CN112687446A - 复合型磁流变流体 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种复合型磁流变流体，包括：各向异性的磁粉，其含量在所述复合型磁流变流体的总重量的0.05‑5％的范围内；微米尺度的各向同性的磁粉，其含量在所述复合型磁流变流体的总重量的70‑90％的范围内；载液，和添加到所述载液中的添加剂，其含量为所述复合型磁流变流体的余量。

Description

复合型磁流变流体

技术领域

本发明涉及磁流变流体技术领域。更具体而言，本发明涉及用各向同性磁粉和各向异性磁粉的组合来制备复合型磁流变流体。

背景技术

磁流变流体是一种随着磁场的施加其粘度发生变化的液体。由高磁导率、低剩磁的软磁颗粒通过表面活性剂的作用均匀分散于非导磁性载液中而构成的稳定悬浮液体系。磁流变流体的工作原理是：在外加磁场的作用下，每一颗粒都极化成磁偶极子，各个偶极子相互吸引，在两磁极板间形成的链束状结构像桥一样横架在极板之间，阻碍了流体的正常流动，使其产生类固体的特征。当去掉外加磁场时，流体又恢复到原来的状态，即磁流变液在液态和固态之间进行快速可逆的转换。固态化程度与电流强度成稳定可逆的关系，即控制电流强度就可以精确控制固态化磁流变液的剪切屈服强度。

磁流变流体多年来研究者甚多，目前也已被逐渐应用于各种器件中控制阻尼力，如减震器、震动吸收器、人体假肢和弹性座椅等。磁流变液在磁场作用下的流变是瞬间的、可逆的、而且其流变后的剪切屈服强度与磁场强度具有稳定的对应关系，非常容易实现智能控制。因此，磁流变液是一种用途广泛、性能优良的智能材料，磁流变流体的应用领域正在迅速扩大。

传统的磁流变流体存在剩磁现象，分散于磁流变流体中有剩磁的磁响应颗粒在磁场去除后因颗粒有剩磁而使磁流变流体不能完全恢复到自由流动状态，干扰磁流变流体工作器件的控制过程。剩磁的存在是现有技术的通病，这种缺陷会随着使用时间的延迟愈发突出，这不仅会导致磁流变流体及其应用设备的性能低劣，而且特别是会造成流体或设备的控制响应性能和可靠性低下，并且同样也会存在使用寿命短的缺陷。

为了降低矫顽磁力，传统的磁流变流体趋向于增加磁颗粒的粒度，比如设置成微米级，例如可参加见美国专利US6203717B1，这就带来了另一个突出问题，即，磁颗粒在磁流变流体中易沉降。磁颗粒的沉降直接导致磁流变流体的使用寿命短、可靠性低和最终导致磁流变流体失效。

此外，传统磁流变流体的不仅抗沉降性能差，而且其抗剪切强度性能有待提升，例如，与本申请的发明人之前发明的纳米磁流变流体(参加例如本发明人的中国专利申请No.201510538070.7，No.201510537836.X和PCT申请WO 2017036337A1)相比，在相同体积百分比的磁粉颗粒含量下，其抗剪切强度比本发明人发明的纳米磁流变流体更低。因此，在例如应用于汽车的电磁悬架场合时，含有传统磁流变流体的磁流变流体减振管的励磁线圈必须采用双线圈的配置，这使得磁流变流体减振管不仅难以小型化，而且成本也更高；如果采用单线圈的配置，则磁流变流体减振管对振动的响应时间更长，这对于需要对振动需要快速做出响应的磁流变流体减振器件而言是不可接受的。

发明人之前发明的纳米磁流变流体中，各向异性磁粉拥有更高的磁饱和以及更快的响应速度，因此在磁场下各向异性磁粉成链具有更强的结合力，所以各向异性磁流变流体在磁场作用下能够提供更强的抗剪切屈服强度。

但是，纳米磁流变流体仍然存在其固有的缺陷，例如，其制备工艺时间长，工序复杂，环保要求高，材料成本更高，导致成本比传统磁流变流体要高。另外，各向异性磁粉的比表面积(比表面能)较大，因此磁流变流体较稠，磁流变流体的第二牛顿区较大，初始力较大，可控范围受到一定限制。各向异性磁粉可能因为其各向异性的形状，例如纵横比较大，影响零磁场下磁流变流体高剪切速率流动性能，使得零磁场下，第二牛顿区不稳定，不利于器件控制和减振控制。所谓第二牛顿区是指，非牛顿流体在高剪切速率下，会表现出牛顿流体的性能，即黏度恒定，剪切力随剪切速率增加而线性增加，第二牛顿区因运动黏度恒定，利于控制，所以为磁流变流体的主要控制区域。

