剪切增稠凝胶及制备方法和有剪切增稠效应的防破片织物的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及剪切增稠凝胶及制备方法和有剪切增 稠效应的防破片织物。
【背景技术】
[0002] 剪切增稠流体（STF)是指剪切速率增大到一定值时，体系黏度随剪切速率迅速增 加的非牛顿流体。利用流体的剪切增稠特性，美国Delaware大学的研宄人员提出了使用剪 切增稠流体制备软体防护复合材料的构想。剪切增稠流体渗入织物中，通常状态下是以液 态形式存在，保持了织物本身的柔顺性；但织物一旦受到冲击、压紧，受冲击部位的剪切增 稠流体在剪切应力作用下粘度迅速增加，变成坚硬的固体，使织物更强而难以被刺穿，有效 提高了防护性能，因此利用剪切增稠流体与高性能织物制备的防护复合材料很好地调和了 传统防刺材料防护性能和灵活性难以兼顾的矛盾，已成为国内外的研宄热点。
[0003] 上述剪切增稠流体，主要由液态的高分子基体，如聚乙二醇、聚乙烯醇等，与二氧 化硅微纳颗粒共同组成剪切增稠液体系。但由于其性状为液态，具有较强的流动性，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较多的问题，导 致其应用推广具有一定的局限性。
[0004] 另外一方面，目前使用剪切增稠流体制备防弹与防刺复合材料的研宄主要集中在 Kevlar织物上，而对于其他合成纤维织物，如涤纶、腈纶等，则较少研宄。目前军用织物中， 除少量直接用于软体防弹衣的价格高昂并且加工难度较大的Kevlar或超高分子量聚乙烯 纤维外，使用量最大、最广泛的是涤纶纤维织物，主要作为野战帐篷、伪装网、软体水罐等后 勤装备用布料。而现代战争条件下，即使是处于后方的后勤装备也面临敌方多种毁伤手段 的严重威胁，包括炮弹破片、流弹、冲击波等，传统的涤纶织物对此无法实现有效的防范。为 提高野战条件下的军用后勤装备的防护能力，减少人员与设备损伤。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种剪切增稠凝胶，该剪 切增稠凝胶具有抗冲击/穿刺性能，且为半固态性状。
[0006] 本发明的第二个目的是提供上述剪切增稠凝胶的制备方法。
[0007] 本发明的第三个目的是提供由上述剪切增稠凝胶制备的具有剪切增稠效应的防 破片织物，制备工艺简单，且具有优良的减震、抗冲击性能。
[0008] 为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
[0009] (一）一种剪切增稠凝胶，由以下质量百分比的原料组分组成：
[0010] a，w-二羟基聚二甲基硅氧烷78%-92%
[0011] 硼酸 3%-6%
[0012] 白炭黑 5%-16%。
[0013] 所述白炭黑为疏水性白炭黑，平均粒径为50-800纳米。
[0014](二）上述剪切增稠凝胶的制备方法，包括以下步骤：向a，w-二羟基聚二甲基硅 氧烷中加入硼酸和白炭黑，在压力为13-14kPa、温度为140-180°C的捏合机中脱水混合1-3 小时，配成基料；再将基料溶于溶剂形成所述剪切增稠凝胶。
[0015] 所述溶剂为二甲基硅油或异丙醇；
[0016] 所述基料和溶剂的比例关系为每100mL溶剂中加入10-50g基料。
[0017] (三）一种具有剪切增稠效应的防破片织物，由以下方法制得：
[0018] 制备上述剪切增稠凝胶，将涤纶织物放入剪切增稠凝胶中浸渍处理，将浸渍处理 后的涤纶织物在50-80°C下烘干1-3小时，得到所述具有剪切增稠效应的防破片织物。
[0019] 所述浸渍处理为每100mL剪切增稠凝胶处理800-1200cm2涤纶织物。
[0020] 所述浸渍处理的时间为30-60min。
[0021] 优选的，所述涤纶织物为双层织物结构。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益的技术效果：
[0023] 1、本发明的剪切增稠凝胶为硼酸改性端羟基聚硅氧烷（PBDMS)，是一种具有剪切 增稠效应的胶泥态硅系高分子材料，在受到冲击、压紧等作用时能够通过其粘度的急剧变 化而吸收并耗散一部分能量，具有明显的抗冲击与防穿刺性能。而且，其半固态的性状方便 使用，非常有利于将其与各类织物组合构成复合材料，提高织物的抗冲击/穿刺性能，并且 耐湿性、抗紫外老化性能优良。
