CN110878229B - 连续相溶液及巨电流变液 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种连续相溶液，用于与分散相配合制成胶态悬浮状的巨电流变液，所述连续相溶液由具有疏水性基团的硅油、具有亲水性基团的润滑油及具有疏水性基团的矿物油制成。采用本发明的技术方案，由于连续相由具有疏水性基团的硅油、具有亲水性基团的润滑油及具有疏水性基团的矿物油制成，润滑油和矿物油的加入，改善了连续相溶液的润湿性、极性和黏度，在配合硅油以确保连续相溶液于巨电流变液中发挥较优作用的同时，使巨电流变液中的分散相所具有的纳米颗粒，在外加电场作用下，减缓相邻两个纳米颗粒的接触面接触时的相互牵引力，降低因相互牵引力过大而产生气泡现象的发生；同时，沉降速度降低，颗粒沉降性和再分散性更稳定。

Description

连续相溶液及巨电流变液

技术领域

本发明涉及电流变液材料技术领域，特别涉及一种连续相溶液。同时，本发明还涉及一种使用该连续相溶液的巨电流变液。

背景技术

电流变液(electrorheological fluid)是一类液体的总称，该胶体的黏度会随着电场强度的增强而显著增大，当电场增大到一个阈值，该胶体的流变特性就会发生改变。这一过程十分迅速，通常发生在几毫秒的过程内，并且转变过程具有可逆性。电流变液的流变特性会随着电场的变化而发生变化。在不加外加电场时，流体呈现出牛顿流体的特性，但是在外电场强度足够高时，能够转变成“弹性固体”，对外呈现出宾汉流体的性质。

电流变液作为一种新型智能材料，有着鲜明的特点与优势，其随电场强度变化的流变特性意味着其拥有广阔的市场前景。但是，电流变液的ER性能、沉降性及再分散性等应用性问题仍然制约了其广泛应用。2003年，温维佳教授在首次报道了存在于复合纳米颗粒体系电流变液中“巨”电流变效应，将其最高剪切强度提高至130kPa，命名为“巨电流变液”。2004年，温维佳教授再次将电流变液的剪切强度提高到250kPa，大大拓展了电流变液的应用。

当前普遍应用的电流变液多是组分复杂的悬浊液，但是它们的组分大致是由以下3个部分构成：分散相、连续相和添加剂。但是，电流变液的研究普遍集中于分散相即介电颗粒材料的选择，较少关注连续相和添加剂的作用。近年来，一些学者开始关注添加剂对电流变液性能的影响，通过添加表面活性剂来改善电流变颗粒性质，进而提高电流变液的性能。CN107057809A具体涉及一种具有高耐穿性的电流变液，其将有机硅聚醚作为添加剂混入二甲基硅油中，配合二甲基硅油的链长，大大提高了电流变液的屈服应力，克服了传统电流变液的击穿电场低的缺陷。但是，现有技术中电流变液的抗沉降性能欠佳，且存在气泡，ER性能欠佳。因此，电流变液的应用被局限。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种连续相溶液，以尽可能的避免制得的巨电流变液中气泡的存在，同时使制得的巨电流变液具有较低的沉降速率和改善的分散性质，提高整体性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种连续相溶液，用于与分散相配合制成胶态悬浮状的巨电流变液，其特征在于：所述连续相溶液包括具有疏水性基团的硅油、具有亲水性基团的润滑油及具有疏水性基团的矿物油。

进一步的，所述润滑油和所述硅油的重量配比为2.5～20：100或5～10：100；所述矿物油和所述硅油的重量配比为15～30：100或20～25：100。

进一步的，所述硅油为二甲基硅油。

进一步的，所述二甲基硅油的分子链长n为10～1500或20～100或25。

进一步的，所述润滑油至少包括双酯。

进一步的，所述双酯占所述润滑油的质量百分比为80～100％或90～100％。

进一步的，所述双酯的碳链长为10～40或20～30。

进一步的，所述润滑油还包括单酯。

进一步的，所述单酯占所述润滑油的质量百分比为0～20wt％或0～10wt％。

进一步的，所述矿物油至少包括正烷烃。

进一步的，所述正烷烃占所述矿物油的质量百分比为60～80wt％或70～80wt％。

进一步的，所述正烷烃的碳链长为10-40或22～28。

进一步的，所述矿物油还包括异烷烃。

进一步的，所述异烷烃占所述矿物油的质量百分比为20～40wt％或20～30wt％。

进一步的，所述连续相溶液中还包含抗氧化剂，所述抗氧化剂占所述硅油的质量百分比为0～1wt％或0.1～0.5wt％。

此外，本发明同时提供了一种巨电流变液，所述巨电流变液包括：如上所述的连续相溶液；分散相；和极性分子添加剂。

一种巨电流变液，所述分散相与所述连续相溶液的体积比为0.5～0.7：1或0.6：1。

进一步的，所述极性分子添加剂为表面活性剂。

进一步的，所述极性分子添加剂占所述连续相溶液的质量百分比为5wt％～50wt％。

进一步的，所述巨电流变液的密度为1.6-2.5g/ml。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

