CN105788799A - 可变质量分布的铁磁性智能液体及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变质量分布特性的铁磁性智能液体，由介观尺度的铁磁性颗粒、载液、添加剂和抗氧化剂等组成，铁磁性颗粒在磁场作用力和外部激励下，可根据需要控制铁磁性颗粒在载液中的空间位置，调节铁磁性智能液体空间质量分布特性，可主动控制基于铁磁性智能液体的器件固有特性(如固有频率、转动惯量等)，调节具有可逆、响应速度快、调节范围宽、温度稳定性好等优点，在需要主动调节质量分布特性的装置中有广泛的应用前景，如主动可变质量分布特性的悬臂梁、主动可调惯量飞轮等。该液体原材料易得，价格低廉，环保性好，不污染环境。

Description

可变质量分布的铁磁性智能液体及其应用

技术领域

本发明涉及一种功能材料，特别涉及一种可变质量分布的铁磁性智能液体及其应用。

背景技术

磁流变液体(MRF)是一种具有工程应用价值的新型智能流体材料,一般是由基液、可磁化的精细粒子(um级)以及表面活性剂组成的稳定胶凝液体。磁流变液能够随外加磁场强度的增加由液体逐渐转变为类似固体,当外加磁场撤销,磁流变液又能恢复到液体的状态，这个变化是可逆的,不需要温度变化，可磁化的精细粒子使磁流变液体获得这种磁流变效应。它采用的磁性材料为:铁、钴、镍等。它们的比重往往比基液大，往往需加入各种不同的表面活化剂来稳定磁流变液的化学、物理性能,并使其性能活化,用以产生磁粘性防止沉淀，MRF的基液要求低粘度、热稳定性好、挥化性低、适用温度宽和极高的绝缘性。目前，磁流变液体主要应用主要包括磁流变液阻尼技术、传动技术、抛光技术、密封技术以及生物医药技术等方面。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种可变质量分布的铁磁性智能液体及其应用，用于对质量分布进行调节，在外界激励与磁场的综合影响下，智能液体中的颗粒会再分布以改变器件质量分布，使其重心偏移，改变器件的惯量，该液体原材料易得，价格低廉，环保性好，不污染环境。

本发明的可变质量分布的铁磁性智能液体，由介观尺度的铁磁性颗粒分散于载液中形成稳定的悬浮液，所述铁磁性颗粒的密度大于载液的密度，通过控制铁磁性颗粒在载液中的空间位置调节铁磁性智能液体空间质量分布；

进一步，所述铁磁性颗粒粒径为5μm-2mm；

进一步，液体原料按体积百分比包括3～50％的铁磁性颗粒、48～95％的载液、0.01～1.5％的抗氧剂、0.1～2％抗团聚添加剂；

进一步，液体原料按体积百分比包括20％的铁磁性颗粒、79％的载液、0.5％的抗氧剂、0.5％抗团聚添加剂；

进一步，所述磁性颗粒为Co、Fe、Mg、Mn、Ni、Zn或其合金中的一种或多种，所述抗团聚添加剂为硬脂酸盐、磺酸盐、聚乙二醇、二炕基二硫代磷酸醋中的一种或多种；

进一步，所述载液为矿物油、合成烃、水、硅油、酯化脂肪酸中的一种或多种，所述载液的粘度为0.65cs-1000cs；

进一步，所述硅油为二甲基硅油；

进一步，所述抗氧剂为金属抗氧剂。

本发明的可变质量分布的铁磁性智能液体的应用，通过控制铁磁性颗粒在载液中的空间位置，调节铁磁性智能液体空间质量分布用于改变器件的固有特性；

进一步，将铁磁性智能液体设置于器件的腔体中并加载磁场。

本发明的有益效果：本发明的可变质量分布的铁磁性智能液体及其应用，铁磁性颗粒在磁场作用力和外部激励下，可根据需要控制铁磁性颗粒在载液中的空间位置，调节铁磁性智能液体空间质量分布特性，可主动控制基于铁磁性智能液体的器件固有特性(如固有频率、转动惯量等)，调节具有可逆、响应速度快、调节范围宽、温度稳定性好等优点，在需要主动调节质量分布特性的装置中有广泛的应用前景，如主动可变质量分布特性的悬臂梁、主动可调惯量飞轮等。该液体原材料易得，价格低廉，环保性好，不污染环境。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为装有此液体的器件在电流为0A时的状态；

