CN100385577C - 以碳纳米管作为抗沉降剂的磁流变液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属磁性材料和功能材料技术领域，具体为一种以碳纳米管作为抗沉降剂的高性能磁流变液及其制备方法。该磁流变液由原料组份磁性颗粒、基载液、聚合物添加剂、润滑剂和抗沉降剂按一定的重量配比组成。该磁流变液制备工艺简单、操作方便，具有良好的沉降稳定性，零场粘度低、剪切应变高，使用温度范围广。

Description

以碳纳米管作为抗沉降剂的磁流变液及其制备方法
技术领域
本发明属于磁性材料和功能材料技术领域，具体涉及一种高性能磁流变液及其制备方法。
背景技术
磁流变液是一种新型功能材料，具有独特的磁流变性能。由于它具有功耗少、阻尼力大、动态范围广、频率响应高、适用面大等特点，特别是它能根据系统的振动特性产生最佳阻尼力，因而使它在减震器、刹车装置、固定支架、航空航天材料、抛光技术等方面展现了广阔的应用前景。
目前，为了解决磁流变液易沉降的问题，国内外的研究者通过在磁流变液中添加各种增稠剂、触变剂和其它添加剂来减少磁流变液的沉降。但是，这种添加剂的加入使得磁流变液的零场粘度大大提高，并且降低了它的热稳定性和化学稳定性，在一定程度上还降低了它的剪切屈服应力。目前，已有在磁流变液中加聚合物来提高其沉降稳定性的报道(Phule P.P.，U.S.Patent 5985168)，也有在碳纳米管外面包覆磁性材料来提高其沉降稳定性的报道(浦鸿汀，蒋峰景，中国发明专利，申请号200410067824.7)，但还没有在磁流变液中直接使用碳纳米管作为抗沉降剂的报道。
本发明利用碳纳米管独特的一维纳米结构，长径比大、强度高和稳定性好的特点，将碳纳米管作为一种抗沉降剂，并且加入一种聚合物，使得磁性颗粒表面被聚合物包覆，以此来获得一种具有良好沉降稳定性、抗氧化性、零场粘度低、剪切应力高、使用温度范围广的磁流变液。
发明内容
本发明的目的在于提出一种直接利用碳纳米管作为抗沉降剂的具有良好沉降稳定性、抗氧化性、零场粘度低、剪切应力高、使用温度范围广的高性能磁流变液及其制备方法。
本发明提出的高性能磁流变液，其原料按重量份计的组成如下：
磁性颗粒       30-95份
基载液         10-70份
聚合物添加剂   1-30份
润滑剂         0-10份
抗沉降剂       0.1-10份
所述的磁性颗粒为铁粉、铁的氧化物、羰基铁粉、氮化铁、碳化铁、不锈铁、钴、镍、铁钴合金、铁镍合金中的一种或几种的混合物，颗粒的平均粒径为0.1-50μm。
所述的基载液为硅油、乙二醇、甘油、石蜡油、聚烯烃油、聚酯、聚醚中的一种或几种的混合物。所述的基载液为难挥发、沸点高的有机溶剂，沸点高于150℃。
所述的聚合物添加剂为可以溶解于基载液的聚合物，平均分子量为1000-1000000，其端基或侧基中含有氢、甲基、羟基、羰基、羧基、氨基中的一种或几种基团，如聚乙烯基吡咯烷酮，聚乙烯醇，聚乳酸等，但不仅限于此。
所述的润滑剂是石墨、聚四氟乙烯、二硫化钼中的一种或几种，平均粒径小于10μm。
所述的抗沉降剂是碳纳米管，包括各种型号的单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，管径为1-100nm，管长为1-60μm。该碳纳米管的表面可以含有羟基或羧基。
本发明的制备步骤如下：
(1)将基载液分成两份，在其中一份中加入聚合物添加剂，搅拌，使其充分溶解。
(2)将磁性颗粒、润滑剂、抗沉降剂分散到另一份基载液中，搅拌，直到将它们分散均匀。一般搅拌速度为200-500rpm为好。
(3)将步骤(1)和(2)得到的两种液体在搅拌下混和10-30分钟，搅拌速度为2500-3500rpm，即得到磁流变液。
由本发明直接利用碳纳米管作为抗沉降剂制得的磁流变液具有良好的沉降稳定性，零场粘度低、剪切应力高，使用温度范围广。
附图说明
图1采用碳纳米管(CNTs)作为抗沉降剂和不加CNTs的磁流变液的沉降稳定性曲线
图2采用碳纳米管(CNTs)作为抗沉降剂的磁流变液的磁流变性能曲线
具体实施方式
以下实施例是仅为更进一步具体说明本发明，在不违反本发明的主旨下，本发明应不限于以下实验例具体明示的内容。
实施例1
实施例所用原料如下：
还原铁粉(分析纯)，中国医药(集团)上海化学试剂公司提供。
乙二醇(分析纯)，上海三爱思试剂有限公司提供。
碳纳米管(CNTs)，中国科学院成都有机化学有限公司，管径8-15nm，管长约50μm，纯度＞95wt％，比表面积＞233m2/g。
聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，数均分子量2500，Polymer Science公司产品。
石墨粉(工业级)，青岛岩玉石墨化工有限公司。
所用原料的配比如下：
还原铁粉                61份(重量)
乙二醇                  34份(重量)
碳纳米管                0.6份(重量)
聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)   4.4份(重量)
磁流变液的制备：
将乙二醇分成两份，在其中一份中加入PVP，搅拌使其充分溶解。将还原铁粉、石墨、碳纳米管分散到另一份乙二醇中，搅拌直到它们分散均匀，搅拌速度为200-500rpm。将上述两种混合液体高速搅拌下混和10-30min，搅拌速度为2500-3500rpm。
磁流变液的性能表征：
(1)本发明所制备的磁流变液，具有较低的零场粘度，在室温下用NDJ-79型旋转式粘度计(同济大学机电厂)，测得其表观粘度小于2Pa·s。
(2)本发明制备的磁流变液有较宽的温度适用范围：-60～150℃。
(3)本发明制备的磁流变液具有较好的耐氧化性能。由于磁性颗粒表面被聚合物包覆，使得磁性粒子的抗氧化性能得到很大提高。
(4)本发明制备的磁流变液具有良好的沉降稳定性。静置一周，其沉降率小于6％。图1为本发明所制备的磁流变液的沉降性能曲线。磁流变液的沉降性能用沉降率V来表示，其中V＝b/(a+b)×100％，a为上层清液的体积，b为下层混浊液的体积。
(5)采用改装过的NDJ-79型旋转式粘度计(同济大学机电厂)测试其磁流变性能。结果如图2所示。
实施例2
所用原料的配比如下：
还原铁粉   70份(重量)
乙二醇     22.2份(重量)
碳纳米管   0.8份(重量)
PVP        7份(重量)
石墨粉     1份(重量)
磁流变液的制备：
将乙二醇分成两份，在其中一份中加入PVP，搅拌使其充分溶解。将还原铁粉、碳纳米管分散到另一份乙二醇中，搅拌直到它们分散均匀，搅拌速度为200-500rpm。将上述两种混合液体高速搅拌下混和10-30min，搅拌速度为2500-3500rpm。
所制得磁流变液性能的测定与实施例1类似，其沉降性能和磁流变性能也与实施例1所示结果类似。
实施例3
所用原料的配比如下：
还原铁粉    64.8份(重量)
乙二醇      26.1份(重量)
碳纳米管    0.3份(重量)
聚乳酸      5.6份(重量)
石墨粉      3.2份(重量)
磁流变液的制备：
将乙二醇分成两份，在其中一份中加入聚乳酸，搅拌使其充分溶解。将还原铁粉、石墨、碳纳米管分散到另一份乙二醇中，搅拌直到它们分散均匀，搅拌速度为200-500rpm。将上述两种混合液体高速搅拌下混和10-30min，搅拌速度为2500-3500rpm。
所制得磁流变液性能的测定与实施例1类似，其沉降性能和磁流变性能也与实施例1所示结果类似。
上述实施例中，各组份原料和用量以及制备过程的参数，仅是为了描述发明而选取的代表。实际上大量的实验表明，在发明内容部分所限定的范围内，均能获得上述实施例相类似的磁流变液。