采用本发明的技术方案，由于连续相溶液由具有疏水性基团的硅油、具有亲水性基团的润滑油及具有疏水性基团的矿物油制成，润滑油和矿物油的加入，改善了连续相溶液的润湿性，在配合硅油以确保连续相溶液于巨电流变液中发挥较优作用的同时，使巨电流变液中的分散相所具有的纳米颗粒，在外加电场作用下，减缓相邻两个纳米颗粒的接触面接触时的相互牵引力，降低因相互牵引力过大而产生气泡现象的发生。同时，其沉降速度降低，颗粒沉降性和再分散性更稳定。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为实施例3.1巨电流变液中是否含有润滑油和矿物油下、不同电压值对应的屈服强度、电流密度检测结果以及随时间变化下的黏度和沉降比检测结果曲线图；

图2为实施例3.2中润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例的电压变化的屈服强度值检测结果曲线图；

图3为实施例3.2中润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例的电压变化的电流密度值检测结果曲线图；

图4为实施例3.2中润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例的时间变化的黏度值检测结果曲线图；

图5为实施例3.2中润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例的时间变化的沉降比检测结果曲线图；

图6为实施例3.2中润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例的巨电流变液的综合性能雷达图；

图7为实施例3.3中矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例的电压变化的屈服强度值检测结果曲线图；

图8为实施例3.3中矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例的电压变化的电流密度值检测结果曲线图；

图9为实施例3.3中矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例的时间变化的黏度值检测结果曲线图；

图10为实施例3.3中矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例的时间变化的沉降比检测结果曲线图；

图11为实施例3.3中矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例的巨电流变液的综合性能雷达图；

图12为实施例3.4中矿物油和润滑油同比例质量分数下矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例下制得的巨电流变液随电压变化的屈服强度值检测结果曲线图；

图13为实施例3.4中矿物油和润滑油同比例质量分数下矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例下制得的巨电流变液随电压变化的电流密度值检测结果曲线图；

图14为实施例3.4中矿物油和润滑油同比例质量分数下矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例下制得的巨电流变液随时间变化的黏度值检测结果曲线图；

图15为实施例3.4中矿物油和润滑油同比例质量分数下矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例下制得的巨电流变液随时间变化的沉降比检测结果曲线图；

图16为实施例3.4中矿物油和润滑油同比例质量分数下矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例下制得的巨电流变液的综合性能雷达图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明中，连续相良好的ER性能具体表现在：较低介电常数，较好绝缘性能，较低凝固点，较高沸点，较高剪切应力，较低电流密度，较高电阻率，不易被击穿，良好的化学稳定性以及在无电场时有较低的黏度。

倾点是指润滑油在规定的实验条件下，被冷却的样品能够流动的最低温度使反映润滑油低温流动性优劣的参数之一。倾点越低，润滑油的低温流动性越好。

润湿性为液体在固体表面铺展的能力或倾向性。润湿性对电流变效应起着重要的作用，特别是对于纳米颗粒。润湿性取决于分子间的作用力，包括氢键、极性等。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种连续相溶液，用于与分散相配合制成胶态悬浮状的巨电流变液，其主要设计思想在于：该连续相溶液由具有疏水性基团的硅油、具有亲水性基团的润滑油及具有疏水性基团的矿物油制成。由于电流变液由分散相颗粒和连续相基液组成，因此在固液界面上会带上电荷，形成一个个带电粒子，带电粒子由于静电力作用在连续相基液中吸附反离子形成双电层结构。在没有外加电场时，双电层结构均匀的分散在分散相颗粒表面；当在外加电场下，原本均匀分布的反离子层会沿电场方向发生定向偏移，形成类似于离子位移极化后的偶极子结构。分散相颗粒在静电力作用下发生定向排列形成链状结构阻碍连续相基液的正常流动，形成电流变效应。

通常，电流变液由固液两相组成，而两相之间必然不可能完全相容，因而导致电流变液的性能受到制约，主要表现在固液颗粒间较差的润湿性，进而引起造成了电流变液的应用局限性。该分散相为具有亲水性的尿素包裹的纳米颗粒过渡金属盐。硅油的亲油链段和尿素包裹的纳米颗粒过渡金属盐的亲水链段的不相容性会导致微相分离发生。通过加入亲水性的润滑油的方法，改善了连续相的润湿性，在配合硅油以确保连续相于巨电流变液中发挥较优作用的同时，使巨电流变液中的分散相所具有的纳米颗粒，在外加电场作用下，减缓相邻两个纳米颗粒的接触面接触时的相互牵引力，降低因相互牵引力过大而产生气泡现象的发生。

