Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Shear thickening ceramic-polymer composite

Żurowski R., Antosik A., Głuszek M., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 4

255--258

EN

Shear thickening fluids (STF), which are included in non-Newtonian fluids, are a good example of innovative ceramic-polymer composites. Their characteristic feature is that the viscosity increases with an increase in shear rate. The energy is dissipated during the impact due to the increasing resistance of STF. This is the reason why STF are so promising for applications protecting the human body. Body armours based on STF, because of their elasticity in comparison to conventional counterparts, proved to be more comfortable. This work is devoted to the development of a new composition of STF with the highest dilatant effect. Based on our research on STF, it was shown that the higher the dilatant effect is, the more energy is absorbed during the impact. In this case, four different systems were prepared in which the main component of the solid phase was submicron silica powders KE-P10 (particle size 100÷200 nm) or KE-P50 (particle size 500÷600 nm). In all the prepared systems, the carrier fluid was poly(propylene glycol) with a molecular weight of 2000 g/mol (PPG 2000). The rheological properties of the systems were determined. The influence of the solid phase concentration, size of the particles and the temperature on the dilatant effect properties were examined. Rheological stability in time was also presented in this paper for certain compositions. The most satisfying results were achieved by the systems with KE-P10 in the amount of 60 volume percent. The dilatant effect at the temperature of 25°C reached 11 243 Pa·s, while the beginning of shear thickening was observed at the shear rate of 0.88 s-1. What is worth mentioning is that the obtained results are repeatable in different time intervals, meaning that the investigated fluid is rheologically stable in time. Despite the drop in the dilatant effect by 70% at higher temperatures, the dilatant effect remained on a high level of 3000 Pa·s. Regarding the obtained results, we can assume that body armour based on the ceramic-polymer composite would be suitable for protection even at higher temperatures.

PL

Ciecze zagęszczane ścinaniem (STF), będące przykładem innowacyjnego kompozytu ceramika-polimer, zaliczane są do grupy płynów nienewtonowskich. Charakterystyczną dla STF cechą jest skokowy wzrost wartości lepkości wraz ze wzrostem wartości naprężeń lub sił ścinających. W przypadku uderzenia usztywniają się, dzięki czemu energia uderzenia jest częściowo rozpraszana. Nagły opór stawiany w momencie przyłożenia siły przez tego rodzaju zawiesiny stwarza możliwość ich szerokiego zastosowania przy produkcji systemów przeznaczonych do ochrony ciała człowieka. Pancerze bazujące na STF, ze względu na większą elastyczność (w porównaniu do swych konwencjonalnych odpowiedników), zapewniałyby wyższy komfort użytkowania oraz możliwość ochrony większej powierzchni ciała. W artykule przedstawiono wyniki badań mających na celu opracowanie nowego składu cieczy zagęszczanej ścinaniem, która charakteryzowałaby się możliwie najwyższymi skokami lepkości. Wstępne badania w zakresie otrzymywania cieczy zagęszczanych ścinaniem wskazują, iż układy wykazujące duży efekt dylatancji odznaczają się również wysokim stopniem absorpcji energii towarzyszącej uderzeniu. W oparciu o syntetyczne krzemionki o submikronowej wielkości cząstek: KE-P10 (wielkość ziarna 100÷200 nm) oraz KE-P50 (wielkość ziarna 500÷600 nm), stanowiące główny składnik fazy stałej, przygotowano cztery różne układy wykazujące efekt zagęszczania ścinaniem. We wszystkich omawianych przypadkach jako ciecz dyspergującą zastosowano poli(glikol propylenowy) o masie molowej wynoszącej 2 000 g/mol. Otrzymane ciecze poddano badaniom reologicznym. Zbadano wpływ stężenia fazy stałej, wielkości ziarna krzemionki oraz podwyższonej temperatury na właściwości dylatancyjne przygotowanych zawiesin. W artykule przedstawiono również wyniki badań stabilności parametrów reologicznych w czasie dla wybranych składów. Najlepsze rezultaty uzyskano dla cieczy, której fazę stałą stanowiła krzemionka KE-P10 w ilości 60% objętościowych. W tym przypadku wartość skoku lepkości (mierzona w temperaturze 25°C) wyniosła 11 243 Pa·s, a początek zagęszczania ścinaniem zaobserwowano przy szybkości ścinania równej 0,88 s-1. Warto zaznaczyć, że wynik ten jest powtarzalny w różnych odstępach czasowych, co pozwala stwierdzić, iż opracowana ciecz jest reologicznie stabilna w czasie. W podwyższonej temperaturze - 36,6°C odnotowano spadek efektu zagęszczania ścinaniem o ponad 70%. Mimo to skok lepkości pozostał na bardzo wysokim poziomie - lepkość cieczy wzrosła niemal o 3 000 Pa·s. W związku z tak obiecującymi wynikami badań z dużym prawdopodobieństwem można stwierdzić, iż ochraniacze oparte na omawianym ceramiczno-polimerowym kompozycie należycie spełniałyby funkcje protekcyjne również w podwyższonej temperaturze.

