The influence of nano-SiO2 particle size on dilatant effect of shear thickening fluids

Agnieszka Idźkowska , Mikołaj Szafran

Abstract

Recently, the shear thickening phenomenon has drawn the attention of many researchers. The ability of shear thickening fluid to resist operative force creates a possibility of applying this kind of material wherever there is a necessity to dampen and disperse energy. Therefore, dilatant slurries have found their application in dampers, devices that protect buildings against seismic shocks or military applications in so called “liquid armor”. A great deal of research has focused on investigation of the mechanism and influence of parameters such as volume fraction, polydispersity and medium viscosity of the dilatant effect, however, some fields are still unexplored. In this work, the influence of nanosilica particle size on the dilatant effect of shear thickening fluids was investigated. For the tests, nanosilica with diameters of 7 and 200 nm was chosen. The suspension was prepared by dispersing the nanosilica into poly (propylene glycol) of a molecular weight of 400 g/mol. The concentration of the ceramic powder varied from 12 to 30 vol.%. The influence of the particle size on the dilatant effect was observed by a rotational rheometer Kinexus Pro with a plate plate system. In this case, viscosity as a function of shear rate was measured. The shear rate increased from 1 to 1000 s −1. The measurement showed that the diameter of silica particles has a significant influence on the rheological properties of the investigated suspensions. With an increase in particle size the dilatant effect increases. However, its position is shifted to a lower shear rate. The maximum volume fraction and relative viscosity of the suspension also was examined. The measurements showed that with increasing particle size, the relative viscosity of the suspension decreases, which result in an increase in the maximum volume fraction of nano SiO2.
Author Agnieszka Idźkowska (FC / CChT)
Agnieszka Idźkowska,,
- Chair of Chemical Technology
, Mikołaj Szafran (FC / DITC)
Mikołaj Szafran,,
- Department Of Inorganic Technology And Ceramics
Other language title versionsWpływ wielkości cząstek nano-SiO2 na właściwości reologiczne cieczy zagęszczanych ścinanien
Journal seriesComposites, Theory and Practice, ISSN 2084-6096
Issue year2013
Vol13
No2
Pages117-121
Publication size in sheets0.5
Keywords in Polishciecze zagęszczane ścinaniem, nanokrzemionka, wielkość ziarna, efekt dylatancji, glikol polipropylenowy
Keywords in Englishshear thickening fluids, nanosilica, particle size, dilatant effect, polypropylene glycol
Abstract in PolishCiecze zagęszczane ścinaniem (dylatancyjne) należą do grupy płynów nienewtonowskich, charakteryzujących się wzrostem lepkości wraz ze wzrostem szybkości ścinania lub przyłożonego naprężenia ścinającego. Właściwość tych cieczy stanowi problem w wielu procesach technologicznych. Efekt zagęszczania ścinaniem utrudnia bowiem procesy mieszania i przepływu, powodując przeciążenia aparatury. W ostatnich latach wiele badań poświęcono wyjaśnieniu zarówno mechanizmu, jak i wpływu rożnych parametrów na zjawisko dylatancji. Możliwość lepszego zrozumienia efektu zagęszczania ścinaniem dała nowe spojrzenie na możliwości aplikacyjne danych zawiesin. Obecnie ciecze dylatancyjne znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie potrzebne jest stawianie oporu działającej sile. Przykładem może być tu odzież ochronna składająca się z tkanin balistycznych nasączonych płynem zagęszczanym ścinaniem, tłumiki czy też urządzenia chroniące budynki przed wstrząsami sejsmicznymi. Duże zainteresowanie skupia się także wokół tzw. ciekłych pancerzy. Pomimo wielu badań koncentrujących się wokół poznania czy też lepszego zrozumienia efektu dylatancji dalsza eksploracja tego zjawiska jest potrzebna. Wiele parametrów, takich jak wpływ stężenia fazy stałej, środka dyspergującego czy oddziaływań międzycząsteczkowych zostało zbadanych, jednakże wciąż istnieje znaczna ilość obszarów wymagająca dalszych testów. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań dotyczące wpływu wielkości ziarna na zjawisko dylatancji zawiesin ceramicznych opartych na nanokrzemionce. Średnia wielkość ziarna wynosiła odpowiednio 7 i 200 nm. Jako środek dyspergujący we wszystkich badań zastosowano glikol (polipropylenowy) o masie cząsteczkowej 400 g/mol. W celu zbadania wpływu wielkości ziarna na efekt dylatancji przygotowano zawiesiny o rożnym stężeniu fazy stałej (12, 15, 20, 25 i 30% obj.). Wszystkie ciecze były poddawane badaniom właściwości reologicznych (lepkości w funkcji ścinania). W tym celu wykorzystano reometr rotacyjny Kinexus Pro z układem płytka-płytka. Wyniki przeprowadzonych badań pokazały, że wielkość ziarna ma znaczący wpływ na początek i wartość skoku dylatancji. Ze wzrostem wielkości ziarna zaobserwowano znaczny wzrost skoku dylatancji badanej zawiesiny. Warto jednak zauważyć, że wartość szybkości ścinania, przy której skok ten występuje proporcjonalnie, maleje. W ramach pracy zbadano również wpływ wielkości ziarna na ilość proszku, jaką można załadować jednorazowo, zachowując przy tym odpowiednie właściwości badanych zawiesin. W tym przypadku najlepsze wyniki otrzymano, stosując nanokrzemionkę o średniej wielkości ziarna 200 nm.
URL http://www.kompozyty.ptmk.net/archiwum.html
Languageen angielski
File
I_8_2013_t2_IdzikowskaSzafran.pdf 207.12 KB
Score (nominal)11
ScoreMinisterial score = 8.0, 28-11-2017, ArticleFromJournal
Ministerial score (2013-2016) = 11.0, 28-11-2017, ArticleFromJournal
Citation count*
Cite
Share Share

Get link to the record


* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back
Confirmation
Are you sure?