CN101712904A - 一种磁流变液 - Google Patents

Abstract

一种高性能磁流变液，其由纳米级羰基铁粉和羰基铁粉的混合颗粒、载液、表面活性剂、触变剂、固体润滑剂、抗氧化剂和分散剂组成，以上各材料占磁流变液重量百分比的比例为：混合磁性颗粒50～80％，载液10～40％，表面活性剂0.5～2％，触变剂0.5～2％，抗氧化剂0.5～2％，固体润滑剂0.5～2％，分散剂0.5～2％。本发明的高性能磁流变液的具有很好的抗沉降稳定性，在1年静置以后，观察其稳定性，发现仍具有较好的稳定性和抗沉淀性。同时磁流变液的剪切屈服应力明显提高，在外加磁场下(1T)此高性能磁流变液剪切屈服应力能够达到60kPa。

Description

一种磁流变液

技术领域

本发明是一种用于航空航天、机械、车辆或者土木建筑结构智能减振(震)用的高性能磁流变液。

背景技术

磁流变液是一种新兴的智能材料，磁流变液由磁性颗粒、载液和稳定剂组成，是具有随外加磁场变化而有可控流变特征的非胶体性质的悬浮液体。在工程中应用广泛的磁流变阻尼器正是充分利用磁流变液的可调智能特性制作而成，因此磁流变液的性能直接影响阻尼器的性能。

磁流变液目前存在的主要问题是由于长时间的静置和介质间的较大比重差造成的沉降问题及稳定性问题，人们采用众多的表面活性剂等添加剂对悬浮粒子表面进行两亲相处理，但是效果往往不是太好。已有试验表明，磁流变液的流变活性直接与磁性颗粒的浓度有关，颗粒浓度越高，其流变活性越大，但是颗粒浓度的大小，又直接影响磁流变液的稳定性。我们在进行磁流变液的试验时发现：当使用微米级的羰基铁粉时，铁粉在固化的条件下能够提供较高的屈服应力，但是由于液体的沉降速率与颗粒半径d²成正比，因此大粒径颗粒的稳定性较差。相反如果使用纳米级羰基铁粉，但是稳定性能够大幅度的提高。

由于微米级磁性颗粒的比饱和磁化强度较低，而纳米级磁流变液的磁性颗粒粒径较小，这两个因素都是影响磁流变液剪切屈服应力的主要因素。单独使用纳米级磁性颗粒或者微米级磁性颗粒的磁流变液，均存在磁流变液的剪切屈服应力不是最优以及其剪切屈服应力相对于零场粘度的可调性不是最好的现实问题。

本发明正是解决磁流变液的上述两大主要问题：一、提高磁流变液的稳定性，解决其沉降问题。二、提高磁流变液在有磁场下的剪切屈服应力。

发明内容

技术问题：本发明是一种用于航空航天、机械、车辆或者土木建筑结构智能减振(震)用的高性能磁流变液。

技术方案：本发明的一种高性能磁流变液包括磁性颗粒、载液、表面活性剂、触变剂、抗氧化剂、固体润滑剂和分散剂；以上各材料占磁流变液重量百分比的比例为：

混合磁性颗粒        50～80％，

载液                10～40％，

表面活性剂          0.5～2％，

触变剂              0.5～2％，

抗氧化剂            0.5～2％，

固体润滑剂          0.5～2％，

分散剂              0.5～2％。

所述的混合磁性颗粒为羰基铁粉和纳米级羰基铁粉的混合物，羰基铁粉的平均粒径为1～10μm，纳米羰基铁粉的平均粒径为50～300nm，羰基铁粉和纳米羰基铁粉的比例为5∶1～20∶1。

所述的载液为矿物油或高精植物油，表面活性剂为聚乙二醇或十二烷基苯盐，抗氧化剂为苯基类，触变剂为有机膨润土，固体润滑剂为石墨，分散剂为油酸。

纳米级羰基铁粉的加入，使得它与载液共同构成的分散介质的密度增大，减小了载液与磁性颗粒之间的密度差，从而提高了磁流变液的稳定性。同时，纳米级羰基铁粉物质本身由于布朗运动，在磁流变液中不断运动和碰撞，加速了磁性粒子的动能，对磁性粒子的沉降起到一定的阻碍作用，使磁流变液的稳定性增加。

根据磁流变液剪切屈服应力公式

由于纳米级羰基铁粉具有较高的比饱和磁化强度，少量的纳米级羰基铁粉的加入，提高了混合磁性颗粒的比饱和磁化强度M_s，在有磁场条件下，不影响磁流变液中微米级的羰基颗粒形成链式结构，其公式中磁性颗粒的体积分数φ、真空磁导率μ₀和外加磁场强度H₀均没有改变，因此提高了磁流变液在有磁场下的剪切屈服应力。

