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随着现代社会的发展,人的自身价值和人们物质生活水平在不断提高,个人防护意识也在不断增强,针对突发事件的增多,公共安全问题,研究发展新型防护材料具有广阔市场需求和重要的理论价值。研发个体防护材料的核心问题一直是寻找重量/强度与所需机动性之间的平衡点。如何在保证穿戴者舒适性的同时具有更好的防护效果,是该领域研究的难点和重点。剪切增稠是非牛顿流体力学行为,通常可在高固含量胶体分散体系中观察到,表现为胶体黏度随剪切应力增大并超过临界值后会出现剧烈的非线性增长。因其独特的吸能特性,使得在过去几年对剪切增稠流体(STFs)的应用研究引起了广泛的关注。鉴于小能量柔性复合材料动态力学表征设备的匮乏,自行设计加工了 Ⅰ、Ⅱ型落锤式冲击试验装置和悬臂夹层梁振动阻尼测试装置;利用压电力传感器、压电加速度传感器组建了冲击瞬态力学测试系统;利用电荷放大器、数据采集卡组装了数据采集显示系统,较好的完成了课题所需要的动态力学特性表征要求。利用R/S流变仪、红外光谱和X射线光电子能谱分析了不同纳米SiO2粒子的表面羟基含量、质量浓度对高浓度SiO2/PEG悬浮液的流变性能和剪切增稠特性的影响机理与转变过程;创新性的利用紫外光谱分析了乙醇、去离子水作为稀释剂的引入,对SiO2/PEG悬浮液中氧化硅粒子表面吸附特性的影响;利用R/S流变仪、红外光谱和差热-热重分析了单分散纳米氧化硅粒子改性前后对SiO2/PEG悬浮液流变性能的影响;利用自制的Ⅰ、Ⅱ型冲击试验装置较为系统的分析了不同工艺制备的SiO2/PEG悬浮液浸渍Kevlar复合材料的防针刺、防刀刺吸能特性;利用自制的Ⅰ型冲击试验装置、夹层梁振动阻尼测试装置和霍普金斯杆分析了剪切增稠流体的阻尼特性与受低、高速冲击时的动态力学性能。试验结果表明:当SiO2粒子表面羟基达到一定含量后,随着SiO2质量分数的增加,悬浮液中的形成多缔合的氢键数量不断增加,悬浮液的流变性能也随之出现了从类牛顿、剪切减稀到剪切增稠显著的变化;SiO2/PEG二相体系中引入乙醇后,SiO2粒子浓度逐渐升高时,SiO2/PEG、SiO2/乙醇氢键链数量将逐渐升高,并且受乙醇加入工艺影响减小;引入去离子水时,经过旋转蒸发后不同工艺即使残留微量水分子,也会显著影响SiO2对PEG的吸附并导致二次团聚粒子的产生。沉淀法制氧化硅浸渍后的Kevlar织物抗刺穿力和吸能效率显著提高,抗刺穿力提高至约2.7～3倍,刺穿深度降低了10%左右,达到最大抗刺力时的吸收能提高至纯Kevlar的2.6倍;Stober法制单分散SiO2粒子质量浓度达到65%时,悬浮液才会出现较为显著的剪切增稠效应,以其浸渍Kevlar织物的防刺性能比纯Kevlar布具有一定的提高,当SiO2质量百分比浓度在40%-45%区间时,抗刺力可提高到1.66倍左右;改性前悬浮液浸渍Kevlar织物具备更高的防刺抗力和较低的穿透深度,4层浸渍Kevlar织物防刺性能相当于或优于6层纯Kevlar布,可较为显著的降低防护成本。Si02/聚乙二醇、SiO2/聚乙烯醇、硅酸铝纤维-A1203-SiO2/聚乙二醇不同悬浮液体系浸渍kevlar织物的防针刺和防刀刺性能测试结果发现,双相体系中Si02体积浓度为45%时,其防刺性能最好;低能量冲击时(0.3m)与聚乙烯醇体系防刺性能相当,但在高能量冲击时(1m)则明显优于聚乙烯醇体系。经多相悬浮液浸渍的Kevlar布的防针刺性能较之前有显著提高,其中1%硅酸铝纤维+44%Si02与0.5%玻纤+0.5%A12O3+44%SiO2组成的STF浸渍后的防护性能最好,但防刀刺性能仅有少量改善。不同体系剪切增稠流体形成三明治悬臂梁结构时,Si02浓度越大减振吸能效果越好。Si02/PEG与Si02/Gly悬浮液体系相比,相同浓度下相同振幅下,减振效果更好;剪切增稠流体在高应变率的冲击下,当应变率持续增大并高于临界应变率时,流体应力会随之急剧增大;当应变率变化平缓并开始下降时,流体应力会急剧下降。剪切增稠流体在低速冲击下的动态响应周期约为0.82ms,其受冲击的过程由不断的压缩周期组成。在较低的应变速率下,剪切增稠流体表现出了不一样的粘弹性效应:随应变率增大,流体应力会不变增大;但当应变率减小时,流体应力会继续增大到一定值后开始下降。