CN108933012A - 一种编织骨架磁流变材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种材料领域的复合磁流变体及其制备方法；制备过程包括：步骤一、按比例将羰基铁粉、聚硅氧烷等基液和表面活性剂搅拌混合，完成磁流变液（胶）配制；步骤二、选择导磁率小的纤维材料或合金金属丝，将其编织成为骨架结构；步骤三、将骨架材料浸入磁流变液（胶）中，经过液体置换脱气得到交融体；步骤四、使用减振片（柱）的模具在磁流变液（胶）中将交融体压制成型；步骤五、将粘流状态的生橡胶包裹于交融体表面形成一个薄层，并完成橡胶硫化。本发明的特点是采用物理方法编织骨架结构，包裹磁流变液（胶），将磁流变材料锁存在有限空间中。本发明抗冲击、耐高低温，并具有宽的工作频率，可以为苛刻环境下工作的工业设备提供减振保障。

Description

一种编织骨架磁流变材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种材料领域的复合磁流变体及其制备方法。具体来说是一种编织骨架的磁流变材料及其制备方法。

背景技术

磁流变材料是一种流变性能可由磁场控制的新型智能材料，这种流变可控性效应，称为磁流变效应。利用磁流变效应制造智能减振材料，在减振应用领域已经得到应用，如磁流变阻尼器。现有磁流变材料主要包括磁流变液、磁流变弹性体等，这些材料都各自有优缺点。

磁流变液具有较大的磁流变效应，产生较大的剪切模量的增量。申请人lord公司在专利号93120703.7中公开了一种低粘度磁流变液，93120748.7进一步公开一种基于合金颗粒的磁流变液，将磁性颗粒扩展至铁钴合金或铁镍合金。但是长时间使用磁流变液，可能会产生磁性颗粒沉降现象，该问题一直未解决。

磁流变弹性体解决了磁性颗粒沉降的问题。中国专利申请201010288265.8公开了一种磁流变弹性体材料，目的是以高阻尼粘弹性材料代替普通橡胶，弹性体材料由橡胶基体、磁性颗粒、补强体、硫化体系、防老体系和加工助剂混炼而成。中国专利申请201610882551.4使用马来酸酐单体对丁睛橡胶进行接枝改性，增加极性丁睛橡胶分子链活动的内摩擦阻力，导致分子链间摩擦生热增多，提高阻尼性能。磁流变弹性体的磁流变效应较小，剪切模量和杨氏模量的增量都较小，这就限制了它的应用。

美国专利US20090039309AI公开一种热塑性弹性体塑料材料，是以塑料类材料为基材的磁流变弹性体。中国专利号200910312198.6公开了一种热塑性磁流变弹性体材料。热塑性弹性体具有大的磁流变效应，但是该材料耐热性能差，这就限制了它的工业应用。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种编织骨架磁流变材料及其制备方法。

1.磁流变液（胶）配制。25%-60%的铁磁粉，40%-75%的聚硅氧烷或硅油等常用基液，少量表面活性剂为油酸或十二烷基磺酸钠等。将铁磁粉（颗粒粒径小于5微米）、聚硅氧烷等基液（粘度范围15-30000cps），及表面活性剂按比例混合，得到磁流变液（胶）材料；记录配制的液体体积V0；

2.纤维材料或金属丝选择。选择导磁率小的纤维材料或合金，如不锈钢材料牌号1Cr18Ni9Ti的奥氏体金属丝、铜丝、钛合金丝、碳纤维丝；丝直径0.05mm-0.5mm；

3.骨架搭建。选用直径为1-5mm的锥形杆，将材料丝缠绕于锥形杆并转动锥形杆，得到相应直径的丝卷；拉伸丝卷得到1-5mm的螺距；将多条材料丝按照正交原则编织，可以选择在一根轴上重复编织（轴直径按照实际应用选取），形成空心圆柱体，或者在阵列形的多根轴上重复编织，形成需要的减振材料形状，进行压制；