鉴于以上所述和其它构思，而提出了本发明。

本发明的说明书的此背景技术部分中所包括的信息，包括本文中所引用的任何参考文献及其任何描述或讨论，仅出于技术参考的目的而被包括在内，并且不被认为是将限制本发明范围的主题。

发明内容

鉴于以上所述以及其它更多的构思而提出了本发明。本发明旨在解决以上的技术缺陷和其它的问题。

就此方面而言，本发明构思出更好的方案来解决上述技术问题，以及其它技术问题，通过混合不同的磁粉制备磁流变流体，来实现更多的优势，特别是在成本和综合性能方面的优势，以及更广泛的应用场景。

各向异性磁粉拥有更高的磁饱和以及更快的响应速度，因此在磁场下各向异性磁粉成链具有更强的结合力，所以各向异性磁流变流体在磁场作用下能够提供更强的抗剪切屈服强度，但各向异性磁流变流体也存在其缺点，如材料成本和工艺成本缺陷，各向异性磁粉的比表面积(以及比表面能)较大，因此磁流变流体较稠，磁流变流体的第二牛顿区较大，初始力较大，可控范围受到一定限制。各向异性磁粉因为形状的各向异性，纵横比较大，影响零磁场下磁流变流体高剪切速率流动性能，使得零磁场下，第二牛顿区不稳定，不利于控制。

本发明提出，采用一定比例的各向异性磁粉与普通的各向同性磁粉的组合与载液以及其它添加剂混合，来制备本发明的复合型磁流变流体。换句话说，可在传统磁流变流体中添加各向异性磁粉来得到本发明的复合型磁流变流体，其可在磁场下形成类似于“钢筋水泥”或所谓“纤维增强复合材料”的构造，其中可在磁场作用下在磁力线方向上快速成链(或称“搭桥”)的各向异性磁粉类似于“钢筋”，各向同性磁粉类似于“水泥”。在磁场下，复合型磁流变流体中的各向异性磁粉快速成链，各向同性磁粉与其邻近的各向同性磁粉通过磁性相吸连接，而形成类似于“钢筋水泥”构造的“交织”的形态，其结合力较传统的磁流变流体更大，对磁场的反应更迅速，形态更稳定。并且本发明的这种磁流变流体能够提供更高的抗剪切强度。同时，本发明的这种磁流变流体可至少部分地克服各向异性磁流变流体的如上所述的缺点，并且可至少部分地保持传统磁流变流体的优势，与传统磁流变流体相比改善了抗沉降性。

根据本发明的一方面，提供了一种复合型磁流变流体，包括：各向异性的磁粉，其含量在所述复合型磁流变流体的总重量的0.05-5％的范围内；微米尺度的各向同性的磁粉，其含量在所述复合型磁流变流体的总重量的70-90％的范围内；和载液和添加到所述载液中的添加剂，其含量为所述复合型磁流变流体的余量。

根据一实施例，所述各向同性的磁粉为铁粉，其粒径在大约0.1-50微米的范围内，例如在大约0.1-20微米、0.2-10微米或0.2-5微米的范围内。

根据一实施例，所述各向异性的磁粉选自片状、条状、针状、棒状、圆柱状、树枝状、类球形的各向异性磁粉和单晶各向异性磁粉中的至少一种。

根据一实施例，所述各向异性的磁粉的平均粒度或最小单维尺寸小于99纳米，例如在0.1-99纳米的范围内，优选在0.1-80纳米之间，更优选在0.2-50纳米之间，进一步优选在0.5-20纳米之间。

根据一实施例，所述各向异性的磁粉的平均粒度或最小单维尺寸在大约100-900纳米的范围内，例如在100-500纳米，或者在100-200纳米之间。

根据一实施例，所述各向异性的磁粉的材料选自铁、铁合金、铁钴合金、铁铂合金、铁的氧化物、氮化铁、碳化铁、羰基铁、镍、钴、二氧化铬、FePt、SmCo、NdFeB、不锈钢、硅钢，或这些材料的组合。

