CN106537528B - 用于车辆基座应用的磁流变液组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于具有柔性体和隔膜的车辆基座的磁流变液组合物。所述磁流变液组合物的组成如下：载液；分散在所述载液中的多个磁响应性粒子；以及分散在所述载液中的煅制二氧化硅的防沉剂，其形成触变网络，其中所述载液使所述磁响应性粒子悬浮在所述触变网络中以便防止所述磁响应性粒子沉降。本发明的磁流变液组合物不含对所述触变网络和所述磁流变液提供稳定性的任何额外添加剂，并且防止所述柔性体和所述隔膜与所述组合物反应从而延长所述组合物的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及磁流变液组合物。
背景技术
磁流变液是一类智能流体。当经受磁场时，磁流变液的粘度显著增加。重要的是，通过改变磁场的强度，可以非常精确地控制磁流变液在其活化状态时的屈服应力。磁流变液的应用是广泛的，并且其随着流体动力学中的各种进步而扩展。磁流变液常用于车辆基座和悬浮组件。一种这样的应用是磁流变液组合物在具有柔性体和隔膜的车辆基座中的应用。美国专利7,070,708中公开了这种磁流变液组合物。磁流变液组合物包含载液、分散在载液中的多个磁响应性粒子以及分散在载液中的煅制二氧化硅防尘剂。防沉剂形成触变网络，其中载运网络使磁响应性粒子悬浮在触变网络中以便防止磁响应性粒子沉降。触变网络被定义为以低剪切速率形成松散网络或结构的磁响应性粒子的悬浮体，有时被称作簇或絮凝物。此种结构的存在对磁流变液组合物赋予较小程度的刚性，从而减少粒子沉降。然而，当通过温和的搅动施加剪切力时，触变网络可被轻易地瓦解或分散。当去除剪切力时，可重新形成触变网络。
美国专利7,070,708还公开了磁流变液组合物包含诸如乙氧基化胺和丙二醇等添加剂以便对磁流变液提供稳定性。然而，研究显示乙氧基化胺、丙二醇以及磁流变液组合物中的其他添加剂与车辆基座的柔性体和隔膜反应。该反应在车辆基座中生成气体，其造成车辆基座内的压力增强，因而抑制车辆完整的功能性能。此外，该反应还在磁流变液组合物中形成二聚物和三聚物，其破坏磁流变液组合物中形成的触变网络并使磁响应性粒子从磁流变液组合物中沉积出来，降低磁流变液组合物的寿命。因此，磁流变液将不再响应磁场，从而导致车辆基座故障。
发明内容
本发明提供一种磁流变液组合物，其不含对所述组合物的触变网络提供稳定性的任何额外添加剂。此外，本发明还防止柔性体和隔膜与所述组合物反应，从而延长所述组合物的寿命。
发明的优点
本发明就其最宽泛的方面而言是提供一种具有较长流体寿命的磁流变液组合物，从而提供对于车辆基座的完整功能性能的改善。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述，可以更容易知晓、同时更好理解本发明的其他优点，其中：
图1是可利用本发明的磁流变液组合物的车辆基座的示意性截面图；
图2是本发明的磁流变液组合物和行业中所用的现有磁流变液组合物(现有技术)在磁强度为0T～1.2T的磁场下的屈服应力；
图3是比较1,000,000次工作循环中利用本发明的磁流变液组合物和现有技术的车辆基座中的压力生成的图；
图4是比较5,000,000次工作循环中利用本发明的磁流变液组合物和现有技术的车辆基座的每次循环的耗散能的图；
图5是比较1,000,000次工作循环中利用本发明的磁流变液组合物和现有技术的车辆基座的每次循环的耗散能的图；
图6是显示利用现有技术的车辆基座的动态刚度的图；
图7是显示利用本发明的磁流变液组合物的车辆基座的动态刚度的图；
图8是显示利用本发明的磁流变液组合物的车辆基座的动态刚度的图，其采用两个车辆基座；
图9是显示利用现有技术的车辆基座的阻尼控制的图；
图10是显示利用本发明的磁流变液组合物的车辆基座的阻尼控制的图；
图11是显示利用本发明的磁流变液组合物的车辆基座的阻尼控制的图，其采用两个车辆基座；