4.组合形成编织骨架磁流变减振体；一种获得减振体的方法是将编织好的骨架材料浸入磁流变液（胶）中，反复搅动或转动，直到搅动力矩保持不变；将交融体置于减振片（柱）的模具中，如有必要可进行二次压制成型，得到骨架磁流变液交融体；根据磁流变液（胶）所剩体积，可计算交融体所包含的磁流体体积V2；将生橡胶塑炼或者混炼成粘流状态，然后包裹交融体使其表面形成一个薄层，并按照橡胶硫化工艺将橡胶硫化形成刚性覆盖层；另一种获得减振体的方法是先将骨架材料用生橡胶部分包裹，从预留开口处注入磁流变液（胶），脱气后调整减振体形状，将预留开口用生橡胶密封，并对形状调整后的减振体用生橡胶再次包裹加固，之后按照橡胶硫化工艺将减振体硫化形成刚性覆盖层；骨架外表面包围的体积为V1，磁流体体积V2与V1的比值范围为10%- 95%。

本发明的特点是采用物理方法编织骨架结构，在磁流变液（胶）内部搭建刚性网架结构，支撑形成减震材料的外部形状并可以部分程度上阻挡铁磁颗粒的沉降；同时使用橡胶等成膜涂覆材料包裹这一骨架与磁流变液（胶）的交融体，将磁流变液（胶）锁存在有限空间中。这样既能保证在较宽工作温度范围下稳定的初始刚性又能体现磁流变液（胶）强磁流变效应的优势，可满足空间狭小、宽工作频率和减振形式灵活的多种工业领域。

下面结合实施例对本发明进一步说明。

此处提出的实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域的专业人员可以想到多种骨架结构与各种磁流变液（胶）配方的交融，以及与种类多样的成膜涂覆材料的组合。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

本实施例涉及的磁流变液（胶）组分及重量份数为：60份的羰基铁粉，39份的聚硅氧烷，1份十二烷基磺酸钠。羰基铁粉颗粒粒径小于5µm。

制备磁流变材料的方法包括如下步骤：

步骤一，将羰基铁粉及十二烷基磺酸钠预混合，加入聚硅氧烷基液按比例充分混合，得到磁流变液材料；

步骤二，不锈钢材料牌号1Cr18Ni9Ti的奥氏体金属丝，直径0.2mm，选用直径为3mm的锥形杆，将金属丝缠绕于锥形杆并转动锥形杆，得金属丝卷；将其拉伸得到3mm的金属丝螺距；将多条金属丝按照正交原则编织，在阵列形的多根轴上重复编织，形成正方体，并压制成减震材料所需大小；

步骤三，将生橡胶塑炼成粘流状态，用生橡胶部分包裹骨架材料，从预留开口处缓慢注入磁流变液，完成注入后可获得磁流变液体积V2；

步骤四，脱气后调整减振体形状，将预留开口用生橡胶密封，并对形状调整后的减振体用生橡胶再次包裹加固，之后按照橡胶硫化工艺将减振体硫化形成刚性覆盖层；骨架外表面包围的体积为V1，磁流体体积V2与V1的比值为60%；

实施例2

本实施例涉及的磁流变液（胶）组分及重量份数为：50份的超细铁镍合金粉，49份的聚二甲基硅氧烷，1份脱溶硅石凝胶体。超细铁镍合金粉粒径小于5µm。

制备磁流变材料的方法包括如下步骤：

步骤一，将超细铁镍合金粉及脱溶硅石凝胶体预混合，加入聚二甲基硅氧烷基液按比例充分混合，得到磁流变液（胶）材料；

步骤二，铝镁合金丝，直径0.1mm，选用直径为2mm的锥形杆，将金属丝缠绕于锥形杆并转动锥形杆，得金属丝卷；将其拉伸得到2mm的金属丝螺距；将多条金属丝按照正交原则编织，在阵列形的多根轴上重复编织，形成扁圆柱体；