根据一实施例，所述铁合金是铁钴合金或铁铂合金。

根据一实施例，所述载液是有机液体，例如矿物油、合成油、α-烯烃、硅油或者它们的组合。

根据一实施例，所述各向异性的磁粉的含量在所述复合型磁流变流体的总重量的0.1-3％的范围内，优选在0.5-1％的范围内。

根据一实施例，所述添加剂包含下列中的至少一种：表面活性剂、分散剂、防沉降剂、有机触变剂，增稠剂，抗氧化剂，润滑剂，粘度调节剂、阻燃剂、有机粘土类流变性添加剂、含硫化合物以及它们的任意组合。

根据一实施例，所述添加剂包含下列中的至少一种：C16-18醇聚氧乙烯醚、C12-14醇与环氧乙烷缩合物、异构十三醇聚氧乙烯醚、异构十醇聚氧乙烯醚、油醇聚氧乙烯醚、辛癸醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇硬脂酸酯、硬脂酸聚氧乙烯酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、失水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚、烯丙醇聚氧烷基醚、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物、甲氧基聚乙二醇、甲氧基聚丙二醇、脂肪醇醚磷酸酯、酚醚磷酸酯、异十三醇磷酸酯、月桂基磷酸酯、脂肪醇醚磷酸酯钾盐、脂肪醇醚磷酸酯钾盐、酚醚磷酸酯钾盐、异十三醇醚磷酸酯钾盐、月桂基磷酸酯钾盐、十二胺聚氧乙烯醚、十八胺聚氧乙烯醚、牛脂胺聚氧乙烯醚、脂肪酸二乙醇酰胺、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、苯乙烯苯酚、甘油聚醚、蓖麻油磷酸酯、三聚甘油油酸酯、(Z)-9-十八烯酸-1,2,3-丙三基酯、季戊四醇油酸酯、三羟甲基丙烷油酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸胺盐、苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐、聚醚改性硅油和氟碳表面活性剂。

根据一实施例，所述添加剂包含下列中的至少一种：6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉、受阻胺、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、油酸异辛酯、偏苯三酸酯、新戊基多元醇酯、双季戊四醇酯、新戊二醇二油酸酯、癸二酸二异辛酯、己二酸二异辛酯、三羟甲基丙烷椰子油酸酯、邻苯二甲酸二乙酯、磷酸三辛酯、磷酸二辛酯、己二酸二乙酯、环氧大豆油、多元醇苯甲酸脂、对苯二甲酸二辛脂和邻苯二甲酸二辛脂。

根据一实施例，所述各向异性的磁粉是形状各向异性的和/或磁晶各向异性的和/或应力致磁各向异性的。

根据一实施例，所述复合型磁流变流体在室温状态下静置至少1周的期间内不发生明显的沉降。

本发明的主要优点在于，本发明的复合型磁流变流体既保留了各向异性磁流变流体在磁场下优异的力学性能，又兼顾具备了传统磁流变流体在零磁场下良好的流动性，流体具备稳定宽广的第二牛顿区，并且流体的初始运动黏度较低，从而使得磁流变器件的操控范围更广、更稳定，等等。同时，本发明相比于传统磁流变流体也改善了流体的抗沉降性能。

本发明的更多实施例还能够实现其它未一一列出的有利技术效果，这些其它的技术效果在下文中可能有部分描述，并且对于本领域的技术人员而言在阅读了本发明后是可以预期和理解的。

本“发明内容”部分旨在以简化的形式引入将在“具体实施方式”中如下文进一步描述的构思和选择，以帮助阅读者更易于理解本发明。本发明内容并非旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也并非旨在用于限制所要求保护的主题的范围。所有的上述特征都将被理解为只是示例性的，并且可以从本发明公开中收集关于工艺步骤的更多的特征和目的。对本发明的特征、细节、实用性以及优点的更全面的展示，将在以下对本发明的各种实施例的书面描述中提供，在附图中图示，并且在所附权利要求中限定。因此，如果不进一步阅读整个说明书以及权利要求书及附图，可能无法理解对本发明内容的诸多限制性解释。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单说明。

