Rheological Fluids as a Potential Component of Textile Products

• Autorzy: Leonowicz M. , Kozłowska J. , Wierzbicki Ł , Olszewska K. , Zielińska D. , Kucińska I. , Wiśniewski A.

Warianty tytułu

PL

Ciecze reologiczne jako potencjalny składnik wyrobów tekstylnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Rheological fluids belong to the group of smart materials which can also form a component of some textile products. In this study shear thickening fluids (STF) and magnetorheological fluids (MRF) were synthesised. STF is a colloidal suspension of silica nanoparticles in an organic liquid carrier. The viscosity of STFs depends on the shear rate, which means that for a sufficiently high shear rate their properties change from the characteristic of a liquid to that typical for a solid body. This process is rapid and fully reversible. MRF is a noncolloid suspension of micrometric iron particles in a carrier liquid, usually oil. Under the action of an external magnetic field the particles form a chain-like structure and the MRFs change the viscosity, with their properties becoming characteristic of an elastic solid. In this study flexible body armours which are able to protect limbs were elaborated. Such systems can also be used for other flexible shields such as mates, blankets etc., as well as to find civilian applications, for example sport protective clothing.

PL

Materiały inteligentne zadomowiły się już na dobre w niemal wszystkich gałęziach przemysłu. Stanowią one również komponent wielu inteligentnych wyrobów tekstylnych. Przedmiotem opracowania są ciecze koloidalne, zagęszczane ścinaniem (STF) oraz ciecze magnetoreologiczne (RMF). Ciecze STF są koloidalną zawiesiną nanocząstek krzemionki w nośniku organicznym, np. glikolu etylenowym lub polietylenowym. Są to ciecze nienewtonowskie, czyli ich lepkość zależy od szybkości ścinania. STF wykazują zjawisko dylatacji, co znaczy, że przy odpowiednio dużej szybkości ścinania ich właściwości przechodzą od typowych dla cieczy, do charakterystycznych dla ciała stałego. Praktycznie zaś można stwierdzić, że STF pod wpływem uderzenia zmienia się z lepkiej cieczy w sprężyste ciało stałe. Proces ten jest szybki i w pełni odwracany. Ciecze MRF są niekoloidalną zawiesiną mikrometrycznych cząstek proszku żelaza w cieczy nośnej, zazwyczaj oleju. Są to również ciecze nienewtonowskie. Pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego cząstki żelaza tworzą sztywne łańcuchy a ciecze zmieniają lepkość i zbliżają swoje właściwości do typowych dla ciała stałego. MRF znajdują zastosowanie w adaptacyjnych układach tłumienia drgań, sprzęgłach, hamulcach itp. W ramach projektu POIG Innowacyjna Gospodarka Inteligentne pancerze pasywne z zastosowaniem cieczy reologicznych ze strukturami nano opracowywane są elastyczne kamizelki kuloodporne, zdolne do ochrony kończyn. Tego typu pancerze mogą też być stosowane na inne pozbawione sztywności, osłony, w postaci mat, plandek itp. Ciecze zagęszczane ścinaniem mogą także znaleźć zastosowania cywilne w ochraniaczach sportowych oraz odzieży ochronnej.

Słowa kluczowe

EN

shear thickening fluid; magnetorheological fluids; liquid body armour

PL

ciecze magnetoreologiczne; płyny magnetoreologiczne; ciecze koloidalne zagęszczane ścinaniem

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 22, no. 1 (103)
• Strony: 28--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Leonowicz M.

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

autor

Kozłowska J.

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

autor

Wierzbicki Ł

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

autor

Olszewska K.

• Institute of Security Technologies Moratex, Marii Skłodowskiej-Curie 3, 90-965 Lodz, Poland

autor

Zielińska D.

• Institute of Security Technologies Moratex, Marii Skłodowskiej-Curie 3, 90-965 Lodz, Poland

autor

Kucińska I.

