γ-Fe_2O_3/聚丙烯酸盐复合微粒的合成及其电流变效应产生机制与群子参数关系的研究

【摘要】：电流变体即在外加电场作用下流变性能发生变化的流体，目前主要是指粘度随外加电场增加而增大，在足够高的电场强度下失去流动性而固态化的流体。由于电场作用下电流变体的这种固液转变速度快且可逆，因而可将其用于开关、制动、传动、离合器、液压阀或其他智能控制方面，对传统技术提出了挑战。 电流变体多由固体微粒悬浮分散于液体绝缘介质中形成。目前已发现许多具有电流变效应的材料，但距实际工程应用还有很大差距。有关电流变效应的产生机理仍在探索中，尚缺乏设计高性能电流变体的指导理论和思想，因而需要通过对不同体系电流变效应及其影响因素的研究，进一步探讨电流变效应的产生机理。 本文首次采用反相乳液聚合法合成了化学结构不同的γ-Fe_2O_3／聚丙烯酸盐复合微粒，将其分别悬浮分散于硅油等液体绝缘介质中配成电流变液体，较为系统地考察了分散微粒的化学组成、包括聚丙烯酸的中和度及反离子种类、交联剂用量、共聚单体马来酸酐用量等对复合微粒电流变效应的影响，并从极化微粒相互作用的角度进行了分析。 首次发现，γ-Fe_2O_3含量对复合微粒电流变效应的影响在直流和交流电场下的规律较为独特，并且随γ-Fe_2O_3含量的变化在直流和交流电场下具有不同的规律。交流电场下所有含有磁性γ-Fe_2O_3复合微粒的电流变效应均优于聚丙烯酸锂微粒。测定了γ-Fe_2O_3含量不同的样品以及含有少量导电碳黑的复合微粒电流变液的介电常数、电导率和介电损耗随电场频率的变化，发现电流变效应与介电常数间并不存在简单的对应关系，而是由介电常数、电导率和介电损耗综合作用的结果。 除了分散微粒的性质影响电流变效应外，分散介质对电流变效应也具有十分显著的影响，以往的研究者往往多注重分散微粒的性质而忽视了介质影响的研究。本文较为系统地考察了分散介质的介电性质、粘度以及极性组分对同一复合微粒电流变效应的影响，得出了一些有意义的结果。当分散介质的介电常数差别较大时，电流变效应遵循介电不匹配原则；对于介电常数相近的分散介质首次发现粘度对电流变效应的影响取决于介质粘性力和极化微粒静电力之间的竞争，同时要考虑粘度对电流变液分散稳定性的影响。在某一适中的粘度范围内，介质粘度对电流变效应的影响并不大，尤其是当电场强度较高时。小分子溶剂因粘度过低，电流变液分散不稳定而导致电流变性能变差。以羟基硅油(HS)取代复合微粒-硅油电流变液中的部分介质，随HS用量的增加交流电场下的电流变效应减弱，直流电场下少量HS的加入则有利于电流变性能的提高。