步骤三，将步骤二的金属丝骨架浸入步骤一制备的磁流变液（胶）中，进行液体置换脱气，直到搅动力矩保持不变，使合金骨架与磁流变液（胶）充分交融；

步骤四，在磁流变液（胶）中使用减振片（柱）的模具将合金骨架压制成型。记录骨架外表面包围的体积V1及交融体所包含的磁流体体积V2；V2与V1之比为50%；

步骤五，将生橡胶塑炼成粘流状态，然后包裹交融体使其表面形成一个薄层，再按照橡胶硫化工艺将合金骨架减振体硫化。

Claims (4)

1.一种编织骨架磁流变材料及其制备方法，其特征在于，采用物理方法编织骨架结构，在磁流变液（胶）内部搭建刚性网架结构，支撑形成减震材料的外部形状并可以部分程度上阻挡铁磁颗粒的沉降；同时使用橡胶等成膜涂覆材料包裹这一骨架与磁流变液（胶）的交融体，将磁流变液（胶）锁存在有限空间中；其中磁流变液（胶）配制比例为：25%-60%的铁磁粉，75%-40%的聚硅氧烷等基液，少量表面活性剂如油酸，十二烷基磺酸钠等；将铁磁粉（颗粒粒径小于5µm）、聚硅氧烷基液及表面活性剂按比例混合，得到磁流变液（胶）材料。

2.按照权利要求1的磁流变液（胶）材料，其中基液可选自下列成分一种或多种的可用于磁流变材料的基液或承载流体或液料，如矿物油、硅油、硅氧烷均聚物或共聚物、轻油、石蜡油、液压油、氯化烃、变压器油、多种润滑脂、卤化芳烃液体、卤化石腊、二元酸酯、聚乙二醇、全氟化聚醚、氟化烃、氟化硅氧烷、受阻碍酯类化合物、氰烷基硅氧烷均聚物、丙二醇、乙酸酐、异硫氰酸烯丙酯、乙酸苄酯、双（2—丁氧基乙基）醚、双（2—乙基已基）邻苯二甲酸酯、双（2—巯乙基）硫化物、双（2—甲氧乙基）醚、1—溴庚烷、1—溴已烷、1—溴辛烷、1，3—丁二醇、2—（2—丁氧基乙氧基）乙醇、丁苯、丁基环已烷、N—丁二羟乙基胺、丁酸酐、1—氯—2—乙基苯、1—氯—4—乙基苯、1—氯庚烷、1—氯辛烷、3—氯丙睛， 3—氯甲苯、环已酮、乙酸环已酯、环辛胺、癸甲基四硅氧烷、1—癸烯、1，2—二溴丁烷、1，2—二溴—1，1—二氯乙烷、1，2—二丁氧基乙烷、二丁二硫、丙二酸二丁酯、二丁硫、2—二乙氨基乙醇、1，4—二乙基苯、二乙基溴代丙二酸、二乙硫、二一（2—乙基已基）邻苯二甲酸酯、二乙基丙二酸酯，2，4—二甲基吡啶、二丙二硫、2—（2—乙氧乙氧基乙醇、2—乙氧基乙基乙酸酯、2—（乙胺基）乙醇、N—乙基苯胺、N—乙基二乙醇胺、2，2’—（亚乙二氧基）双乙醇、乙基庚酸酯，乙基已酸酯、2—乙基已酸、2—乙基—1—己醇、2—乙基己基乙酸酯、乙基辛酸酯、S—乙硫基乙醇、乙基甲苯、4—氟—1—甲氧基苯、三丁酸某油酯，二十七氟三丁胺、庚醛、庚硫醇、六氟—2—苯基—2—丙醇、顺六氢—1，2—二氢化茚、，2，5—已二醇，已腈、1—已三醇、1—已醇、乙酸己酯、2—羟基乙肼、4—羧基—4—甲基—2—戊酮、3—羟基丙腈，茚、1—碘庚烷、1—碘戊烷、异丁基苯、异丙基苯、异丙基环已烷、异丙基—1—甲基苯、苎烯、3—甲氧基—1—丁醇、2—（甲氧基乙氧基）乙醇、甲基乙酰乙酸酯、N—甲基苯胺、甲基环戊二烯二聚物、甲基庚酸酯、甲基己酸酯、1—甲基咪唑、4—甲基戊睛、2—甲基戊酸、2—甲基丙酸、1—硝基丁烷、2—硝基乙醇、壬烷、壬酰氯化物、辛睛、1—辛硫醇、辛酰氯化物、，1，5—戊二胺、乙酸戊酯、1—苯乙烷、蒎烷、蒎烯、1，2，3—丙三醇三乙酸酯、顺丙烯基苯、丙酸酐、丙基环已烷、苯甲酸丙酯、角鲨烯、四乙锗、四乙基锡、四氢毗喃—2—甲醇、2，6，10，14—四甲基十五烷、三丁胺，三丁基硼酸酯、三丁基磷酸酯、1，3，5—三甲基苯、2，6，8——三甲基—4—壬酮、三甲基磷酸酯、1，2，4—三甲基呱嗦哌嗪，三丙胺、1—十一碳烯、其混合物、以及乙二醇和丙二醇与水的混合物，其中一种或多种的混合物；可选择的表面活性剂有：油酸亚铁和环烷酸盐、脂肪酸铝、各种碱的脂肪酸盐、磺酸盐、磷酸、硬脂酸、甘油单油酸、倍半油酸脱水山梨糖醇、硬脂酸盐、月桂酸盐、脂肪酸、脂肪醇、氟化脂肪族的聚合酯、疏水雾化硅石、脱溶硅石凝胶体、酞酸盐、铝酸盐、锆酸盐耦合剂所组成的表面活性剂或组合；铁磁粉颗粒成分是由顺磁、超顺磁或铁磁化合物组成，选自以下一种或多种的混合物或合金，即铁，铁合金，氧化铁，氮化铁、碳化铁、羟基铁、二氧化铬、低碳钢、镍、钴及其混合物的粉末形式；本发明的基液可以通过本技术领域公知的方法制备，并且许多材料可以通过市售的方式得到。