[0024] 2、本发明的防破片织物利用了剪切增稠凝胶抗冲击/穿刺的性能，在受到流弹或 二次破片冲击时，材料中呈分散相分布的剪切增稠凝胶能够帮助织物抵抗冲击，使得防破 片织物在保持良好的柔韧性的前提下，获得优良的减震、抗冲击等性能；同时本发明的防 破片织物还利用了硼酸改性端羟基聚硅氧烷剪切增稠凝胶半固态的有利条件，制备工艺简 便，能满足大规模生产的需要。本发明的防破片织物用于制备军用帐篷，能够实现对军队人 员及精密仪器设备的保护。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合【具体实施方式】对本发明做进一步的详细说明。
[0026] 为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：
[0027] (1) 一种剪切增稠凝胶，由以下质量百分比的原料组分组成：
[0028]a，w_二羟基聚二甲基硅氧烷78%-92%
[0029] 硼酸 3%-6%
[0030] 白炭黑 5%-16%。
[0031] 作为优选，本发明所述的白炭黑为疏水性白炭黑，平均粒径为50-800纳米。
[0032] 本发明所述的a，w-二羟基聚二甲基硅氧烷、硼酸和白炭黑是本领域技术人员公 知的，可以通过商业途径购买得到或通过现有技术中公开的方法制备得到，其规格符合国 家或行业标准即可。
[0033] (2)上述剪切增稠凝胶的制备方法，包括以下步骤：向a，w-二羟基聚二甲基硅氧 烷中加入硼酸和白炭黑，在压力为13-14kPa、温度为140-180°C的捏合机中脱水混合1-3小 时，配成基料；再将基料溶于溶剂形成所述剪切增稠凝胶。
[0034] 所述溶剂为二甲基硅油或异丙醇。
[0035] 所述基料和溶剂的比例关系为每lOOmL溶剂中加入10-50g基料。
[0036] (3) -种具有剪切增稠效应的防破片织物，由以下方法制得：
[0037] 制备上述剪切增稠凝胶，按照每lOOmL剪切增稠凝胶处理800-1200cm2涤纶织物 的比例将涤纶织物放入剪切增稠凝胶中浸渍处理30-60分钟。将浸渍处理后的涤纶织物在 50-80°C下烘干1-3小时，得到所述具有剪切增稠效应的防破片织物。
[0038] 作为优选，本发明所述的涤纶织物为双层织物结构。
[0039] 本发明的具有剪切增稠效应的防破片织物经重量测试和抗冲击测试，与不具有剪 切增稠效应的防破片织物相比，本发明的防破片织物重量变化小，能保持原有的轻盈柔软， 且具有理想的抗冲击性能，能抵挡住24焦的冲击动能，用于制作军用帐篷能满足日常及战 斗需要。
[0040] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0041] 实施例1
[0042] 本发明的剪切增稠凝胶，由以下质量百分比的原料组分组成：
[0043] a，w_二羟基聚二甲基硅氧烷100g [0044]硼酸 3g
[0045] 白炭黑5g
[0046] 其中，白炭黑为疏水性白炭黑，平均粒径为50纳米。
[0047] 该剪切增稠凝胶的制备方法为：将3g硼酸和5g白炭黑加入到100g的a，w-二羟 基聚二甲基硅氧烷中，然后在压力为13kPa，温度为140°C的捏合机中脱水混合1小时制成 基料。称取l〇〇mL二甲基硅油，向其中加入10g基料，混匀即形成剪切增稠凝胶。
[0048] 本发明的具有剪切增稠效应的防破片织物，由以下方法制得：
[0049] 称取100mL剪切增稠凝胶置于烧杯中，将800cm2双层织物结构的涤纶织物放入剪 切增稠凝胶中浸渍处理30分钟。将浸渍处理后的涤纶织物在50°C下烘干1小时，即得到具 有剪切增稠效应的防破片织物。
[0050] 实施例2
[0051] 本发明的剪切增稠凝胶，由以下质量百分比的原料组分组成：
[0052] a，w_二羟基聚二甲基硅氧烷100g
[0053] 硼酸 4g
[0054] 白炭黑10g
[0055] 其中，白炭黑为疏水性白炭黑，平均粒径为200纳米。