2

Application of halloysite in fabrication of composite materials for energy absorption

Głuszek M., Antosik A., Żurowski R., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2015

|

R. 15, nr 2

61--65

EN

This work is devoted to the development of the composition as well as analysis of the rheological properties of shear thickening fluids (STF) based on pure halloysite (mineral from aluminosilicates group; H) and silica (SF14) doped halloysite dispersed in various organic liquids. The objective of this study was to form an intelligent composite using aluminosilicate tubes to dissipate energy and verify the applicability of the final suspensions to produce liquid armor. Halloysite is considered cheaper and more environmental friendly than pure SiO2 for STF production. Herein, we present studies concerning the effects of the molecular weight of poly(propylene glycol) (PPG) and modified aluminosilicate by mixing in ethanol with a carrier fluid. We also report that the fabrication of STF with silica doped halloysite leads to novel organic/inorganic composite materials with unprecedented protection properties. By analyzing the results obtained from the study, it was concluded that the liquids with modified halloysite as a dopant of 1, 3, 5 and 10 vol.% solid phase had a higher viscosity than the reference liquid based only on nanosilica. The fluid with the most favorable rheological properties is the slurry based on nanosilica with 1 vol.% halloysite (previously mixed with EtOH and PPG 725) dispersed in a poly(propylene glycol) of 725 g/mol molecular weight. The maximum shear thickening value of this liquid equaled 557 Pa·s at a shear rate of 7.8 s‒1. In the final step of the research, a knife penetration resistance test was performed. It was observed that the protective properties of p-aramid fabrics interleaved with STF based on pure SF14 powder and doped with halloysite are comparable. Thus, synthetic nanosilica can be partially replaced.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań nad opracowaniem składu cieczy zagęszczanych ścinaniem na bazie haloizytu (minerału z grupy glinokrzemianów; H) i krzemionki (SF14) domieszkowanej haloizytem zdyspergowanych w wybranych cieczach organicznych oraz ich charakterystykę reologiczną. Głównym celem badań było otrzymanie inteligentnego kompozytu, który wykorzystywałby częściowo rurkowy kształt cząstki haloizytu do rozpraszania energii, oraz sprawdzenie możliwości wdrożenia uzyskanych zawiesin do produkcji materiałów absorbujących energię, np. ciekłych pancerzy. Powszechnie jako fazę stałą stosuje się syntetyczną i drogą krzemionkę. Z uwagi na aspekt ekonomiczny i ekologiczny autorzy dokonali próby zastąpienia SiO2 naturalnym glinokrzemianem, którego zasoby w Polsce oceniane są na około 10÷12 mln ton. W pracy przedstawiono wpływ masy molowej glikolu polipropylenowego (PPG) stosowanego jako dyspergent oraz modyfikacji powierzchni ziaren fazy stałej poprzez mieszanie z etanolem i PPG na właściwości reologiczne zawiesin. Artykuł zawiera również wyniki badań nad otrzymaniem cieczy zagęszczanych ścinaniem na bazie nanokrzemionki z udziałem haloizytu jako domieszki do opracowania materiału kompozytowego do ochrony ciała człowieka. Analizując otrzymane rezultaty, stwierdzono, iż ciecze z dodatkiem 1, 3, 5 i 10% obj. modyfikowanego haloizytu charakteryzowały się wyższymi lepkościami niż próbka referencyjna oparta tylko na SiO2. Najlepsze właściwości reologiczne wykazuje zawiesina z dodatkiem 1%obj. glinokrzemianu (wcześniej poddanego procesowi modyfikacji powierzchni) zdyspergowanego w glikolu polipropylenowym o masie molowej 725 g/mol (PPG 725). Maksimum zagęszczania ścinaniem tej zawiesiny wynosiło 557 Pa·s przy szybkości ścinania 7,8 s‒1. W ostatniej fazie badań przeprowadzono testy odporności na uderzenia ostrzem. Zaobserwowano, iż materiały kompozytowe na bazie mat z włókien p-aramidowych przekładanych cieczami zagęszczanymi ścinaniem zarówno z SF14, jak i krzemionką z dodatkiem glinokrzemianu zapewniają porównywalne funkcje protekcyjne. Wykazano zatem, że syntetyczna nanokrzemionka może być częściowo zastąpiona haloizytem.

3

The role of glycerol derivative in a preparation of shear thickening fluids for liquid armour applications

Idźkowska A., Szafran M.

