)或非极性介质‘71(如无机硅油、 矿物油)，有关SiOz／聚乙二醇分散体系的流变性能尚未见报道，本文利用应力控制流变仪从稳态和动态方 面研究了单分散球型Si02的聚乙二醇分散体系的流变性能。 1 实验部分 1．1 Si02的制备与分析 25C恒温反应器中，以一定比例加入氨水、去离子水和无水乙醇，机械搅拌速度恒定在700rpm。以一定的 应4h再加入硅烷偶联剂(1(I{570)为分散剂，搅拌20 h后离心、干燥得Si02。 Transmission Si02的形貌分析：把Si02分散于乙醇中，超声波处理后，置于铜箔上。干燥后在日立H一800 Electron Microscopy(TEM)进行形貌分析。 2．2分散体系的制备 以平均分子量为200的聚乙二醇(polyethylene 为分散介质。经流变性测试，在250C时PEG是黏度为0．03Pa·S的牛顿流体，即流体的黏度不会随着剪 切速率的变化而变化。 473 中国科协第四届优寿博士生学术年会论文集 阻止了粒子的沉降和团聚，形成了不絮凝的稳定分散体系。 1．3流变性测试 态剪切速率范用为0I～ICOS1：在恒定频率的条件下．动态麻力扫描范围为01～1000Pa。使用锥板央县， 锥的弧度为2。．扳的直径为加龇 2结果与讨论 3．1 Si02的形貌分析 llm。 均粒径为500 图l s102的形貌图 2．3稳态流变性能 图2为体系表观黏度(r／)和剪切麻力(盯)随剪切速率(，)的变化曲线。从图中可见玎先随着口 的增大有些减小t迭到最小值后随着口的增大而明显增大，而在整个，区问，口都随，的增太而增大并出 现拐点．拐点前增大速率较慢，拐点后增大速宰相对较快，可见该体系具有剪切变稀和剪切增稠现象。 圈2 sin／PEG分散体系的稳态流变曲线 材料科学 2．3动态流变性能 图3是Si02／PEG分散体系在频率为20 图中可以看出，77’的变化与稳态流变曲线中77的变化趋势是基本一致的，处于低盯阶段，77’随着盯的增 大而减小，达到最小值后随着仃的增大急剧增大。77’最小值对应的点称为临界点，该临界点所对应的应 力称为临界剪切应力(仃．)。为了考察这种剪切变稀和剪切增