图12是显示利用现有技术的四个车辆基座的阻尼功的图；并且
图13是显示利用本发明的磁流变液组合物的四个车辆基座的阻尼功的图。
具体实施方式
本发明的一个方面包括用于具有柔性体和隔膜的车辆基座的磁流变液组合物。所述磁流变液组合物的组成如下：载液；分散在载液中的多个磁响应性粒子；以及分散在载液中的煅制二氧化硅防沉剂，其形成触变网络，其中载液使磁响应性粒子悬浮在触变网络中以便防止磁响应性粒子沉降。本发明的磁流变液组合物仅含有载液、多个磁响应性粒子和防沉剂。换言之，本发明的磁流变液组合物不含对触变网络和磁流变液提供稳定性的任何额外添加剂，并且防止柔性体和隔膜与所述组合物反应从而延长所述组合物的寿命。
磁流变液组合物的载液在磁流变液中形成连续相，并且以10重量％～73重量％的量存在，优选以23重量％～38重量％的量存在，最优选以26重量％～36重量％的量存在。载液可以是任何有机流体，优选非极性有机流体。合适的流体的实例包括但不限于硅油、矿物油、石蜡油、有机硅共聚物、白油和液压油。另外，可使用合适的流体的混合物作为本发明的载液。对于本发明的磁流变液组合物，硅油特别优选地作为载液，并且以30重量％～32重量％的量存在。
磁流变液组合物的多个磁响应性粒子分散在载液中，并以25重量％～80重量％的量存在，优选以60重量％～70重量％的量存在，最优选以64重量％～68重量％的量存在。磁响应性粒子可以是由顺磁性、超顺磁性和铁磁性元素和化合物制成的任何固体。合适的磁响应性粒子的实例包括铁、铁合金、铁氧化物(包括Fe2O3和Fe3O4)、铁氧化物粉末/铁粉末混合物以及铁氧化物粉末/还原铁粉末混合物。对于本发明的磁流变液组合物，铁特别优选地作为磁响应性粒子，并且以64重量％～65重量％的量存在。磁响应性粒子通常为金属粉末的形式。应选择磁响应性粒子的粒径以使磁响应性粒子本身可以在载液中响应于磁场排列。磁响应性粒子的平均粒径大小一般为1μm～1000μm。
煅制二氧化硅防沉剂也分散在载液中，并以2重量％～10重量％的量存在，优选以2重量％～7重量％的量存在，最优选以2重量％～6重量％的量存在。煅制二氧化硅形成触变网络以便将磁响应性粒子悬浮在触变网络中，从而防止磁响应性粒子从触变网络中沉降出。防沉剂通过氢键的分子间力使磁响应性粒子悬浮在触变网络中。本发明的触变网络有效地防止磁响应性粒子在磁流变材料组合物中的沉积。合适的防沉剂的实例包括金属氧化物粉末，例如沉淀二氧化硅凝胶、煅制或热解二氧化硅、二氧化硅凝胶，或者至少一种前述金属氧化物粉末的组合。对于本发明的磁流变液组合物，煅制二氧化硅优选作为防沉剂，并且以3重量％～5重量％的量存在。
本发明的磁流变液组合物的密度为2.2g/ml～2.5g/ml，且在40℃温度时的粘度为200cP～400cP。在磁强度0.1T的磁场的存在下，所述磁流变液组合物的磁屈服应力为0.1kPa～4kPa。在磁强度0.5T的磁场的存在下，所述磁流变液组合物的磁屈服应力为18kPa～24kPa。在磁强度0.9T的磁场的存在下，所述磁流变液组合物的磁屈服应力为26kPa～40kPa。
本发明的另一方面包括用于支持振动源的车辆基座设备。如图1大致示出的，该设备包含围绕和沿着第一轴A延伸并限定外壳室22,24的外壳20。由弹性材料制成的柔性体26，其至少部分设置在由外壳20支撑的外壳室22,24中。柔性体26围绕和沿着所述第一轴A径向延伸，用于进行弹性变形从而响应由外部激发引起的振动源相对外壳20的移动。弹性材料制成的隔膜28设置在外壳室22,24中并且与柔性体26轴向地隔开。如大致示出的，分隔组件30设置在外壳室22,24中，其在柔性体26和隔膜28之间延伸，以便将外壳室22,24分为上腔室22和下腔室24。上腔室22在柔性体26和分隔组件30之间延伸。下腔室24在分隔组件30和隔膜28之间延伸。上腔室22和下腔室24的体积通过柔性体26和隔膜28响应于外部激发的变形而改变。分隔组件30限定一个通道，其与第一轴A平行延伸并且与上腔室22和下腔室24流体连通地设置，以便使流体在上腔室22和下腔室24之间流动。