3.纤维材料或金属丝选择及骨架搭建：选择导磁率小的纤维材料或合金，如不锈钢奥氏体金属丝、紫铜丝、黄铜丝、磷铜丝、钛合金丝、碳纤维丝等，丝直径0.05mm-0.5mm；选用直径为1-5mm的锥形杆，将丝材料缠绕于锥形杆并转动锥形杆，得到相应直径的丝卷；拉伸丝卷得到1-5mm的螺距；将多条材料丝按照正交原则编织，可以选择在一根轴上重复编织（轴直径按照实际应用选取），形成空心圆柱体，或者在阵列形的多根轴上重复编织，形成需要的减振材料形状，进行压制。

4.组合形成编织骨架磁流变减振体；一种获得减振体的方法是将编织好的骨架材料浸入磁流变液（胶）中，反复搅动或转动，直到搅动力矩保持不变；将交融体置于减振片（柱）的模具中，如有必要可进行二次压制成型，得到骨架磁流变液交融体；根据磁流变液（胶）所剩体积，可计算交融体所包含的磁流体体积V2；将生橡胶塑炼或者混炼成粘流状态，然后包裹交融体使其表面形成一个薄层，并按照橡胶硫化工艺将橡胶硫化形成刚性覆盖层；另一种获得减振体的方法是先将骨架材料用生橡胶部分包裹，从预留开口处注入磁流变液（胶），脱气后调整减振体形状，将预留开口用生橡胶密封，并对形状调整后的减振体用生橡胶再次包裹加固，之后按照橡胶硫化工艺将减振体硫化形成刚性覆盖层；骨架外表面包围的体积为V1，磁流体体积V2与V1的比值范围为10%- 95%。