CN113990644A - 一种用于电磁阻尼减振作用的微纳复合磁性液体的制备方法 - Google Patents

一种用于电磁阻尼减振作用的微纳复合磁性液体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于电磁阻尼减振作用的微纳复合磁性液体的制备方法，采用灵敏度分析法，确定不同微纳颗粒材料直径、形貌、磁化特性；表面活性剂种类；基载液种类；外部变量因素(温度、pH值和分散方式)等组分参数对磁性液体饱和磁化强度、黏度和润滑性的影响程度，以实现制备沉降稳定性较好的微纳复合磁性液，使其具备改善NES‑磁流变自调谐吸振器的饱和磁化强度和黏度，从而提高减振性能。

Description

一种用于电磁阻尼减振作用的微纳复合磁性液体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种磁性液体的制备方法，具体涉及一种用于电磁阻尼减振作用 的微纳复合磁性液体的制备方法。
背景技术
磁性液体是一种长期稳定存在的胶体，由基载液、微/纳米尺度的磁性颗粒 以及包裹在磁性颗粒表面的表面活性剂组成。磁性液体的第二类悬浮特性指的是， 磁铁浸没在磁性液体中受到的浮力大于阿基米德浮力，因此磁性液体可以将浸在 其中的、比重大于磁性液体的磁铁悬浮起来。基于磁性液体的第二类悬浮特性设 计的NES(非线性能量阱)-磁流变自调谐吸振器，其组成包括磁性液体和惯性 质量块，磁性液体起到刚性元件和阻尼元件的作用，惯性质量块由顺锥形永磁体 构成。此外，由于本器件的刚度是由非均匀磁场作用下磁性液体产生的轴向和径 向悬浮力提供，因此，使得NES-磁流变自调谐吸振器具有一个不恒定的自振频 率，它可以与液压管路的一系列模态发生瞬时共振捕获，实现目标能量传递，扩 大其减振频带，另外，通过振动特征对磁性液体的磁化特性(能够被外界磁场吸引并固定在一定位置，同时也能够控制磁性液体的流动)进行反馈控制，产生电 磁耗能效应，消耗NES-磁流变自调谐吸振器从液压管道吸收过来的振动能量， 实现混合振动控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提出一种用于电磁阻尼减振作用的微纳复合 磁性液体的制备方法，以降低磁性液体的沉降稳定性和提高其饱和磁化强度为目 的。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案实现：
(1)采用灵敏度分析法，确定不同微纳颗粒材料直径、形貌、磁化特性； 表面活性剂种类；基载液种类；外部变量因素(温度、pH值和分散方式)等组 分参数对磁性液体饱和磁化强度、黏度和润滑性的影响程度，以实现制备沉降稳 定性较好的微纳复合磁性液，使其具备改善NES-磁流变自调谐吸振器的减振性 能。实验步骤分为：
(1)分散剂种类的选择
分散剂种类的选择是影响试剂沉降稳定性首要因素，该实验的主要步骤是， 首先采用电子天平分别称取SLS、CTMHB、SDBS、CMC、PEG含量为1％(质 量分数)与去离子水混合，然后将粒径10nm～100nm的Fe3O4纳米颗粒加入到 去离子水中，使KQ-100D型台式数控超声波水浴锅的温度设定为40℃，在水浴 条件下，超声分散制成纳米颗粒水溶液，30min后向溶液中添加10～100μm的 羰基铁粉。最后将制备好的分散剂溶液滴加到微纳颗粒水溶液中，并对其进行加 热均质处理，最后将其在40～50℃环境下进行机械搅拌，静置12h以上。
(2)分散剂含量的确定
根据实验一选择出分散效果较好的分散剂与微纳颗粒实验组，在其他实验条 件不变的情况下，改变分散剂的含量分别为0.00～0.25mol/L，得出分散剂的最 佳用量。
(3)基础液的选定
根据实验一和二得出分散剂种类与含量的最优组合，在此基础上制备基础液 分别为自来水、去离子水、RO反渗透膜处理水和乙醇的不同种类的微纳复合磁 性液。
(4)微纳复合材料粒径的选择
在实验三的基础上，分别选用平均粒径为10nm～100nm的Fe3O4纳米颗粒和 10～100μm的羰基铁粉进行试验。
(5)外部变量的影响因素
本次实验采用正交实验法验证温度、机械搅拌时间和pH值三个因子(影响 因素)的不同水平(影响因素所占比例的大小)对微纳复合材料沉降稳定性的影 响，其正交实验的因子水平如表1所示。
表1 因子水平表
Tab.2.10 Factor level table
Figure BDA0003190919670000021
Figure BDA0003190919670000031
由于本次实验中所选取的不同种类分散剂的含量水平均为3种，所以选用的 正交表为L9(34)正交表。根据高水基纳米液压介质的应用环境，实验所设定的温 度水平为5～60℃；参照相关文献资料，实验所设定的机械搅拌时间和超声分散 时间为30～60min；所设定的pH值分别为强酸性、中性和强碱性。为了方便， 这里假定水平A1、B1、C1用数字1表示，水平A2、B2、C2用数字2表示，水平 A3、B3、C3用数字3表示，由此建立了如表2所示的试验方案正交表：
表2 试验方案正交表
Tab.2 Test plan orthogonal table
Figure BDA0003190919670000032
按照以上试验方案表，根据实验四得出的微纳复合颗粒、分散剂和基液的相 对最佳组合，基于此探究不同温度、机械搅拌时间和pH的变化对微纳复合磁性 液体沉降稳定性的影响。实验结果的测定采用重力沉降法和紫外分光光度计进行 测定，实验结果填入表2的第五列。
具体实施方式
根据微纳复合磁性液体的制备流程给出了磁流变液的详细制备过程如下：
(1)分别取SLS、CTMHB、SDBS、CMC、PEG含量为1％的分散剂与10ml 基液混合，采用机械搅拌的方式制备出分散剂溶液。
(2)将粒径为平均粒径为10nm～100nm的Fe3O4纳米颗粒和10～100μm 的羰基铁粉放入分散剂溶液中，采用水浴加热与超声分散的方式，对微纳颗粒材 料表面进行改性处理。
(3)对步骤(2)获得的混合溶液进行球磨处理，球磨时间为12h。
(4)将步骤(3)中经过球磨处理的溶液溶解于50ml去离子水中，控制水 浴加热温度60℃、通过添加酸碱调节液控制溶液pH值为7，进行机械搅拌60min， 得到制备完成的微纳复合磁性液。
(4)对步骤(3)制备完成的微纳复合磁性液进行沉降稳定性分析，具体方 式如下：
采用重力沉降法对微纳复合磁性液进行沉降稳定性进行分析，沉降率为上清 液的体积a占总体积(a+b)的百分比，如式(1)所示
Figure BDA0003190919670000041