响应于磁场的磁流变液设置在上腔室22和下腔室24中。所述磁流变液包含硅油载液，其以30重量％～32重量％的量存在。所述磁流变液包含分散在所述载液中的铁的磁响应性粒子，其以64重量％～66重量％存在。所述磁流变液还包含分散在所述载液中的煅制二氧化硅防沉剂，其形成触变网络，其中载运网络使所述磁响应性粒子悬浮在所述触变网络中以便防止所述磁响应性粒子沉降。所述煅制二氧化硅以3重量％～5重量％的量存在。所述磁流变液不含对所述触变网络和所述磁流变液提供稳定性的任何额外添加剂，防止所述磁流变液与隔膜28和柔性体26反应从而延长所述磁流变液的寿命。
实施例1
为了展示本发明的磁流变液组合物与行业中所用的现有磁流变液(现有技术)之间的差异，进行各种试验，并且测量和比较磁流变液的特性。试验过程中所用的本发明的磁流变液组合物由硅油、多个磁响应性铁粒子和煅制二氧化硅组成。现有技术包含硅油、二氧化硅粘土、多个磁响应性铁粒子、乙氧基化胺(例如T-15)和丙二醇。
测量和比较本发明的磁流变液组合物和现有技术的屈服应力。通过使磁流变液都经受磁强度为0T～1.1T的磁场而测量屈服应力。图2显示了本发明的磁流变液组合物和现有技术的屈服应力的比较。如图2所示，在磁强度为0.5T～1.1T的磁场下，本发明的磁流变液组合物的屈服应力高于现有技术。
还进行本发明的磁流变液组合物和现有技术的耐久性试验。具有图1所示相似结构的车辆基座用于耐久性试验。以10Hz的频率操作并以+2mm之间的压缩/回弹距离致动的车辆基座用于耐久性试验。对车辆基座施加4A循环电流以产生磁场。进行总计1,000,000次车辆基座的工作循环。在整个1,000,000次工作循环中测量车辆中的压力生成。图3显示了由本发明的磁流变液组合物和现有技术造成的车辆基座中生成的压力的比较。如图3所示，在1,000,000次工作循环临近结束时，使用本发明的磁流变液组合物时的车辆基座中生成的压力低于现有技术。
在耐久性试验的过程中还测量使用本发明的磁流变液组合物和现有技术的车辆基座的每次循环的耗散能。具体而言，在试验开始、50,000次工作循环、250,000次工作循环、500,000次工作循环和1,000,000次工作循环时测量车辆基座的每次循环的耗散能。图4显示了使用本发明的磁流变液组合物和现有技术的车辆基座的每次循环的耗散能的比较。如图4所示，在1,000,000次工作循环临近结束时，使用本发明的磁流变液组合物时的车辆基座的每次循环的耗散能高于现有技术。
除了测量1,000,000次工作循环中的每次循环的耗散能之外，还分析本发明的磁流变液组合物和现有技术中的多个磁响应性粒子的沉降。具体而言，在100,000次工作循环、200,000次工作循环和300,000次工作循环之后分析磁流变液的沉降。为了分析磁流变液的沉降，将磁流变液设置在容器内，并在14天的期间内观察透明层分离。观察结果在下表1中示出。
表1：本发明的磁流变液组合物和现有技术的沉积分析比较
此外，在5,000,000次工作循环的期间内测量使用本发明的磁流变液组合物和现有技术的车辆基座的每次循环的耗散能。具体而言，在试验开始、1,000,000次工作循环、2,000,000次工作循环、3,000,000次工作循环、4,000,000次工作循环和5,000,000次工作循环时测量车辆基座的每次循环的耗散能。图5显示了使用本发明的磁流变液组合物和现有技术的车辆基座的每次循环的耗散能的比较。如图4所示，在4,000,000次工作循环和5,000,000次工作循环之间，使用本发明的磁流变液组合物时的车辆基座的每次循环的耗散能高于现有技术。
除了测量5,000,000次工作循环中的每次循环的耗散能之外，在5,000,000次工作循环结束时，拆卸车辆基座并对其就流体稠化和堵塞进行分析。在5,000,000次工作循环结束时，现有技术在车辆基座中稠化并展现出分隔组件通道的45％～50％的堵塞。相比之下，在5,000,000次工作循环结束时，本发明的磁流变液组合物展现出在车辆基座中的一些流体稠化以及分隔组件通道的仅10％的堵塞。
