CN114934971A - 一种适用于多工作模式的粘弹性磁流变复合体及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粘弹性磁流变复合体，包括橡胶基体和嵌设于橡胶基体内的多个磁流变阻尼元件，所述磁流变阻尼元件沿橡胶基体的x方向跨行等间距均布于橡胶基体内；改善阻尼橡胶的低频阻尼特性，增大低频振动下阻尼橡胶的能量耗散率，拓宽阻尼橡胶的隔振频率，可适应多种工作模式。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合隔振材料技术领域，具体涉及一种适用于多工作模式的适用于多工作模式的粘弹性磁流变复合体及其使用方法。
背景技术
磁流变隔振技术多用于中低频振动能量的隔离，且已取得良好的阻尼效果。目前基于磁流变技术的阻尼元件包含磁流变阻尼器，磁流变弹性体和磁流变泡沫。高分子阻尼材料通常以损耗因子tanδ≥0.3相对应的范围为有效阻尼区。阻尼橡胶对于中高频振动具有较为优越的隔振能力，但在低频激励下，阻尼橡胶的损耗因子tanδ＜0.3，其隔振能力较弱。
因此，需要提升阻尼橡胶的中低频隔振能力，拓宽阻尼橡胶的有效隔振范围，使其能够适用于多工作模式。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于多工作模式的粘弹性磁流变复合体及其使用方法，改善阻尼橡胶的低频阻尼特性，增大低频振动下阻尼橡胶的能量耗散率，拓宽阻尼橡胶的隔振频率，可适应多种工作模式。
本发明的粘弹性磁流变复合体，包括橡胶基体和嵌设于橡胶基体内的多个磁流变阻尼元件，所述磁流变阻尼元件沿橡胶基体的x方向跨行等间距均布于橡胶基体内；
进一步，所述橡胶基体内沿x方向跨行等间距设置有通槽，所述通槽以长度方向垂直于X方向的方式位于橡胶基体内，所述磁流变阻尼元件胶接于橡胶基体的通槽中；
进一步，所述磁流变阻尼元件包括绕有线圈的铁芯、与铁芯贴合的磁流变复合织物和与磁流变复合织物粘接的导磁铁片；
进一步，所述磁流变复合织物由磁流变液与改性聚丙烯纺粘非织造布浸润复合而成，所述橡胶基体为溴化丁基橡胶；
进一步，将改性聚丙烯纺粘非织造布与磁流变液充分混合并使改性聚丙烯纺粘非织造布完全浸没于磁流变液中，经超声分散制得磁流变复合织物；
进一步，所述改性聚丙烯纺粘非织造布原料包括聚丙烯纤维、粘合剂和增塑剂，按质量比聚丙烯纤维：粘合剂：增塑剂＝6:2:1；
进一步，所述聚丙烯纤维的熔融指数为1520g/10min，所述粘合剂为丙烯酸甲酯，所述增塑剂为硬脂酸钠；
进一步，所述磁流变液的制备包括以下步骤：a.磁性颗粒改性：将磁性颗粒加入异丙醇中，使用搅拌器搅拌30min，使磁性颗粒上杂质充分溶解，然后将颗粒与油液分离，真空烘干后得到纯净的磁性颗粒；再将纯净的磁性颗粒加入异丙醇中，再加入硅烷偶联剂、十六烷基二甲基硅烷，超声分散30min后球磨10h，最后球液分离，真空干燥，得到改性后的磁性颗粒。
-b.向二甲基硅油中加入触变剂二氧化硅，超声分散30min，随后加入改性磁性颗粒并置于球磨机中球磨12h，球液分离后即得到制备的磁流变液。
本发明还公开一种粘弹性磁流变复合体的使用方法，将粘弹性磁流变复合体放置于振动源和隔振设备之间，并向该粘弹性磁流变复合体内通入电流，施加控制，实现振动能量的耗散与隔离。
