CN111073743A - 一种特种电磁流减震器液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种特种电磁流减震器液及其制备方法，其组成成分包括母液、磁性颗粒、悬浮触变剂、分散剂和表面活性剂。本发明的特种电磁流减震器组液的组合物，是一种新型的智能材料，具有响应时间短、流变效果显著、抗杂质干扰强以及温度适应性好等有点，目前在车辆等领域展现出良好的应用前景。

Description

一种特种电磁流减震器液及其制备方法

技术领域

本发明涉及润滑油制备技术领域，尤其涉及一种特种电磁流减震器液及其制备方法。

背景技术

随着现代高新技术的发展，智能材料已经成为材料学科领域中一个重要的学科分支。智能材料是指能够随着周围环境的改变而改变其性能的一种材料，其基本特点是具有感知与驱动双重功能，而且材料自身能感知环境的变化做出相应的响应。目前由于该材料在汽车减震器上应用，因而有人预言，在汽车工业上21世纪将是磁流变液的时代。

特种电磁流减震器液的组合物，是由纳米级磁性颗粒、载液和添加剂组成的稳定的悬浮液体。在外磁场作用下其流变性能快速可逆変化且具有较大的剪切应力，整个转化过程中，其粘度保持连续，无极可控，可实现实时主动控制，耗能极小，这些性质使它在阻尼元件，控制元件，等方面有极为广泛的发展前景。

为了使各种车辆适应各种路面的情况，减震器液必须具有较大的阻尼可调范围，同时具有较高的稳定性，因此用于各种车辆减震器的电磁流减震器液应该满足下列性能要求：(1)零场粘度低，以便使电磁流减震器液，具有更大的阻尼可调范围和较快的响应速度；(2)强磁场下剪切屈服强度高，最好能达到40KPA以上；(3)温度使用范围宽，达到或接近-40—200℃；(4)杂质干扰小，以增加适用范围；(5)具有一定的悬浮稳定性，同时具有优异的在分散性，在沉降后稍加搅拌就可迅速分散，恢复原来性能；(6)能耗低，在较小的磁场下可产生较大的剪切屈服应力。

发明内容

本发明旨在为现有技术提供一定的指导，而提供一种特种电磁流减震器液及其制备方法。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

一种特种电磁流减震器液，其组成成分包括母液、磁性颗粒、悬浮触变剂、分散剂和表面活性剂；

所述母液的组成成分及其质量百分比分别为：基础油80.25-98.82％；油性剂0.08-4％；抗磨剂0.5-9.5％；金属减活剂0.02-0.8％；抗氧剂0.05-1.5％；降凝剂0.5-3.5％；闪点提高剂0.03-0.45％；

所述磁性颗粒占母液的质量百分比为20-60％，所述悬浮触变剂占母液的质量百分比为0.5-5％，所述分散剂占母液的质量百分比为1-5％，所述表面活性剂占母液的质量百分比为0.5-5％。

所述基础油为硅油，所述磁性颗粒为纳米羰基铁粉，所述悬浮触变剂为纳米二氧化硅。

所述闪点提高剂为吩噻嗪和对叔丁基邻苯二酚的混合物，其中吩噻嗪和对叔丁基邻苯二酚的质量比为24:5。

所述抗磨剂为纳米硼酸陶瓷多效抗磨剂。

所述油性剂为硫化烯烃棉籽油。

所述金属减活剂为液体苯三唑衍生物。

所述抗氧剂为液体高分子量酚。

所述分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺。

所述表面活性剂为Span-80。

一种制备特种电磁流减震器液的方法，包括以下步骤：

(1)将一定配比的基础油、油性剂、抗磨剂、金属减活剂、抗氧剂、降凝剂和闪点提高剂混合，并在60℃下搅拌60-70min进行混合，得到母液；

(2)选取一定量的粒径为2.3gm、纯度为98.5％的磁性颗粒，一定量的悬浮触变剂，一定量的分散剂和一定量的表面活性剂与步骤(1)得到的母液混合，在40℃搅拌60min即可。

本发明的有益效果是：本发明的特种电磁流减震器组液的组合物，是一种新型的智能材料，具有响应时间短、流变效果显著、抗杂质干扰强以及温度适应性好等优点，目前在车辆等领域展现出良好的应用前景。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明：

