CN103435822A - 一种用脉动磁场制备磁流变弹性体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用脉动磁场制备磁流变弹性体的方法,由聚合物基体材料和软磁性颗粒混合组成预混料后在经外加磁场固化得到磁流变弹性体,由双组份室温硫化硅橡胶与增塑剂二甲基硅油、羰基铁粉及适量催化剂混合得到预混料在外加磁场中固化1小时；所述磁场是一个由幅值400～800mT的直流磁场与幅值10～100mT、频率25Hz～200Hz的交流磁场叠加所形成的低频脉动磁场。本发明可同时获得具备高初始剪切模量和高磁致剪切模量的磁流变弹性体，且进一步提高了磁流变弹性体的初始剪切模量，器件的刚度升高，更有利于磁流变弹性体的工程应用；另一方面，拓宽了磁流变弹性体动态剪切模量的变化范围，优化了其可控性能。
Description
技术领域
本发明涉及磁流变弹性体材料的制备，尤其是有机高分子化合物为基料与软磁性颗粒混合组成的复合磁流变弹性体材料技术领域。
背景技术
磁流变弹性体是由聚合物基体材料和软磁性颗粒混合组成的复合材料。一般是将未交联的液态聚合物与软磁性微颗粒均匀混合，然后将混合物放置在外加直流磁场中直至固化结束。在固化过程中，颗粒在磁场作用下被磁化并沿磁场方向有序排列，固化后这种有序结构根植在基体中。这种复合材料的力学性能受到聚合物基体及软磁性颗粒的共同影响，其模量变化可由外加磁场来控制。用这种材料研制的减振器件能够在外界激扰信号接近系统固有频率时，通过调节外磁场主动地改变弹性体的刚度，防止系统发生共振。
在实际工程应用中，磁流变弹性体主要工作于剪切应变模式。在剪切力作用下，外部不施加磁场时，弹性体表现出的模量称为初始剪切模量；而外部施加磁场时，其有序结构会受到磁场力作用，颗粒之间的作用力加强，磁能的增加导致材料的变形抗力增大，弹性模量也会增加。当外加磁场达到饱和时，其表现出的最大剪切模量与初始剪切模量的差值就是其磁致剪切模量。
对磁流变弹性体而言，高磁致剪切模量是人们追求的主要目标。为获得高的磁致剪切模量，选用材质偏软的基体橡胶是目前普遍采用的一种方法，但初始剪切模量较低会导致磁流变橡胶的强度偏低，这会使弹性体的应用范围受到限制。如果选用材质较硬的橡胶为基又会使磁致剪切模量大大降低。因此，研发同时具备高初始剪切模量和高磁致剪切模量的磁流变弹性体具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺点与不足，提供一种同时具备高初始剪切模量和高磁致剪切模量的磁流变弹性体的方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现：
一种用脉动磁场制备磁流变弹性体的方法,由聚合物基体材料和软磁性颗粒混合组成预混料后，经外加磁场固化得到磁流变弹性体,包含如下的步骤:
（1）、双组份室温硫化硅橡胶与增塑剂二甲基硅油、偶联剂混合均匀;其中硫化硅橡胶与二甲基硅油的重量比为100:3；
（2）、将（1）所得混合物放在恒温干燥箱中60℃下预加热5分钟；加入体积分数20～30%的羰基铁粉羰基铁粉及适量二月桂酸二丁基锡催化剂混合得到预混料;再利用高速搅拌机进行均匀化处理后再放入真空干燥箱中抽真空，以排除内部的气泡;
（3）、将（2）所得经处理的预混料放入尼龙模具中，在外加磁场中固化1小时，出模后得到目标磁流变弹性体；所述磁场是一个由幅值400～800mT的直流磁场与幅值10～100mT、频率25Hz～200Hz的交流磁场叠加所形成的低频脉动磁场。
本发明的目的还在于，制备一种同时具有较高初始剪切模量和高磁致剪切模量的磁流变弹性体。
通过本发明方法制备低频脉动磁场制备磁流变弹性体，可同时获得具备高初始剪切模量和高磁致剪切模量的磁流变弹性体。一方面，提高了磁流变弹性体的初始剪切模量，使得器件的刚度升高，更有利于磁流变弹性体的工程应用；另一方面，在上述前提下拓宽了磁流变弹性体动态剪切模量的变化范围，优化了其可控性能，提高了其主动或半主动控制效果。
具体实施方式
下面实施例对本发明的实施方式作进一步的详述。