本发明的有益效果是：本发明公开的适用于多工作模式的粘弹性磁流变复合体及其使用方法，具有以下优势：
1)提高低频激励下的阻尼效果：在原阻尼橡胶的基础上，嵌入磁流变元件，优化了阻尼橡胶低频下的阻尼特性，提升了橡胶在较低频率振动激励下的阻尼效果。
2)阻尼可控，可精确改变特定部位的阻尼：磁流变元件的阻尼特性随励磁电流的改变而改变，可通过精准调节励磁电流，达到精准调节指定部位磁流变元件输出阻尼力的特性，整体表现为该粘弹性磁流变材料不同位置阻尼发生不同的变化。
3)响应迅速：使用磁流变技术，响应时间在10微秒内。
4)抗杂质性能好。
5)磁流变元件沉降稳定性好：磁流变液与网状纤维基体的复合材料能够有效解决磁流变液的沉降难题，通过基体材料的空间网状纤维结构实现磁性颗粒的固定，彻底解决沉降稳定性
6)磁流变元件密封性好：具备空间网状纤维结构的磁流变液复合材料的基体纤维材料能够有效束缚磁流变液，相较于传统磁流变液、磁流变脂等材料，不需要多级密封装置就能实现良好的密封效果。
7)磁流变液需求量小，经济效益好：使用的磁流变织物，其相较于传统磁流变液、磁流变脂等材料，制备流程中耗费的磁流变液体积很少，一般低于同类型材料的1/3或1/4。
8)功能结构一体化：直接将粘弹性磁流变复合材料与振动源和隔振设备进行连接，无需其他额外装置与智能材料，实现智能材料的功能结构一体化；
9)适用多工作模式：粘弹性磁流变复合材料能够对应剪切工作模式与挤压工作模式，可同时输出两种工作模式下的阻尼力，实现阻尼力值叠加，增大可调阻尼力的调节范围。
10)使用磁流变织物，提升磁流变效应。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的橡胶基体结构示意图；
图2为本发明的磁流变阻尼元件结构示意图；
图3为本发明的磁流变阻尼元件与橡胶基体复合形成的粘弹性磁流变复合体结构示意图；
图4为磁场走向示意图；
图5为粘弹性磁流变复合体应用于车载设备的振动隔离应用示意图。
具体实施方式
图1为本发明的橡胶基体结构示意图；图2为本发明的磁流变阻尼元件结构示意图；图3为本发明的磁流变阻尼元件与橡胶基体复合形成的粘弹性磁流变复合体结构示意图；图4为磁场走向示意图；图5为粘弹性磁流变复合体应用于车载设备的振动隔离应用示意图。如图所示：本实施例的本发明的粘弹性磁流变复合体，包括橡胶基体1和嵌设于橡胶基体1内的多个磁流变阻尼元件3，所述磁流变阻尼元件3沿橡胶基体1的x方向跨行等间距均布于橡胶基体1内。其中x,y表示坐标方向，如图1所示。
本实施例中，所述橡胶基体1内沿x方向跨行等间距设置有通槽2，所述通槽2以长度方向垂直于X方向的方式位于橡胶基体1内，所述磁流变阻尼元件3胶接于橡胶基体1的通槽2中；使橡胶受压时沿y方向均匀变形。
本实施例中，所述磁流变阻尼元件3包括绕有线圈304的铁芯301、与铁芯301贴合的磁流变复合织物302和与磁流变复合织物302粘接的导磁铁片303；装配时，现将绕有线圈304并完成胶封的铁芯301粘连在橡胶基体1上，再将磁流变织物粘贴到导磁铁片303上，最后将导磁铁片303的另一面涂胶，放入橡胶基体1中完成胶连。若将励磁线圈304替换为永磁体，则不需要外界能量输入，该粘弹性磁流变材料等同为阻尼固定的被动式阻尼片。