有益效果：通过添加少量的纳米级羰基铁粉于普通羰基铁粉颗粒组成的磁流变液中，不仅可以显著提高其抗沉降稳定性，而且还能够提高磁流变液的剪切屈服应力。本发明的磁流变液在1年静置以后，观察其稳定性，发现仍具有较好的稳定性、抗沉淀性，在外加磁场下(1T)此高性能磁流变液剪切屈服应力能够达到60kPa。

具体实施方式

本发明的磁流变液由磁性颗粒、载液、表面活性剂、触变剂、抗氧化剂、固体润滑剂和分散剂组成。磁性颗粒为羰基铁粉和纳米级羰基铁粉的混合物、载液为矿物油或高精植物油、表面活性剂为聚乙二醇或十二烷基苯类、抗氧化剂为苯基类，分散剂为油酸。其磁性悬浮相的磁性颗粒中羰基铁粉的平均粒径为1～10μm，纳米羰基铁粉的平均粒径为50～300nm，羰基铁粉和纳米羰基铁粉的比例优选5∶1～20∶1，混合磁性颗粒在液体中优选50～80％重量百分比；载液在液体中优选10～40％重量百分比；表面活性剂采用聚乙二醇、十二烷基苯盐，表面活性剂在液体中优选0.5～2％重量百分比；触变剂采用有机膨润土，触变剂在液体中优选0.5～2％重量百分比；抗氧化剂采用苯基-α-萘胺，抗氧化剂在液体中优选0.5～2％重量百分比；固体润滑剂采用石墨，固体润滑剂在液体中优选0.5～2％重量百分比；分散剂采用油酸，分散剂在液体中优选0.5～2％重量百分比。

纳米级羰基铁粉的加入，使得它与载液共同构成的分散介质的密度增大，减小了载液与磁性颗粒之间的密度差，从而提高了磁流变液的稳定性。同时，纳米级羰基铁粉物质本身由于布朗运动，在磁流变液中不断运动和碰撞，加速了磁性粒子的动能，对磁性粒子的沉降起到一定的阻碍作用，使磁流变液的稳定性增加。根据磁流变液剪切屈服应力公式

由于纳米级羰基铁粉具有较高的比饱和磁化强度，少量的纳米级羰基铁粉的加入，提高了混合磁性颗粒的比饱和磁化强度M_s，在有磁场条件下，不影响磁流变液中微米级的羰基颗粒形成链式结构，其公式中磁性颗粒的体积分数φ、真空磁导率μ₀和外加磁场强度H₀均没有改变，因此提高了磁流变液在有磁场下的剪切屈服应力。

下面将具体举例说明本法的配方：

实例一：取经表面处理后的微米级羰基铁粉225克和纳米级羰基铁粉15克，变压器油49.5克。固体润滑剂石墨1.5克，触变剂有机膨润土1.8克，分散剂聚乙烯吡咯烷酮3克，抗氧化剂苯基-α-萘胺1.2克。

实例二：取经表面处理后的微米级羰基铁粉232.5克和纳米级羰基铁粉7.5克，植物油49.5克。固体润滑剂石墨1.5克，触变剂有机膨润土1.8克，分散剂聚乙烯吡咯烷酮3克，抗氧化剂苯基-α-萘胺1.2克。

Claims (3)

1.一种磁流变液，其特征在于该磁流变液包括混合磁性颗粒、载液、表面活性剂、触变剂、抗氧化剂、固体润滑剂和分散剂；以上各材料占磁流变液重量百分比的比例为：

混合磁性颗粒    50～80％，

载液            10～40％，

表面活性剂      0.5～2％，

触变剂          0.5～2％，

抗氧化剂        0.5～2％，

固体润滑剂      0.5～2％，

分散剂          0.5～2％。

2.根据权利要求1所述的一种磁流变液，其特征在于所述的混合磁性颗粒为羰基铁粉和纳米级羰基铁粉的混合物，羰基铁粉的平均粒径为1～10μm，纳米羰基铁粉的平均粒径为50～300nm，羰基铁粉与纳米羰基铁粉的比例为5∶1～20∶1，

3.根据权利要求1所述的一种磁流变液，其特征在于所述的载液为矿物油或高精植物油，表面活性剂为聚乙二醇或十二烷基苯盐，抗氧化剂为苯基类，触变剂为触变剂采用有机膨润土，固体润滑剂为固体润滑剂采用石墨，分散剂为油酸。