通过参考下文的描述连同附图，这些实施例的上述特征和优点及其他特征和优点以及实现它们的方式将更显而易见，并且可以更好地理解本发明的实施例，在附图中：

图1是示意性显示了本发明的复合型磁流变流体的一实施例在加磁场后的形态的示意图。

图2示意性显示了本发明的具有不同各向异性磁粉含量的复合型磁流变流体的磁场扫描应力曲线(剪切速率0.1^-s)。

图3示意性显示了在800mT磁场下，本发明的复合型磁流变流体的抗剪切强度与该复合型磁流变流体中的各向异性磁粉含量之间的关系(剪切速率0.1^-s)。

图4示意性显示了零磁场、40℃温度下，在不同的剪切速率下，本发明的具有不同的各向异性磁粉含量(更高)的各种复合型磁流变流体与传统磁流变流体的抗剪切强度的对比测试结果。

图5示意性显示了零磁场、40℃温度下，在不同的剪切速率下，本发明的具有不同各向异性磁粉含量(更低)的各种复合型磁流变流体与传统磁流变流体的抗剪切强度的对比测试结果。

图6显示了在传统磁流变流体中统一添加2％不同类型的各向异性磁粉的复合型磁流变流体的零磁场黏度。

图7显示了在传统磁流变流体中统一添加2％不同类型的各向异性磁粉的复合型磁流变流体的磁场下的剪切应力(即，抗剪切强度)测试对比。

图8显示了在传统磁流变流体中添加0.5％各向异性磁粉得到的复合型磁流变流体与传统磁流变流体的抗沉降性能测试对比。

具体实施方式

在以下对附图和具体实施方式的描述中，将阐述本发明的一个或多个实施例的细节。从这些描述、附图以及权利要求中，可以清楚本发明的其它特征、目的和优点。

应当理解，所图示和描述的实施例在应用中不限于在以下描述中阐明或在附图中图示的构件的构造和布置的细节。所图示的实施例可以是其它的实施例，并且能够以各种方式来实施或执行。各示例通过对所公开的实施例进行解释而非限制的方式来提供。

实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明公开的范围或实质的情况下，可以对本发明的各实施例做出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分而图示或描述的特征，可以与另一实施例一起使用，以仍然产生另外的实施例。因此，本发明公开涵盖属于所附权利要求及其等同要素范围内的这样的修改和变型。

同样，要理解到，本文中所使用的词组和用语是出于描述的目的，而不应当被认为是限制性的。例如，本文中的“包括”、“具有”或“设有”及其变型的使用，旨在开放式地包括其后列出的项及其等同项以及附加的项。

下面将参考本发明的具体实施例结合附图对本发明进行更详细的阐释与说明。

普通磁粉，即普通的各向同性磁粉，可以是例如传统磁流变流体中披露的那些，例如可参见美国专利US6203717B1，该专利通过引用而结合于本申请中。典型的各向同性磁粉一般而言具有大体上球形的形状，可通过比如水雾化工艺等获得，并且一般具有微米尺度的粒径，例如粒径在大约1微米左右。与普通的磁流变流体和磁粉和相关的一些其它专利还可以参见例如美国专利申请2575360、2661825、2886151、5645752、7393463B2、6203717B1和2006/0033069A1等，这些专利的相关内容也通过引用结合于本申请中，如同在申请中进行了描述一样。当然，在本发明中，普通的各向同性的磁粉的粒度并不限于以上所述，而是可以具有更大或更小范围的粒径，例如在大约0.1-50微米的范围内，例如在大约0.1-20微米、0.2-10微米、0.2-5微米的范围内变化。

各向异性磁粉例如可以从发明人之前发明的中国专利申请No.201510538070.7，No.201510537836.X和PCT申请WO 2017036337A1中得到，这些专利申请的相关内容也通过引用结合于本申请中，如同在申请中进行了描述一样。各向异性磁粉例如可具有纳米级的尺寸，例如其平均粒径或最小单维尺寸一般小于99纳米，例如在0.1-99纳米范围内，例如在0.1-80纳米之间，在0.2-50纳米之间，在0.5-20纳米之间，等等。但是，在本发明中，各向异性磁粉的尺寸并不限于上述的纳米尺度范围，而是可以具有更大的粒径或者粒径范围，例如平均粒径或最小单维尺寸在大约0.1-900纳米、0.1-500纳米、0.1-200纳米的范围内，等等。