同时，通过加入疏水性的矿物油的方法，改善了连续相的润湿性和黏度，在配合硅油以确保连续相于巨电流变液中发挥较优作用的同时，使巨电流变液中的分散相所具有的纳米颗粒，在外加电场作用下，降低了巨电流变液的黏度，使分散相的沉降速率降低，延长了沉淀时间，防止过快的沉淀或分层，颗粒沉降性和再分散性更稳定，大大改善了电流变液的ER性能。

基于如上设计思想，本实施例的其中一种具体限定方案中，润滑油和硅油的重量配比设定为2.5～20：100或5～10：100；所述矿物油和所述硅油的重量配比为15～30：100或20～25：100。

在只添加硅油的电流变液中，硅油中的疏水基团受具有亲水性的尿素包裹的纳米颗粒过渡金属盐分子的排挤，使电流变液出现分层、不相容等现象。拥有亲水基团的润滑油的加入使其中极性基团分布在过渡金属盐分子表面，而非极性基团聚集成疏水区，藏在分子内部，使电流变液的分层和不相容等问题得到了解决。其中，双酯是润滑油的重要组成部分；每个双酯分子都有四个具有高键能的氢键。与之相比，硅油分子间的作用力要小的很多，因而，在电流变液中，硅油所占重量配比为润滑油的几倍。而过多的润滑油会形成多余的自由基，从而，导致粘度的增加。

在只添加硅油的电流变液中，硅油中的疏水基团很少，极性分子越不容易被包埋，使电流变液出现起弧和结块等现象，因而巨电流变液的颗粒沉降稳定性低，材料反应重复实现性不强。拥有疏水基团的矿物油的加入使极性基团被包埋，沉降和再分散性质被改善，使电流变液的起弧和结块等问题得到了解决。其中，正烷烃是矿物油的重要组成部分，较异烷烃，有更好的润湿性。因而，在电流变液中，硅油所占重量配比为矿物油的几倍。而过多的矿物油会形成多余的自由基，从而，导致巨电流变液粘度过高，电流变效应降低。

本实施例中涉及的硅油，可以为甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、羟基硅油、甲基含氢硅油、甲基苯基硅油、甲基氯苯基硅油、甲基乙氧基硅油、甲基三氟丙基硅油、甲基乙烯基硅油、甲基羟基硅油、乙基含氢硅油、羟基含氢硅油或含氰硅油中的一种或多种。

为了更进一步提高整个分散相的性能，在本发明的其中一个具体实施例中，硅油采用二甲基硅油，以便能够和润滑油相结合，提高整个分散相的综合性能。

为了更进一步提高整个分散相的性能，在本发明的另一个实施例中，二甲基硅油的分子链长n为10～1500，其中，分子链越长，所述硅油黏度越高。因此，为了得到较低黏度的连续相，并保证与如下描述的润滑油配合下的综合效果，二甲基硅油的分子链长n为20-100，更优选地，分子链长n为25。

本发明中，润滑油的使用及选择尤为关键。本发明中，润滑油采用具有亲水性基团的润滑油。由于硅油中含有疏水性基团的烷基，润滑油中含有亲水性基团的酯基，亲水性基团越多，极性越大，亲油性基团越多，极性基团越容易被包埋，极性越小。因此，分子中的官能团的极性越大，或极性官能团数量越多，整个分子极性越大。由此，可以看出，含有亲水性基团的润滑油的选取，可以较好的提高整个连续相的极性。

为了更为有效的提高整个连续相的综合性能，在本发明的一个实施例中，润滑油至少包括双酯，也即润滑油可以全部采用双酯。优选的，双酯占润滑油的质量百分比为80～100％，更优选的，双酯占润滑油的质量百分比为90～100％。该双酯可以采用有机羧酸和有机醇，在常规条件下发生酯化反应，形成酯类。基于此，为了提高双酯的性能效果，在本发明的一个示例性描述中，该双酯由二元酸和一元醇酯化反应制成，或是一元酸和二元醇酯化反应制成。如本发明使用的一元酸可以为正辛酸、正壬酸、正己酸等；二元酸可以为己二酸、辛二酸、壬二酸等；一元醇可以为正己醇、正癸醇、异辛醇等；二元醇可以为己二醇、辛二醇、壬二醇等。如本发明的双酯可以为己二酸二异丙酯、己二酸二异丁酯、己二酸二异壬酯、己二酸二异癸酯、壬二酸二异癸酯、壬二酸二异壬酯、壬二酸二异辛酯、癸二酸二异辛酯中的至少一种。在本发明的一个示例性的描述中，本发明的双酯采用壬二酸二异癸酯、壬二酸二异辛酯、癸二酸二异辛酯的混合物。

为了进一步提高整个连续相的性能，如上双酯的选择上，优选的，选择碳链长为10～40的双酯，更优的，选择碳链长为20～30的双酯，如选择碳链长为25的双酯。

由于双酯中含有柔性较好的碳氧键，因此具有良好的极性结构和低温流动性能。因此，双酯的采用，使润滑油具有较好的极性和润湿性。此外，由于双酯的酯基较多，其与硅油配合，形成的连续相溶液的极性强，润滑性较好，黏度较高，导致了分散相中的相邻两个纳米颗粒因电场作用下的相互之间的表面张力大大降低，避免了气泡现象的发生。