Composites Theory and Practice

|

2014

|

R. 14, nr 1

13--17

EN

In this paper, the influence of a glycerol derivative (glycerol monoacrylate) synthesized by the authors on the dilatants effect of shear thickening fluid was investigated. It was assumed that the monomer synthesized from acrylic acid and glycidol, owing to the presence of two hydroxyl groups, allows one to enhance the dilatant effect of the investigated slurries by creating a three-dimensional network between the powder particle and dispersing agent. The dilatant effect was examined with respect to the solid loading and molecular weight of the dispersing agent. As the ceramic powder, a nanosilica with an average particle size of 14 nm was used. Poly (propylene glycol) of a molecular weight of 400 and 725 g/mol played the role of dispersant. The solid loading was changed from 12 to 15 vol.%. The measurements showed that by applying even a small amount of glycerol monoacrylate (0.5 wt.%), it was possible to enhance the dilatant effect of the investigated slurries. It was also observed that by increasing the solid loading and/or using a poly (propylene glycol) of a higher molecular weight, it was possible to increase the critical viscosity even threefold. Furthermore, the rheological properties of the slurry return to the initial state when the external force ceases. The influence of temperature and quantity of impacts also were investigated. The measurements showed that by increasing the temperature of the shear thickening fluid from room temperature to human body temperature, resulted in a decreased dilatant effect of the slurry. However, the onset of shear thickening and critical shear rate shifted to higher values of shear rate. Moreover, widening of the dilatant jump was observed. Similar results were obtained as a result of the using the fluid several times. The studies have shown that with each successive impact, the dilitant effect decreases.

PL

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących wpływu pochodnej glicerolu (monoakrylanu glicerolu) na właściwości zagęszczania ścinaniem cieczy opartych na nanokrzemionce S fumed silica o średniej wielkości ziarna 14 nm. Monoakrylan glicerolu został zsyntezowany przez autorów w jednoetapowej reakcji kwasu akrylowego z glicydolem. Jako produkty reakcji otrzymano dwa izomery: akrylan 2,3 dihydroksypropylu oraz akrylan 1,3 dihydroksypropylu w stosunku wagowym 70:30. Założono, że obecność dwóch grup hydroksylowych w cząsteczce monoakrylanu glicerolu, jak również możliwość tworzenia wiązań wodorowych pomiędzy grupami -OH polimeru może pozytywnie wpływać na skok dylatancyjny badanych zawiesin. Efekt dylatacji badano zarówno pod względem masy molowej cieczy dyspergującej, jak i stężenia fazy stałej. Jako ciecz dyspergującą zastosowano glikol polipropylenowy o masie molowej 400 i 725 g/mol. Stężenie fazy stałej zmieniało się w zakresie 12-15% obj. Wyniki badań pokazały, że dodatek nawet niewielkiej ilości monoakrylanu glicerolu (0,5% wag.) pozytywnie wpływa na wzrost efektu zagęszczania ścinaniem. Zaobserwowano również, iż wzrost stężenia fazy stałej i/lub zastosowanie glikolu polipropylenowego o wyższej masie molowej skutkuje nawet trzykrotnym wzrostem maksimum zagęszczania ścinaniem. Co więcej, proces ten jest odwracalny. Oznacza to, że badany monomer nie tworzy trwałych wiązań z proszkiem ceramicznym i cieczą dyspergującą. W pracy zbadano również wpływ temperatury i ilości pomiarów na efekt zagęszczania ścinaniem. Badania pokazały, że wzrost temperatury negatywnie wpływa na wysokość skoku dylatancyjnego. Podwyższenie temperatury zawiesiny (25,0°C) do temperatury ciała człowieka (36,6°C) znacznie obniżyło maksimum zagęszczania ścinaniem, jednakże skok był przesunięty w stronę wyższych szybkości ścinania. Zaobserwowano również znaczne wydłużenie skoku dylatancyjnego. Podobne rezultaty uzyskano w wyniku kilkukrotnego użycia cieczy. Badania pokazały, że wraz ze wzrostem ilości penetracji maleje efekt zagęszczania ścinaniem.

4

Water-dispersible polyurethane systems used as pressure-sensitive adhesives

Czech Z., Koćmierowska M.

Polimery

|

2006

|

T. 51, nr 6

456-459

EN

Water-dispersible polyurethane systems based on anionic polyurethane aqueous dispersions were obtained. The prepolymers besed on hydroxyl-termined polybutadiene (HTPB), isophorone diisocyanate (IPDI), poly(propylene glycol) (PPG) and dimethylopropionic acid (DMPA) were synthesized in bulk. After neutralization with triethyleneamine (TEA) the anionomer prepolymer was dispersed in water, followed by a chain-extension reaction with ethylenediamine (EDA). The adhesive and cohesive properties of aqueous dispersions as coatings for self-adhesive articles were evaluated. It was observed that DMPA and crosslinking agent contents as well as kind of poly(propylene glycol) influenced adhesion and cohesion of polyurethane films.

PL

Otrzymano dyspergowalne w wodzie wodne systemy poliuretanowe. Zsyntetyzowano w masie prepolimery poliueratanowe na bazie hydroksylowanego polibutadienu, diizocyjanianu izoforonu, glikolu polipropylenowego oraz kwasu dimetylolopropionowego (Schemat A). Zdolność anionowego prepolimeru do tworzenia dyspersji w wodzie destylowanej osiągnięto przez reakcję izocyjanianowych grup końcowych z etylenoaminą oraz poprzez neutralizację z trietylenoaminą. Zbadano adhezję i kohezję usieciowanych filmów wodnych dyspersji poliuretanowych (rys. 1-3). Zaobserwowano zależność właściwości otrzymanych filmów poliuretanowych od ilości kwasu dimetylolopropionowego i środka sieciującego oraz rodzaju glikolu polipropylenowego, użytych do reakcji.