下面结合具体实例，来描述本发明的复合型磁流变流体及其制备工艺。

实例I

准备复合型磁流变流体的载液，该载液可使用矿物油、合成油、α-烯烃或硅油等，这些都可以从市场上买到。

准备复合型磁流变流体的添加剂，可选用的添加剂包括但不限于有机黏土、二硫化钼、气相二氧化硅等，这些都可以从市面上买到。

复合型磁流变流体的一种制备工艺的步骤如下。

步骤一、对添加剂进行分散处理

该步骤中可采用的工艺可选自下列中的一种：

1.将室温下的有机黏土和气相二氧化硅加入到超声搅拌器(例如型号为JM-1018)的容器中，用大约30赫兹的搅拌频率，进行超声搅拌分散处理大约20分钟；

2.将室温下的有机黏土和气相二氧化硅加入到循环砂磨设备(例如型号为YSN-0.2L)中，进行砂磨和搅拌分散(转速500转/min，线速度12m/s)大约30分钟；和

3.将室温下的有机黏土和气相二氧化硅加入到高速离心分散设备(例如型号为TFS-2.2)中进行分散处理大约5分钟，其中，离心旋转的线速度在12m/s～37m/s之间。

步骤二、配液和混料处理

提供占磁流变流体总重量的一定比例(例如为0.5％，1％，1.5％，2％，2.5％，3％，5％)的各向异性磁粉，例如纳米尺度的片状各向异性磁粉，树枝状各向异性磁粉，类球形各向异性磁粉，作为添加到载液中的各向异性磁粉。

用占复合型磁流变流体成分总重量的12％的矿物油或合成油、5％重量的α-烯烃来配置载液的基本成分，并且可添加占总重量的大约2％的其它各种类型的添加剂。添加剂的示例包括抗沉降剂、分散剂、润滑剂以及抗氧化剂等。

添加剂中的抗沉降剂及分散剂可包括C16-18醇聚氧乙烯醚、C12-14醇与环氧乙烷缩合物、异构十三醇聚氧乙烯醚、异构十醇聚氧乙烯醚、油醇聚氧乙烯醚、辛癸醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇硬脂酸酯、硬脂酸聚氧乙烯酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、失水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚、烯丙醇聚氧烷基醚、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物、甲氧基聚乙二醇、甲氧基聚丙二醇、脂肪醇醚磷酸酯、酚醚磷酸酯、异十三醇磷酸酯、月桂基磷酸酯、脂肪醇醚磷酸酯钾盐、脂肪醇醚磷酸酯钾盐、酚醚磷酸酯钾盐、异十三醇醚磷酸酯钾盐、月桂基磷酸酯钾盐、十二胺聚氧乙烯醚、十八胺聚氧乙烯醚、牛脂胺聚氧乙烯醚、脂肪酸二乙醇酰胺、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、苯乙烯苯酚、甘油聚醚、蓖麻油磷酸酯、三聚甘油油酸酯、(Z)-9-十八烯酸-1,2,3-丙三基酯、季戊四醇油酸酯、三羟甲基丙烷油酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸胺盐、苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐、聚醚改性硅油、氟碳表面活性剂中的至少一种。

添加剂中的抗氧化剂、润滑剂可包括6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉、受阻胺、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、油酸异辛酯、偏苯三酸酯、新戊基多元醇酯、双季戊四醇酯、新戊二醇二油酸酯、癸二酸二异辛酯、己二酸二异辛酯、三羟甲基丙烷椰子油酸酯、邻苯二甲酸二乙酯、磷酸三辛酯、磷酸二辛酯、己二酸二乙酯、环氧大豆油、多元醇苯甲酸脂、对苯二甲酸二辛脂、邻苯二甲酸二辛脂中的至少一种。

将上述载液用搅拌器低速搅拌大约10分钟后，用型号例如为GZVF的封闭式的震荡添料器，低速缓慢添加入称量好的余量的固体添加物有机黏土1.5％、气相二氧化硅等，在添加完毕后，用该震荡添料器对载液进行高速分散处理大约30～60分钟，得到配置好的载液。

将配置好的载液放入低速搅拌设备(型号例如为JB200-D)中，缓慢低速搅拌的同时加入各向异性磁粉，例如，可通过用震荡添料器将各向异性磁粉缓慢加入该载液中。

之后，用震荡添料器加入普通磁粉，例如各向同性的、粒径在大约0.1-1微米范围内的铁粉。例如，首先可缓慢地匀速地加入，随着铁粉加入的增加，可逐渐地增加震荡添料器的转速。