图2为装有此液体的器件在电流为0.6A时的状态；

图3为铁磁性颗粒体积百分比为10％惯量随电流变化情况；

图4为铁磁性颗粒体积百分比为20％惯量随电流变化情况；

图5为载液为不同粘度时，该智能液体随电流变化图；

图6为铁磁颗粒尺寸不同时，惯量随电流变化对比图，该智能液体随电流变化图。

具体实施方式

本发明的可变质量分布的铁磁性智能液体，由介观尺度的铁磁性颗粒分散于载液中形成稳定的悬浮液，所述铁磁性颗粒的密度大于载液的密度，通过控制铁磁性颗粒在载液中的空间位置调节铁磁性智能液体空间质量分布；载液即作为分散体，也为铁磁性颗粒在磁场力的作用下提供一定的阻力，避免铁磁颗粒在磁场的作用下运动迅速，带来额外冲击力会影响整个系统的稳定，因此，铁磁性颗粒与载液的密度的密度差使智能液体保持一定的流动性，可以通过控制液体的粘度或者是加入少量的增稠剂，如琼脂、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素钠等，其添加量为0.01-0.03％，使液体的流动在满足要求的响应时间内尽量慢，进而保持液体的稳定性，避免沉降。本发明的可变质量分布的铁磁性智能液体，铁磁性智能液体中的易磁化铁磁颗粒在受到可调磁场的磁力、基础载液粘性阻尼力、重力、浮力等作用下，实现铁磁颗粒位置再分布，铁磁性颗粒具有优良的磁化和退磁特性，以保证可变惯性材料的可调与控制；具有较大的磁饱和特性，以便颗粒之间相互提供较大的磁力。

本实施例中，所述铁磁性颗粒粒径为5μm-2mm；为介观尺度的铁磁性颗粒，利于在磁力作用下颗粒的位置改变，进而有利于改变质量分布。

本实施例中，所述液体原料包括体积百分比为3～50％的铁磁性颗粒、48～95％的载液、0.01～1.5％的抗氧剂、0.1～2％抗团聚添加剂；铁磁性颗粒与载液的比例主要根据其密度比、易磁化颗粒的磁化率、基础载液的粘度及可变惯量结构、尺寸、可调控磁场大小来确定。在相同体积与结构下，以可变质量分布的铁磁性智能液体为介质的器件的惯量变化比正比于易磁化颗粒与基础液体的密度比，易磁化颗粒的磁化率、可调磁场的大小影响易磁化颗粒所受的磁力，基础载液的粘度影响粘性阻尼力，故制备液体时应先根据应用场合，得到确定器件的结构参数要求，利用电磁仿真计算确定电磁场的覆盖范围与大小范围，初步选定载液与铁磁颗粒，根据载液和颗粒的性能参数，结合器件惯量变化要求，进一步得到可变质量分布的铁磁性智能液体的配比。

本实施例中，包括体积百分比为20％的铁磁性颗粒、79％的载液、0.5％的抗氧剂、0.5％抗团聚添加剂。

本实施例中，所述磁性颗粒为Co、Fe、Mg、Mn、Ni、Zn或其合金中的一种或多种；所述抗团聚添加剂为硬脂酸盐、磺酸盐、聚乙二醇、二炕基二硫代磷酸醋中的一种或多种。

本实施例中，所述载液为矿物油、合成烃、水、硅油、酯化脂肪酸中的一种或多种，所述载液的粘度为0.65cs-1000cs；

本实施例中，所述矿物油；所述合成烃可以为聚α-烯烃、合成环烷烃、聚丁烯、二(4-羟基-5,6-二氢-6-烷基(芳基)-2H-吡喃-2-酮-3-)烃、环烷烃等；所述硅油为二甲基硅油。