然而，双酯虽然倾点低，低温流动性较佳，但是其黏度较高，黏度指数较低。黏度指数是润滑油黏度随温度变化的程度；黏度指数越高，受温度影响的程度越小。因此，为了进一步降低巨电流变液受温度影响的程度，可加入黏度小于双酯的单酯，以解决因双酯浓度过高而引起的黏度高的问题，从而降低巨电流变液受温度影响的程度。

在单酯的加入量上，要确保极性的前提下，适当降低润滑油的黏度，以确保和双酯以及硅油配合形成的连续相的综合性能，本发明的一个示例性描述中，单酯占所述润滑油的质量百分比为0～20wt％，即单酯占润滑油的质量百分比大于0，小于20％，更优的，单酯占润滑油的质量百分比大于0，小于10wt％，如3wt％或5wt％。

本发明中，矿物油的使用及选择亦尤为关键。本发明中，矿物油采用具有疏水性基团的矿物油。由于硅油含有的甲基键和正烷烃所含的烷基均为疏水性基团，烷基越多，极性基团越容易被包埋，疏水性越强。因此，分子中的疏水性的官能团的疏水性越强，或疏水性官能团数量越多，整个分子疏水性能越强。由此，可以看出，含有疏水性基团的矿物油的选取，可以较好的提高整个连续相的疏水性。

为了更为有效的提高整个巨电流变液用连续相溶液的综合性能，在本发明的一个实施例中，矿物油至少包括正烷烃，正烷烃占矿物油的60～80wt％。为了提高正烷烃的性能效果，在本发明的一个示例性描述中，该双酯正烷烃可以为癸烷、正十四烷、正二十烷、正二十四烷或正四十烷中的至少一种。在本发明的一个示例性的描述中，本发明的正烷烃采用癸烷、正二十烷和正四十烷的混合物。

为了进一步提高整个巨电流变液用连续相溶液的性能，如上正烷烃的选择上，优选的，选择碳链长为10～40的正烷烃。更优选的，选择碳链长为22～28的正烷烃。正烷烃的碳链越长，黏度越高。其中，碳链长为10-17，正烷烃为无色液体；碳链长为18-40，正烷烃为无色固体。

由于正烷烃具有较低的黏度，因此，正烷烃的采用，使矿物油具有较好的润湿性和较低的黏度。此外，其与硅油配合形成的巨电流变液用连续相溶液，黏度较低，致使分散相的沉降速率降低，延长了沉淀时间，防止过快的沉淀或分层，颗粒沉降性和再分散性更稳定。

然而，正烷烃虽然具有较低的黏度，但是其低温流动性较差。因此，为了进一步增强巨电流变液的低温流动性，可加入性能较佳的异烷烃。其中，异烷烃的碳链上分支越多，排列越紧凑，疏水性越强，黏度越高。

在异烷烃的加入量上，要确保黏度的前提下，适当增强矿物油的低温流动性，以确保和正烷烃以及硅油配合形成的巨电流变液用连续相溶液的综合性能，本发明的一个示例性描述中，异烷烃占所述矿物油的质量百分比为20～40wt％，即异烷烃占润滑油的质量百分比大于20，小于40％。优选的，异烷烃占所述矿物油的质量百分比为或20～30wt％。

在本发明的一个示例性实施中，连续相溶液中还包括少量抗氧化剂，抗氧化剂占硅油的质量百分比为0～1wt％。优选的，抗氧化剂占硅油的质量百分比为0.1～0.5wt％。例如0.1wt％、0.3wt％、0.5wt％。抗氧剂的少量存在可延缓或抑制聚合物氧化过程的进行，从而阻止聚合物的老化并延长起使用寿命，还能防止润滑油和矿物油的酸值或粘度的上升。

实施例二

本实施例涉及一种巨电流变液，是基于实施例一的连续相下的具体应用，该巨电流变液具有分散相，实施例一中的连续相，以及极性分子添加剂。各相的匹配原则，只需形成胶态悬浮状的巨电流变液即可。

为了使形成的巨电流变液具有更优的性能，本实施例中，分散相与连续相溶液的体积比为0.5～0.7：1或0.6：1，如体积比设置为0.7：1或0.85：1。

其中，分散相采用尿素包裹的纳米颗粒过渡金属盐(其中，纳米颗粒的尺寸为30-3000nm)，为了使巨电流变液具有更优的性能，该过渡金属盐采用草酸盐形式下的金属盐，其包括但不局限于氯化钡，氯化锂，氯化铯，氯化铷和氯化钛中的一种或多种。

