CN109504097A - 一种复合磁敏弹性体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合磁敏弹性体及其制备方法，所述方法为：首先将形状记忆合金丝缠绕成螺旋结构放置于模具中，留出形状记忆合金丝的端头作为通电接头；然后将磁敏颗粒和弹性基体按照一定比例充分混合均匀形成的未固化的磁敏弹性体注入所述模具中，并进行抽真空处理；最后在一定温度条件下进行固化，使整个形状记忆合金丝螺旋结构镶嵌于磁敏弹性体内部。该方法制得的复合磁敏弹性体在外加电场的作用下，能通过产生的焦耳热调控形状记忆合金丝螺旋结构的吸震特性，螺旋结构产生的磁场可以作为磁敏弹性体的激励磁场，相应的改变磁敏弹性体的力学性能，主动调节结构的减震性能，从而使磁敏弹性体在冲击与振动领域具有更加突出的使用效果。

Description

一种复合磁敏弹性体及其制备方法
技术领域
本发明属于磁敏复合材料技术领域，尤其涉及一种复合磁敏弹性体及其制备方法。
背景技术
科学技术的发展使人们对结构或产品的动态性能要求越来越高，而结构或产品所处的外部环境处于实时变化的状态，并且结构或产品自身以不同转速转动时产生的振动频率也在不断变化，这一特征使得传统的被动控制技术难以满足要求，迫使人们进一步寻求新的振动控制途径。振动主动控制技术由于具有效果好、适应性强的潜在优越性，成为当前振动工程领域内的高新技术，特别是近年来新型智能材料的出现和发展，为设计研制新型减振器提供了有力支撑。
形状记忆合金是具有形状记忆与超弹性等特殊性能的一类智能材料，可以通过内部温度与应力控制形状记忆合金的马氏体相变过程，从而实现结构的主动控制。
磁敏弹性体是通过物理或化学等手段，将磁敏颗粒散布于固态或者凝胶状的基体中，在外加磁场或零场环境中固化后形成的新型智能材料，具有磁场可控且可逆的机械特性(刚度和阻尼)，并且响应速度非常快，显示出良好的磁控力学性能；且因其制备工艺简单、价格低廉，已被广泛应用于仪器仪表、机械、航空航天、医疗、生物工程等领域中。然而，目前所研制出的磁敏弹性体仍存在机械性能不够好和磁致效应不够强的特征，并且其在应用过程中需要外加磁场装置，使得整个装置具有较大的体积与重量，而且外磁场的应用效率较低。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种复合磁敏弹性体及其制备方法，通过在磁敏弹性体中植入螺旋结构的形状记忆合金，形成一种复合结构，大大增加了磁敏弹性体机的械性能与磁致特性，同时又减小了装置使用时的体积与重量，其应用更加灵活，更加适用于微小区域，且整个制备方法简单。
本发明是这样实现的，一种复合磁敏弹性体，包括形状记忆合金丝和磁敏弹性体，所述磁敏弹性体包括磁敏颗粒和弹性基体，所述形状记忆合金丝置于磁敏弹性体内部，形状记忆合金丝呈螺旋结构，所述形状记忆合金丝的端头为通电接头，所述通电接头露于磁敏弹性体外。
优选地，所述螺旋结构置于磁敏弹性体的中心位置。
优选地，所述磁敏颗粒在弹性基体内随机分布，所述磁敏弹性体呈各向同性。
优选地，所述磁敏颗粒在弹性基体内呈均匀分布或者呈层状分布，或者沿螺旋结构轴线形成轴向链状分布。
优选地，所述磁敏颗粒为铁磁颗粒或磁致伸缩颗粒，所述弹性基体为硅橡胶或天然橡胶。
本发明进一步提供了一种复合磁敏弹性体的制备方法，该方法包括以下步骤：
首先将形状记忆合金丝缠绕成螺旋结构放置于模具中，留出形状记忆合金丝的端头作为通电接头；然后将磁敏颗粒和弹性基体按照一定比例充分混合均匀形成未固化的磁敏弹性体，再将未固化磁敏弹性体注入所述模具中，并进行抽真空处理；最后在一定温度条件下进行固化，使整个形状记忆合金丝螺旋结构镶嵌于磁敏弹性体内部。对模具中的待固化材料进行抽真空处理，以消除材料内部多余的气泡，从而增加材料的力学性能。
优选地，所述固化是在未加磁场的条件下进行的，形成磁敏颗粒在弹性基体内随机分布的各向同性磁敏弹性体；
优选地，所述固化是在施加磁场的条件下进行的，通过外加的磁场控制磁敏颗粒在磁敏弹性体中的分布情况。
优选地，沿所述形状记忆合金丝螺旋结构的轴线方向施加磁场，内部磁敏颗粒沿螺旋结构轴线形成轴向链状分布的磁敏弹性体。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：本发明通过在磁敏弹性体中植入螺旋结构的形状记忆合金丝，在外加电场的作用下，通过产生的焦耳热调控形状记忆合金丝螺旋结构的吸震特性，同时，形状记忆合金丝螺旋结构产生的磁场可以作为磁敏弹性体的激励磁场，相应的改变磁敏弹性体的力学性能，主动调节结构的减震性能，在功能上将两者的效应有效的结合起来，从而使磁敏弹性体在冲击与振动领域具有更加突出的使用效果。本发明将两类智能材料有机结合起来，增加了磁敏弹性体的机械性能与磁致特性，不仅实现两者功能的互补，同时减化了磁敏弹性体的使用结构，节省材料，使得磁敏弹性体的应用更加灵活，更加适用于微小区域。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种复合磁敏弹性体的结构示意图。