具体实施例1：

配制1吨的特种电磁流减震器液，其组成成分包括母液、磁性颗粒、悬浮触变剂、分散剂和表面活性剂；

所述母液的组成成分及其质量百分比分别为：基础油872kg；油性剂30kg；抗磨剂45kg；金属减活剂6kg；抗氧剂12kg；降凝剂25kg；闪点提高剂10kg；

所述磁性颗粒质量为400kg，所述悬浮触变剂质量为50kg，所述分散剂质量为30kg，所述表面活性剂质量为30kg。

所述基础油为硅油，所述磁性颗粒为纳米羰基铁粉，所述悬浮触变剂为纳米二氧化硅。

所述闪点提高剂为吩噻嗪和对叔丁基邻苯二酚的混合物，其中吩噻嗪和对叔丁基邻苯二酚的质量比为24:5。

所述抗磨剂为纳米硼酸陶瓷多效抗磨剂。

所述油性剂为硫化烯烃棉籽油。

所述金属减活剂为液体苯三唑衍生物。

所述抗氧剂为液体高分子量酚。

所述分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺。

所述表面活性剂为Span-80。

一种制备特种电磁流减震器液的方法，包括以下步骤：

(1)将上述配比的基础油、油性剂、抗磨剂、金属减活剂、抗氧剂、降凝剂和闪点提高剂混合，并在60℃下搅拌65min进行混合，得到母液；

(2)选取上述质量的粒径为2.3gm、纯度为98.5％的磁性颗粒，上述质量的悬浮触变剂，上述质量的分散剂和上述质量的表面活性剂与步骤(1)得到的母液混合，在40℃搅拌60min即可。

具体实施例2：

配制1吨的特种电磁流减震器液，其组成成分包括母液、磁性颗粒、悬浮触变剂、分散剂和表面活性剂；

所述母液的组成成分及其质量百分比分别为：基础油988.2kg；油性剂0.8kg；抗磨剂5kg；金属减活剂0.2kg；抗氧剂0.5kg；降凝剂5kg；闪点提高剂0.3kg；

所述磁性颗粒的质量为200kg，所述悬浮触变剂的质量为5kg，所述分散剂的质量为10kg，所述表面活性剂的质量为5kg。

所述基础油为硅油，所述磁性颗粒为纳米羰基铁粉，所述悬浮触变剂为纳米二氧化硅。

所述闪点提高剂为吩噻嗪和对叔丁基邻苯二酚的混合物，其中吩噻嗪和对叔丁基邻苯二酚的质量比为24:5。

所述抗磨剂为纳米硼酸陶瓷多效抗磨剂。

所述油性剂为硫化烯烃棉籽油。

所述金属减活剂为液体苯三唑衍生物。

所述抗氧剂为液体高分子量酚。

所述分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺。

所述表面活性剂为Span-80。

一种制备特种电磁流减震器液的方法，包括以下步骤：

(1)将上述配比的基础油、油性剂、抗磨剂、金属减活剂、抗氧剂、降凝剂和闪点提高剂混合，并在60℃下搅拌60min进行混合，得到母液；

(2)选取上述质量的粒径为2.3gm、纯度为98.5％的磁性颗粒，上述质量的悬浮触变剂，上述质量的分散剂和上述质量的表面活性剂与步骤(1)得到的母液混合，

具体实施例3：

配制1吨的特种电磁流减震器液，其组成成分包括母液、磁性颗粒、悬浮触变剂、分散剂和表面活性剂；

所述母液的组成成分及其质量百分比分别为：基础油802.5kg；油性剂40kg；抗磨剂0.5-9.5％；金属减活剂8kg；抗氧剂15kg；降凝剂35kg；闪点提高剂4.5kg；