为了将过渡金属盐包裹，以在过渡金属盐的外表面形成包裹层(其中，包裹层的厚度为

)，包裹层可以包括促进剂，其中所述的促进剂包括但不局限于尿素，硫脲，乙酰胺，丁胺和丙烯酰胺中的一种或多种。基于本发明实施例下的连续相，为了更好的提高制成的巨电流变液的性能，在本发明的一个示例性描述中，尿素包裹层占形成的分散相总量的0.1至1.0wt％，如尿素包裹层占形成的分散相总量的0.7wt％。

此外，极性分子添加剂的加入，可以进一步的提高巨电流变液的综合性能，在本实施例中，极性分子添加剂为表面活性剂。该表面活性剂，可包括阴离子表面活性剂，阳离子表面活性剂，非离子表面活性剂及其组合，只要其可保障非极性分子在极性液体中的稳定性即可，同时，可作为润湿剂和分散剂使极性和非极性分子相容。

其中，所述的阴离子表现活性剂包括但不局限于羧酸盐(如硬脂酸钠，N-甲基酰胺羧酸盐)，磺酸盐(如烷基苯磺酸盐，烷基萘磺酸盐，α-烯烃磺酸盐，烷基磺酸盐)，磷酸酯盐和硫酸盐(如烷基硫酸盐，脂肪醇硫酸盐，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐)中的一种或多种；所述的阳离子表现活性剂包括但不局限于脂肪铵盐，乙醇胺盐，聚乙烯多胺盐，苄基季铵盐，长链烷基季铵盐中的一种或多种；所述的非离子表现活性剂包括但不局限于聚氧乙烯醚和多元醇；其中，聚氧乙烯醚包括但不局限于脂肪醇聚氧乙烯醚，烷基酚聚氧乙烯醚，脂肪酸聚氧乙烯醚，烷醇酰胺聚氧乙烯醚，聚氧乙烯烷基胺中的一种或多种；其中，多元醇包括但不局限于失水山梨醇脂肪酸酯(Span系列),聚氧乙烯山梨醇酯类化合物(Tween系列)，脂肪酸甘油酯，季戊四醇酯，蔗糖脂肪酸酯的一种或多种。

为了发挥连续相和分散相之间的促进关系，在本发明的一个示例性描述中，极性分子添加剂占所述连续相的质量百分比为5wt％～50wt％，如极性分子添加剂占所述连续相的质量百分比为15wt％或32wt％。

基于如上实施例一和实施例二的具体组分构成原则的描述，本实施例，详细的描述了实施例二涉及的巨电流变液的制备方法。

本实施例涉及巨电流变液，其按照如下方法制备：

(1)尿素包裹的纳米颗粒状过渡金属盐的制备：

a、用50份蒸馏水溶解1份氯化铷；用5份蒸馏水溶解1份氯化钡、用20份蒸馏水溶解1份草酸2-水合物；用8份蒸馏水溶解1份氯化钛，分别得到得到氯化铷溶液、氯化钡溶液、草酸2-水合物溶液和氯化钛溶液；

b、用10份蒸馏水溶解1份尿素得到尿素溶液；

c、将步骤a中的到的氯化铷溶液，氯化钡溶液，草酸2-水合物溶液和氯化钛溶液混合，并超声处理60分钟，得到混合液；

d、将步骤b得到的尿素溶液加入步骤c的得到的混合液中，反应2小时后，形成白色胶体；

e、将步骤d得到的白色胶体进行水洗，并过滤得到沉淀物；

f、将步骤e得到的沉淀物进行干燥，以去除所述沉淀物中的残留水，得到白色粉末状的纳米颗粒状过渡金属盐复合物；所述沉淀物的干燥温度为80℃-150℃，干燥时间为10小时；

(2)连续相的制备：将20g二甲基硅油，1g壬二酸二异癸酯、4g正二十七烷和1g 2，8-二甲基-二十三烷混合搅拌均匀，得到连续相。

(3)连续相与极性分子添加剂的混合：将30g连续相与1g极性分子添加剂(十二烷基苯磺酸钠)合并加热至120℃，混合搅拌均匀，得到混合物。

(4)巨电流变液的制备：将尿素包裹的纳米颗粒状过渡金属盐搅拌后加入步骤(3)得到的混合物中，再搅拌混合均匀，得到巨电流变液。

实施例三

基于本发明的设计思想，如下，通过对润滑油及矿物油加入下的巨电流变液性能、润滑油定量条件下矿物油和硅油于不同比例的巨电流变液性能、矿物油定量条件下润滑油和硅油于不同比例的巨电流变液性能、矿物油和润滑油同比例质量分数下矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例的巨电流变液的性能进行研究。