在完成全部磁粉的加入后，将低速搅拌设备的搅拌的线速度升至例如大约7-10m/s的高速，在该高速下搅拌2小时。

最后，对添加磁粉的载液，在真空烘箱(型号例如为202-0B)中在大约40～60℃的温度下真空烘5小时，排出工艺过程中混入的空气。

之后，称重包装，得到本发明的复合型磁流变流体成品。

实例II

本实例与实施例I的制备工艺、步骤、设备、原料、组分、参数等基本上相同，不同之处在于各向异性磁粉采用了单晶各向异性磁粉，并且所添加的单晶各向异性磁粉占磁流变流体总重量的2％。

测试

一、抗沉降测试

1.沉降体系的描述

造成MRF沉降问题的根本原因，是分散相(以羰基铁粉为例，密度7.8g/m L)与连续相(载体液，1g/m L)间悬殊的密度差。受重力作用，颗粒持续下沉至容器底部。容器上部一般出现透明(或非透明，依赖于载体液属性)的只含有载体液的上清液区，并在其下部形成一条清晰的分界线，称之为“泥线”。紧挨着泥线的下部区域，在开始的一段时间内其颗粒浓度保持不变，故称为“初始浓度区”。在容器底部，颗粒持续堆积，一定时间后在重力等作用力下相互挤压而硬化板结，形成浓度最大且分布均一的沉积区。显然，初始浓度区与沉积区之间必然存在一个过渡区，称之为“可变浓度区”，其浓度会随时间和高度发生显著变化。初始浓度区与可变浓度区之间的分界线被命名为“凝胶线”，顾名思义，原因是可变浓度区看似如很黏稠的“凝胶态”。可变浓度区与沉积区间的分界线被命名为“沉积线”，表征向下形成沉积区的起始线。

2.磁流变流体的抗沉降测试的目视测量方案

取15ml试管，分别灌入传统磁流变流体和添加各向异性磁粉的复合型磁流变流体各10ml，垂直静置。每间隔7天观察记录泥线所处刻度,连续观察大约1个月，绘制泥线沉降曲线图。

如图8所示，测量从试管底部到流体顶部的距离-液面高度，并测量试管底部到沉降磁粉顶部的距离-沉降磁粉高度，就可以确定透明层的高度值。并且，使用以下等式，可以计算沉降率(Ratio)：

沉降率Ratio＝(液面高度(cm)-沉降磁粉高度(cm))/液面高度(cm)×100％

目视测试结果如图8所示。图8显示了在传统磁流变流体中添加0.5％各向异性磁粉得到的复合型磁流变流体与传统磁流变流体的抗沉降性能测试结果和数据对比。如图8所示，测试结果表明，在全部的7天、14天、21天、28天抗沉降测试中，该复合型磁流变流体的沉降率要小于传统磁流变流体，即，该复合型磁流变流体的抗沉降性能要略优于传统磁流变流体。也就是说，在传统磁流变流体中添加适量各向异性磁粉，还可以适当改善传统磁流变流体的抗沉降性能。

二、零磁场黏度测试

本发明的复合型磁流变流体的零磁场黏度检测及磁场下剪切应力检测均使用Anton-Paar公司生产的型号MCR302的流变仪，检测系统为平行板式检测系统型号为PP20/MRD/TI，检测单元中上加热单位为半导体加热单元及水浴循环单元型号为MRD170+H-PTD200,检测单元中下加热单位为油浴循环单元型号为VT2,检测单元中磁场单位为外置磁场单元型号为PS-DC/MR/1T。

对于零磁场黏度检测，取样品2ml放置于平行板式检测系统平板样品槽中，扫描0-1200^-s下40℃运动黏度。

如图4可知，传统磁流变流体和添加1％各向异性磁粉的复合型磁流变流体磁粉浓度均为大约81％，与其力学性能相当的纯各向异性磁粉制备的磁流变流体的磁粉浓度为大约65％。然而，65％磁粉浓度的各向异性磁流变流体运动黏度远远大于大约81％磁粉浓度的传统磁流变流体和复合型磁流变流体—这是因为纯各向异性磁粉制备的磁流变流体中各向异性磁粉的磁粉粒度一般是纳米级的，这样影响了阻尼器初始力的大小和阻尼器控制范围。