除特别声明外，以下实施例中所用试剂均为化学纯，所用双组份室温硫化硅橡胶为四川中蓝晨光化工研究院有限公司生产，牌号是H-50。
实施例1：30g双组份室温硫化硅橡胶，与6g二甲基硅油、1g硅烷偶联剂均匀混合，在60℃下预加热5分钟。然后将混合物与体积分数27%的羰基铁粉、1g二月桂酸二丁基锡催化剂混合，进行高速搅拌。抽真空，均匀放入模具中，在（600+60sin50πt）mT的磁场下固化1小时，24小时后出模，得到的磁流变弹性体，与在传统600mT直流磁场下制备的同组分产物相比，其初始模量提高了1.5825MPa，同时磁致剪切模量提高了0.3328MPa。
实施例2：30g双组份室温硫化硅橡胶，与6g二甲基硅油、1g硅烷偶联剂均匀混合，在60℃下预加热5分钟。然后将混合物与体积分数27%的羰基铁粉、1g二月桂酸二丁基锡催化剂混合，进行高速搅拌。抽真空，均匀放入模具中，在（600+60sin100πt）mT的磁场下固化1小时，24小时后出模，得到的磁流变弹性体，与在传统600mT直流磁场下制备的同组分产物相比，其初始模量提高了0.8813MPa，同时磁致剪切模量提高了0.1359MPa。
实施例3：30g双组份室温硫化硅橡胶，与6g二甲基硅油、1g硅烷偶联剂均匀混合，在60℃下预加热5分钟。然后将混合物与体积分数27%的羰基铁粉、1g二月桂酸二丁基锡催化剂混合，进行高速搅拌。抽真空，均匀放入模具中，在（600+60sin150πt）mT的磁场下固化1小时，24小时后出模，得到的磁流变弹性体，与在传统600mT直流磁场下制备的产物相比，其初始模量提高了0.5008MPa，同时磁致剪切模量提高了0.0627MPa。
实施例4：30g双组份室温硫化硅橡胶，与6g二甲基硅油、1g硅烷偶联剂 均匀混合，在60℃下预加热5分钟。然后将混合物与体积分数27%的羰基铁粉、1g二月桂酸二丁基锡催化剂混合，进行高速搅拌。抽真空，均匀放入模具中，在（600+60sin200πt）mT的磁场下固化1小时，24小时后出模，得到的磁流变弹性体，与在传统600mT直流磁场下制备的产物相比，其初始模量提高了0.1917MPa，同时磁致剪切模量提高了0.0043MPa。
在实际实施中，偶联剂除硅烷偶联剂外，还可选用效果与其相比拟的钛酯酸偶联剂或铝酸酯偶联剂。磁场选用（600+60sin50πt）mT的磁场具有优选的效果。
Claims (6)
1.一种用脉动磁场制备磁流变弹性体的方法,由聚合物基体材料和软磁性颗粒混合组成预混料后，经外加磁场固化得到磁流变弹性体,其步骤如下:
（1）、双组份室温硫化型硅橡胶与增塑剂二甲基硅油、偶联剂混合均匀;其中硅橡胶与二甲基硅油的重量比为100:3；
（2）、将（1）所得混合物在恒温干燥箱中60℃下预加热5分钟；加入体积分数20～30%的羰基铁粉及适量催化剂混合得到预混料;再利用高速搅拌机进行均匀化处理后，放入真空干燥箱中抽真空，以排除内部的气泡;
（3）、将（2）所得到的预混料放入尼龙模具中，在外加磁场中固化1小时，出模后得到目标磁流变弹性体；所述磁场是一个低频脉动磁场。
2.根据权利要求1所述之一种用脉动磁场制备磁流变弹性体的方法，其特征在于，所述磁场为一个由幅值400～800mT的直流磁场与幅值10～100mT、频率25Hz～200Hz的交流磁场叠加所形成的低频脉动磁场。
3.根据权利要求1所述之一种用脉动磁场制备磁流变弹性体的方法，其特征在于，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。
4.根据权利要求1所述之一种用脉动磁场制备磁流变弹性体的方法，其特征在于，所述偶联剂可为以下任一种：硅烷偶联剂、钛酯酸偶联剂或铝酸酯偶联剂。
5.根据权利要求1所述之一种用脉动磁场制备磁流变弹性体的方法，其特征在于，所述步骤（3）的出模时间为20～30小时。
6.一种磁流变弹性体，其特征在于，采用权利要求或1或2或3或4或5的方法制得，同时具有较高的初始剪切模量和高磁致剪切模量。
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