实施例2
为了进一步展示本发明的磁流变液组合物与现有技术之间的差异，测量磁流变液对于车辆基座的动态刚度、阻尼控制和阻尼功的影响。与实施例1类似，本实施例所用的磁流变液组合物由硅油、多个磁响应性铁粒子和煅制二氧化硅组成。现有技术包含硅油、二氧化硅粘土、多个磁响应性铁粒子、乙氧基化胺(例如T-15)和丙二醇。在本实施例中，使用与实施例1中提及的车辆基座具有相同结构的多个车辆基座。
为了测量车辆基座的阻尼刚度，车辆基座以2Hz、11Hz和17Hz的频率以及+1mm的压缩/回弹距离致动。在流体寿命结束时测量阻尼刚度。流体寿命通过由车辆基座进行的预定数量的工作循环定义，例如1个流体寿命＝1,000,000次工作循环。图6显示了使用现有技术的车辆基座在2个流体寿命期间的动态刚度测量。如图6所示，第一个流体寿命和第二个流体寿命之间的车辆基座的动态刚度显著降低。具体而言，在2个流体寿命期间并以2Hz、11Hz和17Hz的频率致动时，含有现有技术的车辆基座的动态刚度分别降低53.6％、65.9％和67.4％。这种降低是由于现有技术中磁响应性粒子的沉降造成。图7显示了使用本发明的磁流变液组合物的车辆基座在3个流体寿命期间的动态刚度测量。如图7所示，车辆基座的动态刚度在全部3个流体寿命期间没有明显变化。图8显示了使用本发明的磁流变液组合物的两个车辆基座在5个流体寿命期间的动态刚度测量。如图8所示，即使在5个流体寿命之后，车辆基座的动态刚度也没有明显变化。
为了测量车辆基座的阻尼控制，车辆基座以2Hz、11Hz和17Hz的频率以及+1mm的压缩/回弹距离致动。在流体寿命结束时测量阻尼控制。图9显示了使用现有技术的车辆基座在2个流体寿命期间的阻尼控制测量。如图9所示，第一个流体寿命和第二个流体寿命之间的车辆基座的阻尼控制显著降低。具体而言，在2个流体寿命期间并以2Hz、11Hz和17Hz的频率致动时，含有现有技术的车辆基座的阻尼控制分别降低75.1％、67.3％和69.6％。这种降低是由于现有技术中磁响应性粒子的沉降造成。图10显示了使用本发明的磁流变液组合物的车辆基座在3个流体寿命期间的阻尼控制测量。如图10所示，车辆基座的阻尼控制在全部3个流体寿命期间没有明显变化。图11显示了使用本发明的磁流变液组合物的两个车辆基座在5个流体寿命期间的阻尼控制测量。如图11所示，即使在5个流体寿命之后，车辆基座的阻尼控制也没有明显变化。
为了测量车辆基座的阻尼功控制，车辆基座以11Hz的频率以及+4mm的压缩/回弹距离致动。在流体寿命结束时测量阻尼刚度。图12显示了使用现有技术的四个车辆基座在2个流体寿命期间的阻尼功控制测量。如图12所示，第一个流体寿命和第二个流体寿命之间的车辆基座的阻尼功控制显著降低。此现象也是由于现有技术中磁响应性粒子的沉降造成。图13显示了使用本发明的磁流变液组合物的具有相同结构的四个车辆基座在3个流体寿命期间的的阻尼功控制测量。如图13所示，车辆基座的阻尼功控制在全部3个流体寿命期间没有明显变化。
显而易见，在随附的权利要求书的范围内，依照以上教导可对本发明进行许多修改和变形，并且可与具体描述不同地实践这些修改和变形。设备权利要求中使用词语“所述”是指旨在被包括在权利要求的覆盖范围内的肯定陈述的在先物，而词语“该”在词语之前不旨在被包括在权利要求书的覆盖范围内。另外，权利要求中的参考编号仅出于方便的原因，且不应以任何限制性的方式阅读。
Claims (4)
1.一种用于具有柔性体和隔膜的车辆基座的磁流变液组合物，其组成如下：
载液，
分散在所述载液中的多个磁响应性粒子，
分散在所述载液中的煅制二氧化硅防沉剂，其形成触变网络，其中所述载液使所述磁响应性粒子悬浮在所述触变网络中以便防止所述磁响应性粒子沉降，并且