Claims (3)

1.一种用于电磁阻尼减振作用的微纳复合磁性液体的制备方法，其特征在于：采用灵敏度分析法，确定不同微纳颗粒材料直径、形貌、磁化特性；表面活性剂种类；基载液种类；外部温度、pH值和分散方式变量因素组分参数对磁性液体饱和磁化强度、黏度和润滑性的影响程度，以实现制备沉降稳定性的微纳复合磁性液，使其具备改善NES-磁流变自调谐吸振器的减振性能；
实验步骤分为：
步骤(1)分散剂种类的选择；
采用电子天平分别称取质量分数SLS、CTMHB、SDBS、CMC、PEG含量为1％与去离子水混合，然后将粒径10nm～100nm的Fe3O4纳米颗粒加入到去离子水中，使台式数控超声波水浴锅的温度设定为40℃；在水浴条件下，超声分散制成纳米颗粒水溶液，30min后向纳米颗粒水溶液中添加10～100μm的羰基铁粉；最后将制备好的分散剂溶液滴加到微纳颗粒水溶液中，并对微纳颗粒水溶液进行加热均质处理，最后将其在40～50℃环境下进行机械搅拌，静置12h以上；
步骤(2)分散剂含量的确定；
根据实验选择出分散效果好的分散剂与微纳颗粒实验组，在其他实验条件不变的情况下，改变分散剂的含量分别为0.00～0.25mol/L，得出分散剂的用量；
步骤(3)基础液的选定；
根据步骤(1)、(2)得出分散剂种类与含量的最优组合，在此基础上制备基础液分别为自来水、去离子水、RO反渗透膜处理水和乙醇的不同种类的微纳复合磁性液；
步骤(4)微纳复合材料粒径的选择；
在步骤(3)的基础上，分别选用平均粒径为10nm～100nm的Fe3O4纳米颗粒和10～100μm的羰基铁粉进行试验；
步骤(5)外部变量的影响因素；
采用正交实验法验证温度、机械搅拌时间和pH值三个因子即影响因素的不同水平即影响因素所占比例的大小对微纳复合材料沉降稳定性影响。
2.根据权利要求1所述的一种用于电磁阻尼减振作用的微纳复合磁性液体的制备方法，其特征在于：水浴温度为60℃，机械搅拌时间为60min，pH值为7。
3.根据权利要求1所述的一种用于电磁阻尼减振作用的微纳复合磁性液体的制备方法，其特征在于：选用分散剂为CMC，用量为1.0mol/L。
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