• Institute of Security Technologies Moratex, Marii Skłodowskiej-Curie 3, 90-965 Lodz, Poland

autor

Wiśniewski A.

• Military Institute of Armament and Technology, S. Wyszyńskiego 7, 05-220 Zielonka, Poland

Bibliografia

• 1. Dziubiński M, Kiljański T, Sęk J. Podstawy reologii i reometrii płynów. Politechnika Łódzka, Łódź, 2009.
• 2. Hassan TA, Ragnari VK, Jeelani S. Syntesis, processing and characterization of shear thickening fluid (STF) impregnated fabric composites. Materials Science and Engineering 2010; 527, 12: 2892–2899.
• 3. Grygoryan VA, Kobylkin IF, Marinin VM, Bespalov IA. Ballistic performance of textile armor treated with shear thickening fluid. Techniczne Wyroby Włókiennicze 2009; 2-3: 12-15.
• 4. Żmigrodzki T, Danelska A, Wierzbicki Ł, Leonowicz M, Szafran M. Rheological behavior of nanosized silica suspensions. Inżynieria Materiałowa 2010; 175, 3: 784-786.
• 5. Qui-me W, Jian-ming R, Bai-yun H, Zhong-cheng Z, Jian-Peng Z. Rheologcal behavior of fumed silica suspension in polyethylene glycol. Journal of Central South University of Technology 2006; 13, 1: 1-5.
• 6. Yan Y, Hui L, Bo-seon K. Analysis of magnetorheological fluid damper. Journal of Central South University of Technology 2007; 14, 1: 260-264.
• 7. Kciuk M, Turczyn R. Properties and application of magnetorheological fluids. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 2006; 18. 127-130.
• 8. David Carlson J. Introduction to Magnetorheological Fluids. http://www.ippt.gov. pl/~smart01/abstracts/pdf/carlson_1.pdf
• 9. SevalGenc¸ Pradeep P Phul´e. Rheological properties of magnetorheological fluids. Smart Materials and Structures. 2002; 11. 140-146.
• 10. Domínguez-García P, Sonia Melle J. Pastor M, Rubi MA. Scaling in the aggregation dynamics of a magnetorheological fluid. Physical Review 2007; 76: 051403.
• 11. Tang HZ. Particle size polydispersity of the rheological properties in magnetorheological fluids. Science China Physics, Mechanics and Astronomy 2011; 54, 7: 1258–1262.
• 12. Lee YS, Wetzel ED, Wagner NJ. The ballistic impact characteristics of Kevlar woven fabrics impregnated with a colloidal shear thickening fluid. J. Mater. Sci. 2003; 38. 2825–33.
• 13. Kalman DP, Merrill RL, Wagner NJ, Wetzel ED. Effect of particle hardness on the penetration behavior of fabrics intercalated with dry particles and concentrated particle–fluid suspensions. Appl. Mater. Interfaces 2009; 1: 2602–12.
• 14. Rabb RJ, Fahrenthold EP. Evaluation of shear thickening fluid Kevlar in large fragment containment applications. J. Aircr. 2011; 48: 230–4.
• 15. Berkovski B, Bashtovoy V. Magnetic Fluids and Applications Handbook. Redding, CT: Begell House, Inc., 1996.
• 16. Carlson JD, Catanzarite DM, St Clair KA. Commercial magneto-rheological fluid devices. Int. J. Mod.Phys. B. 1996; 10: 2857–65.
• 17. Hesselbach J, Abel-Keilhack C. Active hydrostatic bearing with magnetorheological fluid J. Appl. Phys. 2003; 93: 8441–3.
• 18. Deshmukh SS, McKinley GH. Adaptive energy-absorbing materials using fieldresponsive fluid-impregnated cellular solids. Smart Mater. Struct. 2007; 16: 106–13.
• 19. Kwon JS, Fahrenthold EP. Evaluation of magnetorheological fluid augmented fabric as a fragment barrier material. Smart Mater. Struct. 2012; 21: 1-10.