所述磁性颗粒的质量为600kg，所述悬浮触变剂的质量为50kg，所述分散剂的质量为50kg，所述表面活性剂的质量为50kg。

所述基础油为硅油，所述磁性颗粒为纳米羰基铁粉，所述悬浮触变剂为纳米二氧化硅。

所述闪点提高剂为吩噻嗪和对叔丁基邻苯二酚的混合物，其中吩噻嗪和对叔丁基邻苯二酚的质量比为24:5。

所述抗磨剂为纳米硼酸陶瓷多效抗磨剂。

所述油性剂为硫化烯烃棉籽油。

所述金属减活剂为液体苯三唑衍生物。

所述抗氧剂为液体高分子量酚。

所述分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺。

所述表面活性剂为Span-80。

一种制备特种电磁流减震器液的方法，包括以下步骤：

(1)将上述配比的基础油、油性剂、抗磨剂、金属减活剂、抗氧剂、降凝剂和闪点提高剂混合，并在60℃下搅拌70min进行混合，得到母液；

(2)选取上述质量的粒径为2.3gm、纯度为98.5％的磁性颗粒，上述质量的悬浮触变剂，上述质量的分散剂和上述质量的表面活性剂与步骤(1)得到的母液混合，在40℃搅拌60min即可。

本发明的羰基铁粉具有较高磁化饱和强度，为2.15特斯拉，而且其物性较软，具有可压缩性，而且羰基铁粉具有较小的磁矫顽力、较高的磁导率、化学性质单一、易磁化、退磁、退磁后剩磁较少等特点，因此被广泛用作磁流变液悬浮粒子。特种电磁流减震器液组合物组份羰基铁粉的流变机理，按照磁畴理论可以解释磁流变效应，在磁流变液中，每一个小颗粒都可当做一个小的磁体。相邻原子间存在着强交换耦合作用，它促使相邻原子的磁矩平衡排列，形成自发磁化饱和区域即磁畴，无外磁场作用时，每个磁畴中各个原子的磁矩排列取向一致，而不同磁畴、磁矩取向不同。磁畴的这种排列方式使每一颗粒处于能量最小的稳定状态。因此所有颗粒平均磁矩为零，颗粒不显磁性。当磁颗粒在外磁场作用下，磁矩与外磁场同方向排列时，磁能低于磁矩，磁矩与外磁场反方向排列时，其结果是磁畴同自发磁化磁矩成较大角度，磁畴体积逐渐缩小，这时颗粒平均磁矩不等于零，颗粒对外显示磁性，按序排列相接成链。当外磁场强度较弱时，链数量减少长度短、直径也比较细，剪短它们所需外力也比较小。随外磁场不断增强，取向与外场成较大角度的磁畴消失，留存的磁畴开始向外磁场方向旋转，链的数量开始增加，长度加长，直径变粗，特种电磁流减震器液对外所表现的剪切应力增强，直至磁化达到饱和，特种电磁流减震器液对外表现的剪切应力达到最高。

为了提高特种电磁流减震器液的稳定性，通常还需要加入稳定剂、表面活性剂。剪切屈服强度是磁流变液的一个重要性能参数，其影响因素主要有：软磁性颗粒的饱和磁化程度、软磁性颗粒的体积分数、软磁性颗粒的尺寸和形状分布、外磁场强度特种电磁流减震器液组合物的摩擦性能，磁流减震器液中悬浮相通常是铁粉，对于常用的铁磁性颗粒，属于强黏附材料，因而在磁流减震器液设备，在使用过程中来回蠕动时，容易造成磁性颗粒之间的自磨损和对器件的冲刷磨损，这种磨损会降低磁流变效应和减少器件的使用寿命，特种电磁流减震器液对滑动表面的润滑能力，决定了该表面的磨损状态，在特种电磁流减震器液没加入多组分纳米陶瓷多效抗磨剂时，特种电磁流减震器液的摩擦系数0.074，当我们加入了抗水解的多组分纳米陶瓷多效抗磨剂后，特种电磁流减震器液的摩擦系数明显下降，表现出了良好的减摩性能，平均摩擦系数降低了47.30％。

本发明选用的纳米二氧化硅作为悬浮触变剂，这种粒子具有很大的表面积，每个粒子具有多孔输送结构可以吸附大量的潮气，磁性颗粒可由这些结构支撑均匀的分布在母液中，纳米二氧化硅作为特种电磁流减震器液的沉降稳定剂，可以有效地减缓沉降，一方面吸附在磁性颗粒的表面，降低磁性颗粒的相对密度，另一方面分子间相互作用形成胶束。特种电磁流减震器液组合物的沉降稳定性，取决于悬浮载体的流变特性，磁性颗粒的表面特性和添加剂的表面活性剂，在减震器中沉降还进一步受到残留磁场，器件取向及器件几何形状等方面的影响，由此特种电磁流减震器液组合物的沉降分为两个阶段，第一个阶段，初始沉降期，沉降速率较快，第二个阶段沉降平缓期，沉降速率逐渐减慢，沉降量达到了一定的稳定值。