实施例3.1

本实施例涉及对巨电流变液中是否含有润滑油及矿物油的两种情形，对巨电流变液在不同电压下的屈服强度进行检测，其检测结果曲线如图1所示。

由图1可以看出，在实验中，可以发现，未加入润滑油及矿物油的巨电流变液中的气泡现象常常伴随着击穿现象，而加入润滑油及矿物油后的巨电流变液不容易被电流击穿。相比较，未加润滑油及矿物油的巨电流变液在加压至3千伏时，就有击穿现象；而加了润滑油及矿物油的巨电流变液只有在加压至5千伏时，仍未击穿现象。同时，未加入润滑油及矿物油的巨电流变液中沉降性和再分散性欠佳，而加入润滑油及矿物油后的巨电流变液，其沉降性和再分散性得到大幅度改善。相比较，巨电流变液稳定12周后，未加润滑油及矿物油的巨电流变液的沉降比为60％；而加了润滑油及矿物油的巨电流变液的沉降比达88％。

因此，润滑油的加入，尤其是具有亲水性基团的润滑油加入，由于亲水性基团的存在，使连续相的极性得到提升，改善了连续相的润湿性和极性。在配合硅油，得到极性强、低温流动性小及黏度系数高的连续相。该连续相在和分散相配合形成巨电流变液时，提高了巨电流变液的极性，大大改善了电流变液的ER性能，使巨电流变液中的分散相所具有的纳米颗粒，在外加电场作用下，能够减缓相邻两个纳米颗粒的接触面接触时的相互牵引力，降低因相互牵引力过大而产生气泡现象的发生。矿物油的加入，尤其是具有疏水性基团的矿物油的加入，使巨电流变液用连续相溶液的疏水性得到提升，改善了巨电流变液用连续相溶液的润湿性和黏度，再配合硅油，得到疏水性强且黏度较低的巨电流变液用连续相溶液。该巨电流变液用连续相溶液在和分散相配合形成巨电流变液时，降低了巨电流变液的黏度，使分散相的沉降速率降低，延长了沉淀时间，防止过快的沉淀或分层，颗粒沉降性和再分散性更稳定，大大改善了电流变液的ER性能。

实施例3.2

本实施例涉及润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例制得的巨电流变液，随电压变化下的屈服强度、电流密度分别获取的检测结果；同时，对润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例下制得的巨电流变液随时间变化的黏度、沉降比进行检测；并基于如上整体的检测结果，对润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例下制得的巨电流变液的综合性能进行比对。

其中，取润滑油占硅油的质量分数为5-10％，选取矿物油和硅油的三组不同比例，分别为：矿物油/硅油＝15-20％，矿物油/硅油＝20-25％，矿物油/硅油＝25-30％。

图2示出了润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例的随电压变化的屈服强度值；图3示出了润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例的随电压变化的电流密度值；图4示出了润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例的随时间变化的黏度值；图5示出了润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例的随时间变化的沉降比；图6示出了润滑油定量条件下，矿物油和硅油于不同比例的巨电流变液的综合性能雷达图。

由图2至图5以及结合图6可以看出，在1-5kVDC/mm条件下，电流变液的屈服强度达到75kPa-90kPa，保持了较高的巨电流变液屈服强度。在相同的电压作用下，随着矿物油占硅油的比重增大，其电流变液的屈服强度减小。当矿物油占硅油的比重相同时，其电流变液的屈服强度随电压作用的增强而增大。其中，当矿物油占硅油的比重为25-30％且电压作用逐步增至4kVDC/mm时，巨电流变液的屈服强度的增速大幅提高。

在1-5kVDC/mm条件下，电流变液的电流密度达到450-580μA/cm²，电流密度基本保持不变。在相同的电压作用下，随着矿物油占硅油的比重增大，其电流变液的电流密度减小。当矿物油占硅油的比重相同时，其电流变液的电流密度随电压作用的增强而增大。其中，当电压作用增至2kVDC/mm时，巨电流变液的电流密度的增速提高尤为明显。

随着时间推移，巨电流变液的黏度逐步趋于稳定，达到2-4Pa·s。矿物油占硅油的比重越高，巨电流变液的黏度越大。同时，巨电流变液稳定12周后，沉降比达82％以上，矿物油占硅油的比重越高，巨电流变液的沉降比越大。其中，当矿物油占硅油的比重为25-30％时，电流变液的沉降比高达93％。

综上所述，在保持定量的润滑油情况下，当矿物油占硅油的比重为15-20％时，剪切应力，粘度和气泡情况最佳，但在电流密度和分散性这两个性能中表现最劣。当矿物油占硅油的比重为25-30％时，电流密度和分散性最佳，但在剪切应力，粘度和气泡情况这三个性能中表现最劣。综上，在保持定量的润滑油情况下，当矿物油占硅油的20-25％时，覆盖面积最广，综合性能最佳，应用该范围也更广。

实施例3.3

本实施例涉及矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例制得的巨电流变液，随电压变化下的屈服强度、电流密度分别获取的检测结果；同时，对矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例下制得的巨电流变液随时间变化的黏度、沉降比进行检测；并基于如上整体的检测结果，对矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例下制得的巨电流变液的综合性能进行比对。

其中，取矿物油占硅油的质量分数为20-25％，选取润滑油和硅油的三组不同比例，分别为：润滑油/硅油＝2.5-5.0％，润滑油/硅油＝5.0-10％，润滑油/硅油＝10-20％。