图中：1-磁敏弹性体；2-形状记忆合金丝；3-通电接头。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，一种复合磁敏弹性体，包括形状记忆合金丝2和磁敏弹性体1，磁敏弹性体1包括磁敏颗粒和弹性基体，磁敏颗粒可采用铁、钴、镍、钕铁硼等铁磁颗粒或磁致伸缩颗粒，弹性基体可采用硅橡胶或天然橡胶。形状记忆合金丝2置于磁敏弹性体1内部，形状记忆合金丝2呈螺旋结构，形状记忆合金丝2的端头为通电接头3，通电接头3露于磁敏弹性体外。为了使形状记忆合金丝2在磁敏弹性体1产生最佳的效果，将螺旋结构置于磁敏弹性体1的中心位置。
可通过不施加磁场得到磁敏颗粒随机分布在弹性基体内的复合磁敏弹性体，磁敏弹性体呈各向同性。也可通过施加磁场的方式控制磁敏颗粒在弹性基体内的分布情况，调节外加磁场的方向使磁敏颗粒在弹性基体内呈均匀分布或者呈层状分布，或者沿螺旋结构轴线形成轴向链状分布。
本发明一种复合磁敏弹性体的制备方法如下：
首先将形状记忆合金丝2缠绕成螺旋结构放置于模具中，留出形状记忆合金丝2的端头作为通电接头3；然后将磁敏颗粒和弹性基体按照一定比例充分混合均匀形成未固化的磁敏弹性体。再将未固化磁敏弹性体注入所述模具中，并进行抽真空处理，以消除材料内部多余的气泡，从而增加材料的力学性能。最后在一定温度条件下进行固化，使整个形状记忆合金丝2螺旋结构镶嵌于磁敏弹性体1内部。
当需要各向同性的磁敏弹性体时，在固化阶段不施加磁场，使磁敏颗粒在弹性基体内随机分布的。
当需要各向异性的磁敏弹性体时，在固化阶段施加磁场，通过外加的磁场控制磁敏颗粒在磁敏弹性体中的分布情况。可沿形状记忆合金丝螺旋结构的轴线方向施加磁场，以获得内部磁敏颗粒沿螺旋结构轴向链状分布的复合磁敏弹性体，也可根据需要调节外加磁场的方向使磁敏颗粒呈均匀分布或者层状分布等，还可通过施加旋转磁场，以获得磁敏颗粒在弹性基体内排布为更加复杂的网络结构的复合磁敏弹性体。
本发明复合磁敏弹性体使用时，一方面在外加电场的作用下，可通过产生的焦耳热调控形状记忆合金丝螺旋结构的吸震特性；另一方面形状记忆合金丝螺旋结构产生的磁场可以作为磁敏弹性体的激励磁场，相应的改变磁敏弹性体的力学性能，主动调节结构的减震性能，在功能上将两者的效应有效的结合起来，从而使磁敏弹性体在冲击与振动领域具有更加突出的使用效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种复合磁敏弹性体，其特征在于，包括形状记忆合金丝和磁敏弹性体，所述磁敏弹性体包括磁敏颗粒和弹性基体，所述形状记忆合金丝置于磁敏弹性体内部，形状记忆合金丝呈螺旋结构，所述形状记忆合金丝的端头为通电接头，所述通电接头露于磁敏弹性体外。
2.如权利要求1所述的复合磁敏弹性体，其特征在于，所述螺旋结构置于磁敏弹性体的中心位置。
3.如权利要求1所述的复合磁敏弹性体，其特征在于，所述磁敏颗粒在弹性基体内随机分布，所述磁敏弹性体呈各向同性。
4.如权利要求1所述的复合磁敏弹性体，其特征在于，所述磁敏颗粒在弹性基体内呈均匀分布或者呈层状分布，或者沿螺旋结构轴线形成轴向链状分布。
5.如权利要求1-4任一项所述的复合磁敏弹性体，其特征在于，所述磁敏颗粒为铁磁颗粒或磁致伸缩颗粒，所述弹性基体为硅橡胶或天然橡胶。
6.一种复合磁敏弹性体的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
首先将形状记忆合金丝缠绕成螺旋结构放置于模具中，留出形状记忆合金丝的端头作为通电接头；然后将磁敏颗粒和弹性基体按照一定比例充分混合均匀形成未固化的磁敏弹性体，再将未固化磁敏弹性体注入所述模具中，并进行抽真空处理；最后在一定温度条件下进行固化，使整个形状记忆合金丝螺旋结构镶嵌于磁敏弹性体内部。
7.如权利要求6所述的复合磁敏弹性体的制备方法，其特征在于，所述固化是在未加磁场的条件下进行的。
8.如权利要求6所述的复合磁敏弹性体的制备方法，其特征在于，所述固化是在施加磁场的条件下进行的。
9.如权利要求8所述的复合磁敏弹性体的制备方法，其特征在于，沿所述形状记忆合金丝螺旋结构的轴线方向施加磁场。
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