本实施例中，所述磁流变复合织物302由磁流变液与改性聚丙烯纺粘非织造布浸润复合而成；所述橡胶基体1为溴化丁基橡胶；1)根据隔振装置的实际应用场景需求，选择不同的橡胶基体1材料。常用的橡胶阻尼材料有丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、丁基橡胶、聚乙酸乙烯酯橡胶以及丁晴橡胶等。当阻尼橡胶工作于室温附近，且要求具备良好的耐热、耐老化等性能时，可以选择丙烯酸酯橡胶；当阻尼橡胶工作于消声等场所，要求橡胶具备较高的tanδ，且工作温度范围不大时，优先选用聚氨酯橡胶；当阻尼橡胶工作于油污严重的隔震装置中，优先选用耐油性好的丁晴橡胶；当要求阻尼橡胶工作温度范围宽，则优先选用丁基橡胶系列作为基体。从工作温度范围角度考虑，选择普适性最高的溴化丁基橡胶作为本发明所制备复合隔振材料的基体：
制备溴化丁基橡胶：使用开炼机对丁基橡胶进行破胶与压薄片处理，随后将橡胶裁剪为较小颗粒。称量裁剪后的橡胶颗粒20g，并加入170ml正庚烷溶剂中，于室温下充分搅拌10小时，得到0.12g/mm3的溶胶。然后使用正庚烷溶剂稀释液溴，在避光条件下将稀释后的液溴加入溶胶中，快速搅拌5mimn，再快速加入氢氧化钠溶液中和洗涤，等待溶液PH值达到10，即可使用去离子水进行快速洗涤，洗涤完毕后加入硬脂酸钙等稳定剂，然后加入沸水闪蒸去除残留溶剂。此刻可以看到溶剂与橡胶出现明显分层，将橡胶取出并置于真空箱内恒温干燥，最后将橡胶放置于高温开炼机上炼干水分，即可得到溴化丁基橡胶基体1。
根据隔震装置实际应用场景需求，选择磁流变阻尼材料：目前磁流变材料主要包含：磁流变液、磁流变脂、磁流变弹性体、磁流变织物。考虑到磁流变阻尼材料的工作环境，选择吸附性良好的磁流变织物作为本专利所使用磁流变材料。制备磁流变织物的材料包含磁流变液与聚丙烯纺粘非织造布。
本实施例中，将改性聚丙烯纺粘非织造布与磁流变液充分混合并使改性聚丙烯纺粘非织造布完全浸没于磁流变液中，经超声分散制得磁流变复合织物302；所述改性聚丙烯纺粘非织造布原料包括聚丙烯纤维、粘合剂和增塑剂，按质量比聚丙烯纤维：粘合剂：增塑剂＝6:2:1；所述聚丙烯纤维的熔融指数一般取值为600-1800g/10min，所述粘合剂为丙烯酸甲酯，所述增塑剂为硬脂酸钠。将改性聚丙烯纺粘非织造布与磁流变液充分混合，将改性聚丙烯纺粘非织造布完全浸没于磁流变液中并超出1-2mm，超声分散40min，取出并去掉多余磁流变液，重复该分散过程2-4次，得到饱和的基于改性聚丙烯纺粘非织造布的磁流变液新型复合材料。其中，磁流变织物通过下述方式制备：
制备磁流变织物分为制备基体(聚丙烯纺粘非织造布)、制备磁流变液以及混合。
制备聚丙烯非织造布：选择聚丙烯树脂原料(MFI为1520g/10min)，选择丙烯酸甲酯为粘合剂，选择硬质酸钠为增塑剂。聚丙烯纤维、粘合剂和增塑剂的质量比例一般选为6:2:1，随后按照常见熔喷非织造布生产工艺进行以下操作：聚合物的喂入-熔融后挤出-原料过滤-原料计量-喷丝-成网-卷取-后加工-成品。即可得到聚丙烯非织造布成品。
本实施例中，所述磁流变液的制备包括以下步骤：