图7示出了矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例的随电压变化的屈服强度值；图8示出了矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例的随电压变化的电流密度值；图9示出了矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例的随时间变化的黏度值；图10示出了矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例的随时间变化的沉降比；图11示出了矿物油定量条件下，润滑油和硅油于不同比例的巨电流变液的综合性能雷达图。

由图7至图10以及结合图11可以看出，在1-5kVDC/mm条件下，电流变液的屈服强度达到72kPa-92kPa，保持了较高的巨电流变液屈服强度。在相同的电压作用下，随着润滑油占硅油的比重增大，其电流变液的屈服强度增大。当润滑油占硅油的比重相同时，其电流变液的屈服强度随电压作用的增强而增大。其中，当矿物油占硅油的比重为2.5-5.0％且电压作用逐步增至4kVDC/mm时，巨电流变液的屈服强度的增速大幅提高。

在1-5kVDC/mm条件下，电流变液的电流密度达到480-560μA/cm²，电流密度基本保持不变。在相同的电压作用下，随着润滑油占硅油的比重增大，其电流变液的电流密度增大。当润滑油占硅油的比重相同时，其电流变液的电流密度随电压作用的增强而增大。其中，当电压作用每增加1kVDC/mm时，巨电流变液的电流密度的增速均会大幅提高，当电压作用增至4kVDC/mm时，巨电流变液的电流密度的增速提高尤为明显。

随着时间推移，巨电流变液的黏度逐步趋于稳定，达到2.2-3.2Pa·s。润滑油占硅油的比重越高，巨电流变液的黏度越大。同时，巨电流变液稳定12周后，沉降比达85％以上，润滑油占硅油的比重越高，巨电流变液的沉降比越大。其中，当润滑油占硅油的比重为10-20％时，电流变液的沉降比高达88％。

综上所述，在保持定量的矿物油情况下，当润滑油占硅油的比重为2.5-5.0％时，电流密度和粘度最佳，但在剪切应力、气泡情况和分散性这三个性能中表现最劣。当润滑油占硅油的比重为10-20％时，剪切应力、气泡情况和分散性最佳，但在电流密度和粘度这两个性能中表现最劣。综上在保持定量的矿物油情况下，当润滑油占硅油的5.0-10％时，覆盖面积最广，综合性能最佳，应用范围也更广。

实施例3.4

本实施例涉及矿物油和润滑油同比例质量分数下，矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例制得的巨电流变液，随电压变化下的屈服强度、电流密度分别获取的检测结果；同时，对矿物油和润滑油同比例质量分数下，矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例制得的巨电流变液随时间变化的黏度、沉降比进行检测；并基于如上整体的检测结果，对矿物油和润滑油同比例质量分数下，矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例制得的巨电流变液的综合性能进行比对。

其中，选取润滑油和矿物油与硅油的三组不同比例，分别为：矿物油+润滑油/硅油＝15-25％，矿物油+润滑油/硅油＝25-35％，矿物油+润滑油/硅油＝35-45％。

图12示出了矿物油和润滑油同比例质量分数下矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例下制得的巨电流变液随电压变化的屈服强度值；图13示出了矿物油和润滑油同比例质量分数下矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例下制得的巨电流变液随电压变化的电流密度值；图14示出了矿物油和润滑油同比例质量分数下矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例下制得的巨电流变液随时间变化的黏度值；图15示出了矿物油和润滑油同比例质量分数下矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例下制得的巨电流变液随时间变化的沉降比；图16示出了矿物油和润滑油同比例质量分数下矿物油和润滑油于硅油中所占不同比例下制得的巨电流变液的综合性能雷达图。

由图12至图15以及结合图16可以看出，在1-5kVDC/mm条件下，电流变液的屈服强度达到72kPa-96kPa，保持了较高的巨电流变液屈服强度。在相同的电压作用下，随着润滑油和矿物油占硅油的比重增大，其电流变液的屈服强度减小。当润滑油和矿物油占硅油的比重恒定时，其电流变液的屈服强度随电压作用的增强而增大。其中，当矿物油和矿物油占硅油的比重为35-45％且电压作用逐步增至4kVDC/mm时，巨电流变液的屈服强度的增速大幅提高。

在1-5kVDC/mm条件下，电流变液的电流密度达到450-580μA/cm²，电流密度基本保持不变。在相同的电压作用下，随着润滑油和矿物油占硅油的比重增大，其电流变液的电流密度减小。当润滑油和矿物油占硅油的比重恒定时，其电流变液的电流密度随电压作用的增强而增大。其中，当电压作用每增加1kVDC/mm时，巨电流变液的电流密度的增速均会大幅提高，当电压作用增至4kVDC/mm时，巨电流变液的电流密度的增速提高尤为明显。