图5示意性显示了零磁场、40℃温度下，在不同的剪切速率下，本发明的具有不同各向异性磁粉含量(更低)的各种复合型磁流变流体与传统磁流变流体的抗剪切强度的对比测试结果。如图5所示，在本发明中，在传统磁流变流体中添加少量各向异性磁粉得到的复合型磁流变流体对传统磁流变流体的在零磁场下的运动黏度改变不大，这样，本发明的复合型磁流变流体既可保持传统磁流变流体的优异理化性能，例如运动黏度性能，在零磁场下具有较好的流动性，又可提供优越的力学性能，例如在加磁场后的抗剪切强度，等等。

图6显示了在传统磁流变流体中统一添加2％不同类型的各向异性磁粉的复合型磁流变流体的零磁场黏度。如图6所示，经检测，零磁场黏度与添加各向异性磁粉的类型之间无实质性的关联或影响。但是，总体而言，片状各向异性磁粉对零磁场黏度的影响最大，树枝状各向异性磁粉对零磁场黏度的影响最小，但这些影响都不是实质性的，不影响本发明的复合型磁流变流体的实际工业应用。

三、磁场下抗剪切强度检测

本专利零磁场黏度检测及磁场下抗剪切强度检测均使用Anton-Paar公司生产的型号MCR302的流变仪，检测系统为平行板式检测系统型号为PP20/MRD/TI，检测单元中上加热单位为半导体加热单元及水浴循环单元型号为MRD170+H-PTD200,检测单元中下加热单位为油浴循环单元型号为VT2,检测单元中磁场单位为外置磁场单元型号为PS-DC/MR/1T。

对于磁场下抗剪切强度检测，取样品2ml放置于平行板式检测系统平板样品槽中，扫描电流0～4.5A，即磁场0～900mT下40℃时的剪切应力。

如图2所示，显示了添加不同比例各向异性磁粉的复合型磁流变流体磁场下的抗剪切强度均有所提高。

如图3所示，显示了添加不同比例各向异性磁粉对磁流变流体磁场下的剪切应力的作用关系。图3的测试是在传统磁流变流体中添加各向异性磁粉得到的复合型磁流变流体在磁场下的力学测试对比。通过该测试结果可以看出，在本发明的复合型磁流变流体中，添加各向异性磁粉的量从占磁流变流体总重量的大于0％到大约0.1％到大约0.3％到大约0.5％时，复合型磁流变流体在磁场下的抗剪切强度性能逐渐升至最高峰值。然后，随着各向异性磁粉添加量的增加，从大约0.5％至1％添加量时，复合型磁流变流体在磁场下的抗剪切强度性能逐渐下降，直到在大约1％各向异性磁粉添加量时，其抗剪切强度与大约0.1％添加量时的相当。此后，从大约1％增加至大约2％的各向异性磁粉添加量时，复合型磁流变流体在磁场下的抗剪切强度保持基本上不变，直到从大约2％增加至大约3％的各向异性磁粉添加量时，抗剪切强度整体上有小幅度的上升。也就是说，当添加各向异性磁粉的量从占磁流变流体总重量的大于0％增加到大约3％时，复合型磁流变流体的在磁场下的抗剪切强度都大于传统磁流变流体。

图7显示了在传统磁流变流体中统一添加2％不同类型的各向异性磁粉的复合型磁流变流体的磁场下抗剪切强度检测。如图7所示，经检测在磁场下的抗剪切强度，结果显示，各向异性磁粉的类型对磁流变流体的磁场下抗剪切强度的影响较大。其中，添加树枝状各向异性磁粉抗剪切强度较大，添加单晶各向异性磁粉剪切力较小。概而言之，无论是在传统磁流变流体中添加何种类型的适量各向异性磁粉，都对传统磁流变流体的部分性能，例如抗剪切强度性能，有实质性的提高。

出于说明的目的而提出了对本发明的对若干个实施例的前文描述。所述前文描述并非意图是穷举的，也并非将本发明限于所公开的精确特征和/或形式。

显然，根据上文的教导，可做出许多修改和变型，这些都属于本发明的范围内。本发明的范围仅由所附权利要求来限定。所附权利要求书旨在覆盖所有这样的修改和变型。

Claims (10)

