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实用磁流变液材料制备及性能研究

朱红  
【摘要】: 磁流变液作为一种智能材料,是由软磁性颗粒均匀弥散在分散介质中形成的浓悬浮体系。该体系在无外加磁场时表现为流体状态;一旦施加外界磁场,便可在毫秒级时间内发生由液体向类固体状态的变化,伴随着剪切屈服应力和粘度迅速呈指数增加,并且其值随着外界磁场强度增强而增大;当去除外加磁场后,磁流变液体系又迅速回复到流体状态。基于磁流变液的这一特性,可将其应用于工程实用领域,现已开发出的基于磁流变液的器件有:减振器、制动阀、离合器、磁流变阻尼器等。本论文针对磁流变液的基本组成部分——软磁性颗粒、添加剂和非导磁的分散介质,从复合磁性颗粒的制备、表征、磁流变性能以及多组分添加剂复配磁流变液的制备、磁流变性能评估等几方面进行了研究,具体研究内容如下: 1.简要介绍了磁性材料的基本性质、磁性纳米材料的研究进展以及磁流变材料研究进展。概述了磁性纳米材料的优良性能、典型合成方法和表面改性技术。重点介绍了磁流变材料的组成、分类、流变机理、研究进展、目前磁流变材料存在的缺陷以及现阶段亟待解决的问题。 2.从提高磁流变液材料的沉降稳定性出发,以制备高聚物层包覆羰基铁颗粒为出发点,在羰基铁颗粒表面进行了甲基丙烯酸甲酯(Methyl Methacrylate,MMA)的原位乳液聚合,制备出羰基铁-聚甲基丙烯酸甲酯(CI-PMMA)复合磁性颗粒。该实验方法采用的高聚物材料化学稳定性良好,毒性低微,而且实验操作简单易行。产物CI-PMMA复合磁性颗粒通过一系列测试方法表征颗粒形貌、表面元素、晶体结构、热稳定性等。利用该复合磁性颗粒制备的硅油基磁流变液经由Anton Paar公司的Physica MCR 301型流变仪测试其流变学性能,结果表明该复合颗粒基磁流变液具有良好的剪切屈服应力;同时,发现该悬浮体系静置6个月以上仍无明显沉降现象发生,具有优良的抗沉降稳定性。 3.从磁流变液的添加剂出发,考虑了触变剂、纳米尺寸的磁性颗粒对磁流变液初始粘度和剪切屈服应力的影响,调配制备了多组分添加剂复配磁流变液。其中,添加SiO2的磁流变液由于SiO2所形成的空间网络结构对羰基铁磁性颗粒起到了良好的支撑作用,而且该网络结构在外界磁场力的作用下会立刻失效,因此不会影响磁流变液的磁流变性能;添加纳米Fe3O4磁性颗粒的磁流变液由于纳米磁性颗粒对羰基铁磁性颗粒链柱的增益作用,取得了较高的剪切屈服应力。 4.为了达到磁流变液更高剪切屈服应力的要求,从磁性颗粒出发,用Co(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)盐在碱性条件下的化学共沉淀法对羰基铁颗粒进行了表面修饰,得到羰基铁-CoFe2O4复合磁性颗粒(CI- CoFe2O4)。测试该CI- CoFe2O4复合磁性颗粒基磁流变液的磁流变性能,发现该材料具备很高的剪切屈服应力,在外加磁场强度为0.7T(特斯拉)时,可以达到90kPa。


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