对特种电磁流减震器液组合物的稳定性进行测试过程如下，将配置好的特种电磁流减震器液组合物装入量杯中，让其在室温下沉降几周，每天记录上层清液的高度的变化，通过读取量杯上层的清液沉降刻度，以评判特种电磁流减震器液组合物的沉降稳定性。随着时间的延长，沉降清液量增加，而后渐渐趋于稳定。这说明了纳米二氧化硅的加入可以提高特种电磁流减震器液组合物的沉降稳定性。导致这种现象的原因，是纳米二氧化硅在特种电磁流减震器液组合物中形成了网状触变结构。经过测试还发现，特种电磁流减震器液组合物放置三个月基本不沉降。因此，纳米二氧化硅的使用可以提高特种电磁流减震器液的沉降稳定性，在连续相中构成三维触变网格结构，可以起到减缓磁性颗粒沉降和团聚的作用，提高特种电磁流减震器液组合物的稳定性。

通过上述的测试，特种电磁流减震器液体现出优异的再分散性。再分散性是评价特种电磁流减震器液稳定性能的关键指标之一，所谓再分散性好，是指特种电磁流减震器液分层后，在外轻微扰动情况下迅速恢复均匀分散的状态。目前对再分散性的评定主要是通过定性观察，因此我们通过使用粘度计测量沉淀物的粘度，随着时间的变化情况，得出加入了纳米二氧化硅的特种电磁流减震器液具有优异再分散性。

通过上述的测试，同时我们还得到了特种电磁流减震器液组合物的剪切屈服应力随磁场强度的变化而增强，因当磁场强度达到242kA/m时，剪切屈服应力强度高达59.37kPa，这表明纳米二氧化硅的加入提高了特种电磁流减震器液剪切屈服应力的强度。

考虑到磁流变减震器液的磁流变效应和经济效应，在测试制备时选用了羰基铁粉作为磁性颗粒，而磁性颗粒可能会以“磨粒”的形式在摩擦过程中影响磁流减震器液的摩擦磨损性能，上述三个实施例分别设计了羰基铁粉的质量百分比含量为20％、40％和60％的比例进行实验，考察羰基铁粉3种含量比例对于磁流减震器液的抗沉降稳定性及摩擦磨损性能的影响。测试结果发现，羰基铁粉磁性颗粒在磁场的作用下，磁性颗粒相互吸引成链其中非磁性的触变悬浮稳定剂纳米二氧化硅粒子夹杂或吸附在磁性颗粒中，参与成链过程。当羰基铁粉含量为20％时，由于磁粒含量比不能满足成链的优异的空间距离，导致磁性颗粒之间空间距离增大，而磁性吸引力减弱，使得磁致剪切应力降低；当羰基铁粉含量60％时，由于磁性颗粒含量较大，三维触变网络结构使得磁性颗粒运动受限，在外磁场作用力下剪切速率增大，空间结构被打破，出现了强度较弱的磁性颗粒链状结构，在高速剪切作用下达到错位、变形、断裂；当羰基铁粉含量40％时，磁性颗粒含量平衡，施加磁场后，在低速剪切时，剪切应力随着剪切速率增大而迅速增大，磁场下的磁性颗粒迅速极化形成微小的聚集结构，磁化颗粒从较远的的位置相互靠拢，并且沿磁场方向排列，形成磁流变液的链状微观结构并且逐渐变粗固化。

零场粘度是磁流变液在无外加磁场时所具有的的粘度，在零磁场下，有些磁流变液就以显示出非牛顿流体的特性，表现为零磁场粘度随剪切速率的增加而下降，并且添加剂的加入也对特种电磁流减震器液的零磁场粘度有很大的影响。