1.一种复合型磁流变流体，包括：

各向异性的磁粉，其含量在所述复合型磁流变流体的总重量的0.05-5％的范围内；

微米尺度的各向同性的磁粉，其含量在所述复合型磁流变流体的总重量的70-90％的范围内；

载液；和

添加到所述载液中的添加剂，其含量为所述复合型磁流变流体的余量。

2.根据权利要求1所述的复合型磁流变流体，其中，所述各向同性的磁粉为铁粉，其粒径在大约0.1-50微米的范围内，例如在大约0.1-20微米、0.2-10微米或0.2-5微米的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的复合型磁流变流体，其中，所述各向异性的磁粉选自片状、条状、针状、棒状、圆柱状、树枝状、类球形的各向异性磁粉和单晶各向异性磁粉中的至少一种。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的复合型磁流变流体，其中，所述各向异性的磁粉的平均粒度或最小单维尺寸小于99纳米，例如在0.1-99纳米的范围内，优选在0.1-80纳米之间，更优选在0.2-50纳米之间，进一步优选在0.5-20纳米之间。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的复合型磁流变流体，其中，所述各向异性的磁粉的平均粒度或最小单维尺寸在大约100-900纳米的范围内，例如在100-500纳米，或者在100-200纳米之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的复合型磁流变流体，其中，所述各向异性的磁粉的材料选自铁、铁合金、铁钴合金、铁铂合金、铁的氧化物、氮化铁、碳化铁、羰基铁、镍、钴、二氧化铬、FePt、SmCo、NdFeB、不锈钢、硅钢，或这些材料的组合。

7.根据前述权利要求中任一项所述的复合型磁流变流体，其中，所述载液是有机液体，例如矿物油、合成油、α-烯烃、硅油或者它们的组合。

8.根据前述权利要求中任一项所述的复合型磁流变流体，其中，所述各向异性的磁粉的含量在所述复合型磁流变流体的总重量的0.1-3％的范围内，优选在0.5-1％的范围内。

9.根据前述权利要求中任一项所述的复合型磁流变流体，其中，所述添加剂包含下列中的至少一种：C16-18醇聚氧乙烯醚、C12-14醇与环氧乙烷缩合物、异构十三醇聚氧乙烯醚、异构十醇聚氧乙烯醚、油醇聚氧乙烯醚、辛癸醇聚氧乙烯醚、辛基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇硬脂酸酯、硬脂酸聚氧乙烯酯、蓖麻油聚氧乙烯醚、失水山梨醇脂肪酸酯、聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇、聚丙二醇、聚氧乙烯聚氧丙烯、烷基酚聚氧乙烯聚氧丙烯醚、烯丙醇聚氧烷基醚、聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物、甲氧基聚乙二醇、甲氧基聚丙二醇、脂肪醇醚磷酸酯、酚醚磷酸酯、异十三醇磷酸酯、月桂基磷酸酯、脂肪醇醚磷酸酯钾盐、脂肪醇醚磷酸酯钾盐、酚醚磷酸酯钾盐、异十三醇醚磷酸酯钾盐、月桂基磷酸酯钾盐、十二胺聚氧乙烯醚、十八胺聚氧乙烯醚、牛脂胺聚氧乙烯醚、脂肪酸二乙醇酰胺、椰油脂肪酸二乙醇酰胺、苯乙烯苯酚、甘油聚醚、蓖麻油磷酸酯、三聚甘油油酸酯、(Z)-9-十八烯酸-1,2,3-丙三基酯、季戊四醇油酸酯、三羟甲基丙烷油酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚硫酸胺盐、苯乙烯苯酚聚氧乙烯醚硫酸铵盐、聚醚改性硅油和氟碳表面活性剂。

10.根据前述权利要求中任一项所述的复合型磁流变流体，其中，所述添加剂包含下列中的至少一种：6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉、受阻胺、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、油酸异辛酯、偏苯三酸酯、新戊基多元醇酯、双季戊四醇酯、新戊二醇二油酸酯、癸二酸二异辛酯、己二酸二异辛酯、三羟甲基丙烷椰子油酸酯、邻苯二甲酸二乙酯、磷酸三辛酯、磷酸二辛酯、己二酸二乙酯、环氧大豆油、多元醇苯甲酸脂、对苯二甲酸二辛脂和邻苯二甲酸二辛脂。

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