蒙脱土基纳米复合电流变液材料的制备及其性能研究

【摘要】： 本项研究从材料的物理、化学设计出发，综合考虑介电常数、电导率、介电损耗等对电流变效应的影响，选用了具有层状结构的钠基蒙脱土为基体，具有高介电常数低电导率的TiO_2、高介电常数的极性液体甲酰胺、易发生极化的多羟基聚合物淀粉作改性剂，分别用溶胶-凝胶法、溶液复合法制备了蒙脱土／二氧化钛、蒙脱土／淀粉复合电流变颗粒以及蒙脱土／甲酰胺／羧甲基淀粉三元体系复合电流变颗粒。通过热重分析(TG)，X-射线衍射分析(XRD)，扫描电子显微镜分析(SEM)，能谱分析(EDS)以及红外光谱分析(FT-IR)确定了复合颗粒的结构。将复合颗粒按一定的比例与硅油配制成电流变液，测试了电流变液的电流变性能及其介电性能。取得了如下研究结果： 1．用改性的溶胶凝胶法制备了一种MMT／TiO_2复合电流变颗粒，XRD，SEM分析证实TiO_2是以纳米晶的形式沉积于MMT的片层结构之间及颗粒表面，形成了一种网状包覆的纳米复合结构。电流变性能测试表明，MMT／TiO_2复合颗粒电流变液在电场下显示出优良的电流变性能，与相同条件下的蒙脱土电流变液及二氧化钛电流变液相比，其力学值、温度稳定性和抗沉降性能均得到大幅度提高，同时发现其力学性质与TiO_2含量有关，且存在一个最佳TiO_2含量范围。在4kV／mm的直流电场作用下，TiO_2质量百分含量为22.7wt％的MMT／TiO_2复合颗粒电流变液(φ=25％)的屈服应力达16.0 kPa，约为相同条件下纯蒙脱土电流变液的5.3倍，纯二氧化钛电流变液的26.7倍。介电性能测试结果表明，MMT／TiO_2复合颗粒电流变液的介电性能随TiO_2含量不同而发生变化，电流变液的介电常数随TiO_2含量的变化规律与其屈服应力随TiO_2含量的变化规律一致。 2．用溶液复合法分别制各了系列蒙脱土／羧甲基淀粉、蒙脱土／阳离子淀粉复合电流变颗粒。电流变性能测试结果表明，复合颗粒电流变液的力学性能跟蒙脱土与淀粉的比例有关。当蒙脱土与羧甲基淀粉的比例为1∶0.1时，复合颗粒电 蒙脱土基纳米复合电流变液材料的制备及其性能研究 流变液的力学性能有大幅度的提高。在4 kv/m们以的电场作用下，该电流变液 的屈服应力值达6.5 kPa，分别是相同条件下的纯蒙脱土电流变液和梭甲基淀粉 电流变液的屈服应力值2.2倍和5.0倍。但蒙脱土与梭甲基淀粉的质量比为1:1 和1:0.4时，复合颗粒电流变液在电场下的屈服应力值只介于蒙脱土电流变液 和梭甲基淀粉电流变液的屈服应力值之间。而蒙脱土与阳离子淀粉的复合颗粒 电流变液在电场下的屈服应力值均比相同条件下阳离子淀粉电流变液的值还 低。 3.用两步复合法制备了蒙脱土/甲酞胺/梭甲基淀粉三元体系复合电流变颗粒。 电流变性能测试结果表明，与蒙脱土/梭甲基淀粉复合颗粒电流变液相比，蒙 脱土/甲酞胺/梭甲基淀粉三元体系复合颗粒电流变液的力学性能得到很大的改 善，且其力学值的大小与甲酞胺的含量有关。当蒙脱土/甲酞胺/梭甲基淀粉的 质量比为1:0一0.08:0.2时，复合颗粒电流变液的力学值随甲酞胺含量的增加而 升高;当甲酞胺与蒙脱土的质量比为0.08时，在2 kV/~的电场作用下，其 电流变液的屈服应力值达8.3 kPa，是相同条件下的蒙脱土/梭甲基淀粉电流变 液力学值的3.2倍，而当电场强度为3 kV/mm时，其电流变液的屈服应力值达 12.0 kPa，是相同条件下蒙脱土/梭甲基淀粉电流变液力学值的2.4倍。