特种电磁流减震器液的组合物的稳定性表明：磁性颗粒与母液之间的高密度差，决定了磁流变液长期静置必定会产生一定程度的沉降，沉降颗粒在覆盖层重力以及颗粒表面作用下，具有团聚结块而降低磁流变的效应，为了提高磁流变的沉降稳定性可以适当提高母液的粘度，磁性颗粒的沉降速度与母液的粘度成反比，母液的粘度越高，磁性粒子的沉降速度越低，适当提高母液的粘度可以大大的提高特种电磁流减震器液的稳定性。但是母液的粘度也不能无限度的增加，这是因为，可控流体的磁流变效应越好，则要求无磁场强度时的零磁场粘度越小。

本发明中上述实施例仅仅列出了优选的实施例，本发明中的部分成分还可以选用其他试剂，其中抗磨剂还可选择聚亚油酸和苯三唑十八胺盐中的一种或多种；金属减活剂还可选择噻二唑衍生物、N,N-二烷基氨基亚甲基苯三唑和氮杂环丁二酸干中的一种或多种；抗氧剂还可选择2，6-二叔丁基对甲酚、p’,p-二辛基二苯胺和双十二烷基二苯胺中的一种或多种；分散剂还可选择无灰磷酸酯、双聚丁二酰亚胺和硼化高分子量聚异丁烯二酰亚胺中的一种或多种；表面活性剂还可选择油酸和Twen－80中的一种或多种。

本发明研制出的特种电磁流减震器液的组合物及其特性，取决于软磁颗粒的浓度和密度，粒子的尺寸和形状分布、载液特性、添加剂、外磁场大小、温度等因素，本发明的减震器液具有零场粘度低、稳定性好、剪切屈服强度高等特点。

本发明的特种电磁流减震器组液的组合物，是一种新型的智能材料，具有响应时间短、流变效果显著、抗杂质干扰强以及温度适应性好等有点，目前在车辆等领域展现出良好的应用前景。

上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种特种电磁流减震器液，其特征在于，其组成成分包括母液、磁性颗粒、悬浮触变剂、分散剂和表面活性剂；

所述母液的组成成分及其质量百分比分别为：基础油80.25-98.82％；油性剂0.08-4％；抗磨剂0.5-9.5％；金属减活剂0.02-0.8％；抗氧剂0.05-1.5％；降凝剂0.5-3.5％；闪点提高剂0.03-0.45％；

所述磁性颗粒占母液的质量百分比为20-60％，所述悬浮触变剂占母液的质量百分比为0.5-5％，所述分散剂占母液的质量百分比为1-5％，所述表面活性剂占母液的质量百分比为0.5-5％。

2.根据权利要求1所述的一种特种电磁流减震器液，其特征在于，所述基础油为硅油，所述磁性颗粒为纳米羰基铁粉，所述悬浮触变剂为纳米二氧化硅。

3.根据权利要求1所述的一种特种电磁流减震器液，其特征在于，所述闪点提高剂为吩噻嗪和对叔丁基邻苯二酚的混合物，其中吩噻嗪和对叔丁基邻苯二酚的质量比为24:5。

4.根据权利要求1所述的一种特种电磁流减震器液，其特征在于，所述抗磨剂为纳米硼酸陶瓷多效抗磨剂。

5.根据权利要求1所述的一种特种电磁流减震器液，其特征在于，所述油性剂为硫化烯烃棉籽油。

6.根据权利要求1所述的一种特种电磁流减震器液，其特征在于，所述金属减活剂为液体苯三唑衍生物。

7.根据权利要求1所述的一种特种电磁流减震器液，其特征在于，所述抗氧剂为液体高分子量酚。

8.根据权利要求1所述的一种特种电磁流减震器液，其特征在于，所述分散剂为硼化聚异丁烯丁二酰亚胺。

9.根据权利要求1所述的一种特种电磁流减震器液，其特征在于，所述表面活性剂为Span-80。

10.一种制备如权利要求1～9任一项所述的一种特种电磁流减震器液的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将一定配比的基础油、油性剂、抗磨剂、金属减活剂、抗氧剂、降凝剂和闪点提高剂混合，并在60℃下搅拌60-70min进行混合，得到母液；

(2)选取一定量的粒径为2.3gm、纯度为98.5％的磁性颗粒，一定量的悬浮触变剂，一定量的分散剂和一定量的表面活性剂与步骤(1)得到的母液混合，在40℃搅拌60min即可。