本实施例中，所述抗氧剂为金属抗氧剂；如噻二唑衍生物，也可以为单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、二丁基二月桂酸锡、二丁基二醋酸锡、单丁基三氯化锡、N-苯基-α-萘胺、二苯胺、N，N-二仲丁基对苯二胺、受阻酚抗氧剂264、N-异丙基-N苯基对苯二胺、或T504硫化烷基酚；采用上述抗氧剂中的一种或者多种的组合，均可获得合格的铁磁性智能液体，另外，还可加入占铁磁性智能液体0.01-0.05的％耐磨剂，所述耐磨剂为亚磷酸二正丁酯、丁基异辛基磷酸十二胺盐、二烷基二硫代磷酸锌、苯并噻唑、苯并三噻唑、或甲基苯并三噻唑中的一种或多种。

本发明还公开一种可变质量分布的铁磁性智能液体的应用，通过控制铁磁性颗粒在载液中的空间位置，调节铁磁性智能液体空间质量分布用于改变器件的固有特性；铁磁性颗粒在磁场作用力和外部激励下，可根据需要控制铁磁性颗粒在载液中的空间位置，调节铁磁性智能液体空间质量分布特性，可主动控制基于铁磁性智能液体的器件固有特性(如固有频率、转动惯量等)，调节具有可逆、响应速度快、调节范围宽、温度稳定性好等优点，在需要主动调节质量分布特性的装置中有广泛的应用前景，如主动可变质量分布特性的悬臂梁、主动可调惯量飞轮等。

本实施例中，将铁磁性智能液体设置于器件的腔体中并加载磁场；将液体灌装于可变惯性盘或可变惯性阻尼器等器件的腔体内，腔体外侧安装有可产生磁场的线圈或永磁体；器件在旋转运动时，在离心力的作用下，铁磁性颗粒会向外侧运动；同时，施加磁场时，铁磁性颗粒会向磁场强的地方聚集并沿磁感线分布。

下面通过具体实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例一

本实施例的可变质量分布的铁磁性智能液体，液体原料按体积百分比包括

10％的铁磁性颗粒(Co)、89.5％的载液(矿物油)、0.1％的抗氧剂、0.4％抗团聚添加剂，所述载液的粘度为100cs，所述载液为硅油，抗氧剂为金属抗氧剂，所述铁磁性颗粒粒径为425μm。

本实施例中，所述磁性颗粒为Fe，抗团聚添加剂为磺酸盐。

实施例二

本实施例的可变质量分布的铁磁性智能液体，液体原料按体积百分比包括10％的铁磁性颗粒、88.3％的载液、1％的抗氧剂、0.7％抗团聚添加剂。

本实施例中，所述载液的粘度为1000cs，抗氧剂为金属抗氧剂；所述磁性颗粒为Co，抗团聚添加剂为硬脂酸盐，所述载液为二甲基硅油，所述铁磁性颗粒粒径为2mm。

实施例三

本实施例的可变质量分布的铁磁性智能液体，液体原料按体积百分比包括20％的铁磁性颗粒、79％的载液、0.5％的抗氧剂、0.5％抗团聚添加剂。

本实施例中，所述载液的粘度为6.5cs，抗氧剂为金属抗氧剂；所述磁性颗粒为Co、Fe、Mg的合金，抗团聚添加剂为二烷基二硫代磷酸酯；所述载液为水，所述铁磁性颗粒粒径为10um。

实施例四

本实施例的可变质量分布的铁磁性智能液体，液体原料按体积百分比包括20％的铁磁性颗粒、78.9％的载液、0.9％的抗氧剂、0.2％抗团聚添加剂。

本实施例中，所述载液的粘度为500cs，抗氧剂为金属抗氧剂；所述磁性颗粒为Co和Ni的合金，抗团聚添加剂为聚乙二醇，所述载液为硅油，所述铁磁性颗粒粒径为0.8mm。