a.磁性颗粒改性：将磁性颗粒加入异丙醇中，使用搅拌器搅拌30min，使磁性颗粒上杂质充分溶解，然后将颗粒与油液分离，真空烘干后得到纯净的磁性颗粒；再将纯净的磁性颗粒加入异丙醇中，再加入硅烷偶联剂、十六烷基二甲基硅烷，超声分散30min后球磨10h，最后球液分离，真空干燥，得到改性后的磁性颗粒。
b.向二甲基硅油中加入触变剂二氧化硅，超声分散30min，随后加入改性磁性颗粒并置于球磨机中球磨12h，球液分离后即得到制备的磁流变液。
本实施例的一种粘弹性磁流变复合体的使用方法，将粘弹性磁流变复合体放置于振动源和隔振设备之间，并向该粘弹性磁流变复合体内通入电流，施加控制，实现振动能量的耗散与隔离。根据空间限制，制备适合面积长度的粘弹性磁流变复合体材料，选择合适的方式，使该粘弹性磁流变复合体材料分别连接振动元件和需要隔振的设备，实现振动隔离的目的。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种粘弹性磁流变复合体，其特征在于：包括橡胶基体和嵌设于橡胶基体内的多个磁流变阻尼元件，所述磁流变阻尼元件沿橡胶基体的x方向跨行等间距均布于橡胶基体内。
2.根据权利1所述的粘弹性磁流变复合体，其特征在于：所述橡胶基体内沿x方向跨行等间距设置有通槽，所述通槽以长度方向垂直于X方向的方式位于橡胶基体内，所述磁流变阻尼元件胶接于橡胶基体的通槽中。
3.根据权利要求1所述的粘弹性磁流变复合体，其特征在于：所述磁流变阻尼元件包括绕有线圈的铁芯、与铁芯贴合的磁流变复合织物和与磁流变复合织物粘接的导磁铁片。
4.根据权利要求3所述的粘弹性磁流变复合体，其特征在于：所述磁流变复合织物由磁流变液与改性聚丙烯纺粘非织造布浸润复合而成，所述橡胶基体为溴化丁基橡胶。
5.根据权利要求4所述的粘弹性磁流变复合体，其特征在于：将改性聚丙烯纺粘非织造布与磁流变液充分混合并使改性聚丙烯纺粘非织造布完全浸没于磁流变液中，经超声分散制得磁流变复合织物。
6.根据权利要求5所述的粘弹性磁流变复合体，其特征在于：所述改性聚丙烯纺粘非织造布原料包括聚丙烯纤维、粘合剂和增塑剂，按质量比聚丙烯纤维：粘合剂：增塑剂＝6:2:1。
7.根据权利要求6所述的粘弹性磁流变复合体，其特征在于：所述聚丙烯纤维的熔融指数为1520g/10min，所述粘合剂为丙烯酸甲酯，所述增塑剂为硬脂酸钠。
8.根据权利要求7所述的粘弹性磁流变复合体，其特征在于：所述磁流变液的制备包括以下步骤：a.磁性颗粒改性：将磁性颗粒加入异丙醇中，使用搅拌器搅拌30min，使磁性颗粒上杂质充分溶解，然后将颗粒与油液分离，真空烘干后得到纯净的磁性颗粒；再将纯净的磁性颗粒加入异丙醇中，再加入硅烷偶联剂、十六烷基二甲基硅烷，超声分散30min后球磨10h，最后球液分离，真空干燥，得到改性后的磁性颗粒。
b.向二甲基硅油中加入触变剂二氧化硅，超声分散30min，随后加入改性磁性颗粒并置于球磨机中球磨12h，球液分离后即得到制备的磁流变液。
9.根据权利要求1-8任一所述的粘弹性磁流变复合体的使用方法，其特征在于：将粘弹性磁流变复合体放置于振动源和隔振设备之间，并向该粘弹性磁流变复合体内通入电流，施加控制，实现振动能量的耗散与隔离。
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