Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Application of polyglycols as a continuous phase in shear thickening fluids

Bartłomiej Twardowski

Abstract

Introduction At present, polymers are ubiquitous in several fields of technology and they replace more and more traditional materials [1]. Polymers in materials engineering are one of three basic groups of materials, which also include ceramics and metallic materials. The fourth group are composites which are made of materials from at least of two of these three groups [2]. An example of ceramic-polymer composite is a shear thickening fluid, in which the continuous phase is polymer and the dispersed phase is a ceramic powder. This material is characterized by a rapid increase of viscosity after reaching critical shear rate value. Such system has the ability to absorb impact energy, so it can be used as a material for the protection of the human body [3]. The purpose of this work was to rheological behaviour examine of dilatant fluids, in which the continuous phase was branched or linear plolyglycol, to investigate the effect of branching of dispersing phase on dilatant effect. Also were examined the influence of the length of the side group on the dilatant effect. The results referred to the fluid based on a linear commercial polypropylene glycol with average molecular weight of 400 g/mol. Results and discussion During the thesis synthesized 9 polymers. It was a branched polybutylene and polypropylene glycols and linear polybutylene glycols with an average molecular weight of 800, 1000 and 2000 g/mol. Polyglycols were analyzed by 1H NMR, 13C NMR spectroscopy and MALDI_ToF spectrometry. Dilatant fluids were obtained by mixing the polyglycols with fumed silica with an average particle size of 7 nm, which constituted 20% by weight of the suspension. Suspensions was examined by rotational rheometer. Rheological studies have shown that fluids based on branched polyglycols are characterized by higher viscosity value after reaching critical shear rate value than fluids based on linear polyglycols. The highest viscosity value shown fluid based on branched polybutylene glycol with an average molecular weight of 2000 g/mol. The maximum viscosity value of this fluid was 6 times higher than maximum viscosity of fluid based on commercial polypropylene glycol with an average molecular weight of 400 g/mol. Conclusion Dilatant fluids based on branched polyglycols are characterized by higher maximum viscosity value than fluids based on linear polyglycols. The higher the viscosity increase, the lower the critical shear rate value for which it is observed.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Bartłomiej Twardowski (FC) Bartłomiej Twardowski,, Faculty of Chemistry (FC)
Title in Polish
Zastosowanie poliglikoli jako fazy ciągłej w cieczach dylatancyjnych
Supervisor
Gabriel Rokicki (FC/CPCT) Gabriel Rokicki,, Chair Of Polymer Chemistry And Technology (FC/CPCT)Faculty of Chemistry (FC)
Certifying unit
Faculty of Chemistry (FC)
Affiliation unit
Chair Of Polymer Chemistry And Technology (FC/CPCT)
Study subject / specialization
, Technologia Chemiczna
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
03-02-2016
Issue date (year)
2016
Reviewers
Mikołaj Szafran (FC/CChT) Mikołaj Szafran,, Chair of Chemical Technology (FC/CChT)Faculty of Chemistry (FC) Gabriel Rokicki (FC/CPCT) Gabriel Rokicki,, Chair Of Polymer Chemistry And Technology (FC/CPCT)Faculty of Chemistry (FC)
Keywords in Polish
ciecze zagęszczane ścinaniem, rozgałęzione poliglikole
Keywords in English
shear thickening fluids, branched polyglycols
Abstract in Polish
Wprowadzenie Tworzywa polimerowe charakteryzują się coraz lepszymi właściwościami, dzięki czemu można z nich wykonywać elementy maszyn i mechanizmów lub wykorzystywać je jako materiały funkcjonalne [1]. Polimery stanowią w inżynierii materiałowej jedną z trzech podstawowych grup materiałów, do których należą również materiały ceramiczne oraz metaliczne. Czwartą grupę stanowią kompozyty, które są połączeniem co najmniej dwóch z wyżej wymienionych materiałów [2]. Przykładem materiału kompozytowego ceramika-polimer są ciecze zagęszczane ścinaniem (STF – Shear Thickening Fluids), w których fazę ciągłą stanowi polimer, a fazę rozproszoną zdyspergowany w nim proszek ceramiczny. Materiał ten charakteryzuje się gwałtownym wzrostem lepkości po przekroczeniu krytycznej wartości szybkości ścinania. Układ taki ma zdolność do absorbowania oraz rozproszenia energii uderzenia, dlatego może być stosowany jako materiał do ochrony ciała człowieka [3]. Celem pracy było zbadanie właściwości reologicznych cieczy dylatancyjnych na bazie liniowych i rozgałęzionych poliglikoli w celu określenia wpływu rozgałęzienia fazy dyspergującej na efekt dylatancyjny. Zbadano również wpływ długości grupy bocznej na efekt dylatancyjny. Wyniki odniesiono do cieczy na bazie komercyjnego liniowego glikolu polipropylenowego o średniej masie molowej 400 g/mol. Wyniki i dyskusja W ramach pracy dyplomowej zsyntezowano 9 polimerów. Były to rozgałęzione glikole polipropylenowe i polibutylenowe oraz linowe glikole polibutylenowe o średnich masach molowych 800, 1000 i 2000 g/mol. W polimerach rozgałęzionych rdzeń stanowił trimetylolopropan. Budowę chemiczną poliglikoli analizowano za pomocą spektroskopii 1H NMR, 13C NMR oraz spektrometrii MALDI_ToF. Na bazie zsyntezowanych polimerów sporządzano ciecze dylatancyjne, w których fazą ciągłą była krzemionka koloidalna o średnim rozmiarze ziarna 7 nm, stanowiąca 20%wag. (14%obj.) mieszaniny. Otrzymane zawiesiny badano za pomocą reometru rotacyjnego. Badania reologiczne wykazały, że ciecze na bazie rozgałęzionych poliglikoli charakteryzują się większymi skokami lepkości niż ciecze na bazie liniowych poliglikoli. Największy skok lepkości wykazała ciecz na bazie rozgałęzionego glikolu polibutylenowego o średniej masie molowej 2000 g/mol. Skok był ponad 6 razy większy niż w przypadku cieczy na bazie komercyjnego glikolu polipropylenowego o średniej masie molowej 400 g/mol. Wnioski Ciecze dylatancyjne, w których fazą ciągłą są poliglikole rozgałęzione, charakteryzują się większymi skokami lepkości niż ciecze na bazie liniowych poliglikoli. Im większy skok lepkości tym mniejsza wartość szybkości ścinania, przy której ten skok następuje.
File
  • File: 1
    Praca inżynierska wer. 3.1 Bartek.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 8420

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTb456f37b433142468992d25f804e28ff/
URN
urn:pw-repo:WUTb456f37b433142468992d25f804e28ff

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page