实施例五

本实施例的可变质量分布的铁磁性智能液体，液体原料按体积百分比包括20％的铁磁性颗粒、79％的载液、0.7％的抗氧剂、0.3％抗团聚添加剂。

本实施例中，所述载液的粘度为0.9cs，抗氧剂为金属抗氧剂；所述磁性颗粒为Co、Fe、Mn的混合物，抗团聚添加剂为聚乙二醇，所述载液为酯化脂肪酸，所述铁磁性颗粒粒径为0.05mm。

实施例六

本实施例的可变质量分布的铁磁性智能液体，液体原料按体积百分比包括30％的铁磁性颗粒、69％的载液、0.8％的抗氧剂、0.2％抗团聚添加剂。

本实施例中，所述载液的粘度为100cs，抗氧剂为金属抗氧剂；所述磁性颗粒为Mn、Ni和Zn的混合物，抗团聚添加剂为磺酸盐，所述载液为矿物油，所述铁磁性颗粒粒径为2mm。

图1为装有此液体的器件在不同电流时的状态，由图1、图2可以看出在电流为0A时，铁磁颗粒分布均匀；在电流为0.6A时，铁磁颗粒明显聚集在器件内部、铁芯外部；图3、图4分别分析了体积分数为10％和20％时，惯量随电流变化情况，可得出随电流的增大，惯量逐渐减小，且体积分数越大，其变化越明显。图5为采用不同粘度硅油的液体随电流变化图，由图中可以看出在其他参数一致的时候，粘度越大惯量越大，且惯量变化越大。图6中能看出在其他参数一致的时候，随着铁磁颗粒尺寸的增大，惯量在电流增加时降低的越明显，最大变化范围达16.9％。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种可变质量分布的铁磁性智能液体，其特征在于：由介观尺度的铁磁性颗粒分散于载液中形成稳定的悬浮液，所述铁磁性颗粒的密度大于载液的密度，通过控制铁磁性颗粒在载液中的空间位置调节铁磁性智能液体空间质量分布。

2.根据权利要求1所述的可变质量分布的铁磁性智能液体，其特征在于：所述铁磁性颗粒粒径为5μm-2mm。

3.根据权利要求2所述的可变质量分布的铁磁性智能液体，其特征在于：所述液体原料按体积百分比包括3～50％的铁磁性颗粒、48～95％的载液、0.01～1.5％的抗氧剂、0.1～2％抗团聚添加剂。

4.根据权利要求3所述的可变质量分布的铁磁性智能液体，其特征在于：液体原料按体积百分比包括20％的铁磁性颗粒、79％的载液、0.5％的抗氧剂、0.5％抗团聚添加剂。

5.根据权利要求2所述的可变质量分布的铁磁性智能液体，其特征在于：所述磁性颗粒为Co、Fe、Mg、Mn、Ni、Zn或其合金中的一种或多种，所述抗团聚添加剂为硬脂酸盐、磺酸盐、聚乙二醇、二炕基二硫代磷酸醋中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的可变质量分布的铁磁性智能液体，其特征在于：所述载液为矿物油、合成烃、水、硅油、酯化脂肪酸中的一种或多种，所述载液的粘度为0.65cs-1000cs。

7.根据权利要求6所述的可变质量分布的铁磁性智能液体，其特征在于：所述硅油为二甲基硅油。

8.根据权利要求7所述的可变质量分布的铁磁性智能液体，其特征在于：所述抗氧剂为金属抗氧剂。

9.一种权利要求1所述的可变质量分布的铁磁性智能液体的应用，其特征在于：通过控制铁磁性颗粒在载液中的空间位置，调节铁磁性智能液体空间质量分布用于改变器件的固有特性。

10.根据权利要求9所述的可变质量分布的铁磁性智能液体的应用，其特征在于：将铁磁性智能液体设置于器件的腔体中并加载磁场。