所述组合物不含对所述触变网络和所述磁流变液提供稳定性的任何额外添加剂，并且防止所述柔性体和所述隔膜与所述组合物反应从而延长所述组合物的寿命；
所述多个磁响应性粒子是铁，并且，所述铁以64重量%～68重量%的量存在；所述多个磁响应性粒子具有0.1 μm～1000 μm的平均粒径，
所述煅制二氧化硅以3重量%～5重量%的量存在；
所述载液是硅油，并且，所述硅油以30重量%～32重量%的量存在；
所述组合物响应于强度0.1T的磁场的磁屈服应力为0.1 kPa～4 kPa；
所述组合物响应于强度0.5T的磁场的磁屈服应力为18 kPa～24 kPa；
所述组合物响应于强度0.9T的磁场的磁屈服应力为26 kPa～40 kPa；
所述组合物在40℃温度时的粘度为200 cP～400 cP。
2.如权利要求1所述的磁流变液组合物，其中所述铁以64重量%～65重量%的量存在。
3. 如权利要求1所述的磁流变液组合物，其中所述组合物的密度为2.2 g/ml～2.5 g/ml。
4.一种用于支持振动源的车辆基座设备，其包括：
围绕和沿着第一轴延伸并限定外壳室的外壳，
由弹性材料制成的柔性体，其至少部分设置在由所述外壳支撑的所述外壳室中并且围绕和沿着所述第一轴径向延伸，以便响应于由外部激发引起的所述振动源相对所述外壳的移动而弹性变形，
由弹性材料制成的隔膜，其设置在所述外壳室中并且与所述柔性体轴向地隔开，
设置在所述外壳室中的分隔组件，其在所述柔性体和所述隔膜之间延伸，以便将所述外壳室分为在所述柔性体和所述分隔组件之间延伸的上腔室以及在所述分隔组件和所述隔膜之间延伸的下腔室，其中每个所述腔室的体积通过所述柔性体和所述隔膜响应于外部激发的变形而改变，
所述分隔组件限定一个通道，其与所述第一轴平行延伸并且与所述上腔室和所述下腔室流体连通地设置，以便响应于外部激发而使流体在所述上腔室和所述下腔室之间流动，
设置在所述上腔室中和所述下腔室中的响应于磁场的磁流变液，
所述磁流变液还包含硅油载液，其以30重量%～32重量%的量存在，
所述磁流变液包含平均粒径为0.1 μm～1000 μm的分散在所述载液中的磁响应性粒子，所述磁响应性粒子在所述载液中分散有以64重量%～66重量%的量存在，所述磁响应性粒子是铁，
所述磁流变液还包含分散在所述载液中的煅制二氧化硅防沉剂，其形成触变网络，其中所述载液使所述磁响应性粒子悬浮在所述触变网络中以便防止所述磁响应性粒子沉降，并且
所述煅制二氧化硅以3重量%～5重量%的量存在，其中所述磁流变液不含对所述触变网络和所述磁流变液提供稳定性的任何额外添加剂，并且防止所述磁流变液与所述隔膜和所述柔性体反应从而延长所述磁流变液的寿命；
所述磁流变液响应于强度0.1T的磁场的磁屈服应力为0.1 kPa～4 kPa；
所述磁流变液响应于强度0.5T的磁场的磁屈服应力为18 kPa～24 kPa；
所述磁流变液响应于强度0.9T的磁场的磁屈服应力为26 kPa～40 kPa；
所述磁流变液在40℃温度时的粘度为200 cP～400 cP。
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Denomination of invention: Magnetorheological fluid composition for vehicle base applications Effective date of registration: 20230517 Granted publication date: 20190823 Pledgee: Jingxi Zhixing Zhangjiakou Automotive Electronics Co.,Ltd. Pledgor: BEIJINGWEST INDUSTRIES Co.,Ltd. Registration number: Y2023990000256 |
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