Claims (2)

1.一种磁流变液，其特征在于原料按重量份计的组成如下：
磁性颗粒           30-95份
基载液             10-70份
聚合物添加剂       1-30份
润滑剂             0-10份
抗沉降剂           0.1-10份；
其中，所说的磁性颗粒为铁粉、铁的氧化物、氮化铁、碳化铁、钴、镍、铁钴合金、铁镍合金中的一种或几种的混合物，平均粒径为0.1-50μm；
所说的基载液为硅油、乙二醇、甘油、石蜡油、聚烯烃、聚酯、聚醚中的一种或几种的混合物；
所说的聚合物添加剂为可以溶解于基载液的聚合物，平均分子量为1000-1000000，其端基或侧基中含有氢、甲基、羟基、羰基、羧基、氨基中的一种或几种基团；
所说的润滑剂是石墨、聚四氟乙烯、二硫化钼中的一种或几种，平均粒径小于10μm；
所说的抗沉降剂是碳纳米管，管径为1-100nm，管长为1-60μm。
2.一种如权利要求1所述的磁流变液的制备方法，其特征在于具体步骤为：
(1)将基载液分成两份，在其中一份中加入聚合物添加剂，搅拌使其充分溶解；
(2)将磁性颗粒、润滑剂、抗沉降剂分散到另一份基载液中，搅拌直到它们分散均匀；
(3)将步骤(1)和(2)得到的两种液体搅拌下混和10-30分钟，搅拌速度为2500-3500rpm。
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