Shear thickening fluids based on nanosized silica suspensions for advanced body armour

• Autorzy: Wierzbicki Ł. , Danelska A. , Olszewska K. , Tryznowski M. , Zielińska D. , Kucińska I. , Szafran M. , Leonowicz M.

Warianty tytułu

PL

Ciecz zagęszczana ścinaniem na bazie nanokrzemionki w zastosowaniu na inteligentne pancerze pasywne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Composite structures built of para-aramid fabric and shear thickening fluid (STF) are developed in the light of their potential application in smart body armour. The study reports on the rheological behaviour of nanosized silica suspensions. Depending on the oligomer chemical structure and molecular weight, we observe different behaviour under shear stress. The STF composed of PPG400 and containing various volume fraction of FS showed good time stability. The compositions containing 6.5 and 11.7 vol. % of silica maintain their rheological properties, although the composition with the highest concentration of solid phase lost about 20% of its maximum viscosity value after 40 days in a closed vial. The addition of colloidal shear thickening fluids to para-aramid woven fabric (Twaron® CT709) showed enhanced ballistic penetration resistance of the elaborated system for Parabellum 9mm bullet.

PL

Struktury kompozytowe na bazie tkanin paraaramidowych oraz cieczy zagęszczanych ścinaniem są opracowywane z myślą o zastosowaniu ich przy budowie inteligentnych pancerzy pasywnych. Przedstawione badania pokazują, jak zmieniają się właściwości reologiczne zawiesin koloidalnych na bazie nanokrzemionki w zależności od chemicznej struktury oligomeru, jego masy cząsteczkowej oraz stężenia fazy stałej. Dla cieczy zagęszczanych ścinaniem o różnych stężeniach nanokrzemionki przedstawiono wyniki testu stabilności właściwości reologicznych po 40 dniach od wytworzenia. Kompozycje o stężeniu 6,5 i 11,7% objętościowych fazy stałej wykazują stałe właściwości reologiczne w badanym czasie. Krzywa lepkości dla cieczy dylatancyjnej zawierającej 17,7% objętościowych fazy stałej posiada ten sam charakter w dniu wytworzenia oraz po 40 dniach, jednak maksymalna wartość lepkości uzyskana dla cieczy po 40 dniach jest mniejsza o około 20%. Kompozyty wytworzone na bazie cieczy koloidalnej o właściwościach dylatancyjnych oraz tkanin paraaramidowych (Twaron® CT709) wykazują zwiększoną wytrzymałość balistyczną w stosunku do czystej tkaniny paraaramidowej dla pocisku Parabellum 9 mm.

Słowa kluczowe

EN

shear; thickening; fluid; armour; rheology; para-aramid composites

PL

ciecz zagęszczana ścinaniem; ciecz dylatancyjna; pancerz; reologia; kompozyty paraaramidowe

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 4
• Strony: 241--244
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wierzbicki Ł.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Danelska A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warsaw, Poland

autor

Olszewska K.

• Institute of Security Technologies MORATEX, ul. M. Skłodowskiej-Curie 3, 90-965 Łódź, Poland

autor

Tryznowski M.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warsaw, Poland

autor

Zielińska D.

• Institute of Security Technologies MORATEX, ul. M. Skłodowskiej-Curie 3, 90-965 Łódź, Poland

autor

Kucińska I.

• Institute of Security Technologies MORATEX, ul. M. Skłodowskiej-Curie 3, 90-965 Łódź, Poland

autor

Szafran M.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Chemistry, ul. Noakowskiego 3, 00-664 Warsaw, Poland

autor

Leonowicz M.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Muszynski S., Body Armor, Eastern Michigan University, 2004.
• [2] Tarig A. Hassan,Vijay K. Ragnari, Shaik Jeelani, Synthesis processing and characterization of shear thickening fluid (STF) impregnated fabric composites, Materials Science and Engineering 2010.
• [3] Grygoryan V.A., Kobylkin I.F., Marinin V.M., Bespalov I.A., Ballistic performance of textile armor treated with shear thickening fluid, Techniczne Wyroby Włókiennicze 2009.
• [4] Dziubiński M., Kilijański T., Sęk J., Podstawy reologii i reometrii płynów, Politechnika Łódzka, Łódź 2009.
• [5] Żmigrodzki T., Danelska A., Wierzbicki Ł., Leonowicz M., Szafran M., Rheological behavior of nanosized silica suspensions, Inżynieria Materiałowa 2010, 3(175), 784-786.
• [6] Qui-Me W., Jian-Ming R., Bai-Yun H., Zhong-Cheng Z., Jian-Peng Z., Rheological behavior of fumed silica suspension in polyethylene glycol, Journal of Central South University of Technology 2006, 13, 1.
• [7] Kamibayashi M., Ogura H., Otsubo Y., Shear-thickening flow of nanoparticle suspensions flocculated by polymer bridging, Journal of Colloid and Interface Science 2008, 321, 2, 294-301.
• [8] Wetzel E.D., Lee Y.S., Egres R.G., Kirkwood K.M., Kirkwood J.E., Wagner N.J., The effect of rheological parameters on the ballistic properties of shear thickening fluid (STF) -Kevlar composites, Numiform 2004, June, 13-17
• [9] Egres Jr. R.G., Lee Y.S., Kirkwood J.E., Kirkwood K.M., Wetzel E.D., Wagner N.J., “Liquid armor”: Protective fabrics utilizing shear thickening fluids, IFAI 4th Int. Conf. on Safety and Protective Fabrics, October 26-27, 2004, Pittsburgh, Science 2008, 321.