随着时间推移，巨电流变液的黏度逐步趋于稳定，达到2-3Pa·s。润滑油和矿物油占硅油的比重越高，巨电流变液的黏度越大。同时，巨电流变液稳定12周后，沉降比达80％以上，润滑油和矿物油占硅油的比重越高，巨电流变液的沉降比越大。其中，当润滑油和矿物油占硅油的比重为35-45％时，电流变液的沉降比高达87％。

综上所述，同比例添加矿物油和润滑油情况下，当矿物油占硅油的比重为15-20％且润滑油占硅油的比重为2.5-5.0％时，剪切应力和粘度最佳，但在电流密度、气泡情况和分散性这三个性能中表现最劣。当矿物油占硅油的比重为25-30％且润滑油占硅油的比重为10-20％时，电流密度、气泡情况和分散性最佳，但在剪切应力和粘度这两个性能中表现最劣。综上，当矿物油占硅油的比重为20-25％且润滑油占硅油的比重为5.0-10％时，覆盖面积最广，综合性能最佳，应用范围也更广。

综上所述，当矿物油占硅油的比重为20-25％且润滑油占硅油的比重为5.0-10％时，巨电流变液的综合性能最佳。

本发明的巨电流变液，随着连续相的组成和含量不同，得到的巨电流变液呈现不同的ER性能。通过适宜地对连续相、极性分子添加剂和过渡金属盐进行合理选择，可以任意地根据需要设定成具有不同ER性能、避免气泡产生和具有高抗沉降性的巨电流变液，释放其应用局限性。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (24)

1.一种巨电流变液，其特征在于，所述巨电流变液呈胶态悬浮状，并包括：

连续相溶液、分散相和极性分子添加剂；

所述连续相溶液包括具有疏水性基团的硅油、具有亲水性基团的润滑油及具有疏水性基团的矿物油；

所述硅油为二甲基硅油，所述润滑油包括双酯和单酯，所述矿物油包括正烷烃和异烷烃，所述连续相溶液中还包含抗氧化剂；

所述分散相采用尿素包裹的纳米颗粒过渡金属盐，所述纳米颗粒过渡金属盐的包裹层包括促进剂，所述的促进剂包括尿素，硫脲，乙酰胺，丁胺和丙烯酰胺中的一种或多种；

所述极性分子添加剂为表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述润滑油和所述硅油的重量配比为2.5~20：100；所述矿物油和所述硅油的重量配比为15~30：100。

3.根据权利要求2所述的巨电流变液，其特征在于：所述润滑油和所述硅油的重量配比为5~10：100；所述矿物油和所述硅油的重量配比为20~25：100。

4.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述二甲基硅油的分子链长n为10~1500。

5.根据权利要求4所述的巨电流变液，其特征在于：所述二甲基硅油的分子链长n为20~100。

6.根据权利要求5所述的巨电流变液，其特征在于：所述二甲基硅油的分子链长n为25。

7.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述双酯占所述润滑油的质量百分比为80~100%，且所述双酯占所述润滑油的质量百分比不为100%。

8.根据权利要求7所述的巨电流变液，其特征在于：所述双酯占所述润滑油的质量百分比为90~100%，且所述双酯占所述润滑油的质量百分比不为100%。

9.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述双酯的碳链长为10~40。

10.根据权利要求9所述的巨电流变液，其特征在于：所述双酯的碳链长为20~30。

11.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述单酯占所述润滑油的质量百分比为0~20wt%，且所述单酯占所述润滑油的质量百分比不为0 wt %。

12.根据权利要求11所述的巨电流变液，其特征在于：所述单酯占所述润滑油的质量百分比为0~10wt%，且所述单酯占所述润滑油的质量百分比不为0 wt %。

13.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述正烷烃占所述矿物油的质量百分比为60~80wt%。

14.根据权利要求13所述的巨电流变液，其特征在于：所述正烷烃占所述矿物油的质量百分比为70~80wt%。

15.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述正烷烃的碳链长为10~40。

16.根据权利要求15所述的巨电流变液，其特征在于：所述正烷烃的碳链长为22~28。

17.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述异烷烃占所述矿物油的质量百分比为20~40wt%。

18.根据权利要求17所述的巨电流变液，其特征在于：所述异烷烃占所述矿物油的质量百分比为20~30wt%。

19.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述抗氧化剂占所述硅油的质量百分比为0~1wt%，且所述抗氧化剂占所述硅油的质量百分比不为0 wt %。

20.根据权利要求19所述的巨电流变液，其特征在于：所述抗氧化剂占所述硅油的质量百分比为0.1~0.5wt%。

21.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述分散相与所述连续相溶液的体积比为0.5~0.7：1。

22.根据权利要求21所述的巨电流变液，其特征在于：所述分散相与所述连续相溶液的体积比为0.6：1。

23.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述极性分子添加剂占所述连续相溶液的质量百分比为5wt%~50wt%。

24.根据权利要求1所述的巨电流变液，其特征在于：所述巨电流变液的密度为1.6-2.5g/ml。

Images