DE60113672T2

DE60113672T2 - Instante mischung für magnetorheologische flüssigkeiten

Info

Publication number: DE60113672T2
Application number: DE60113672T
Authority: DE
Inventors: David J. Carlson
Original assignee: Lord Corp
Current assignee: Lord Corp
Priority date: 2000-05-03
Filing date: 2001-05-03
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2021-05-04
Also published as: DE60113672D1; US6475404B1; WO2001084567A2; WO2001084567A3; EP1279174A2; EP1279174B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft trocken formulierte, auf Magnetismus reagierende Pulver, die nach einem längeren Altern während der Lagerung leicht, z.B. sofort, funktionelle magnetorheologische Flüssigkeiten bilden, wenn sie zum Zeitpunkt der Einarbeitung in eine Vorrichtung einer Trägerflüssigkeit zugegeben werden. Diese magnetorheologischen Flüssigkeiten weisen wesentliche Erhöhungen des Fließwiderstandes auf, wenn magnetische Felder auf sie einwirken.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Herkömmliche magnetorheologische Flüssigkeiten sind Flüssigkeitszusammensetzungen, die in Gegenwart eines Magnetfeldes eine Änderung der scheinbaren Viskosität erfahren. Die Flüssigkeiten umfassen normalerweise ferromagnetische oder paramagnetische Teilchen, die in einer Trägerflüssigkeit dispergiert sind. Die Teilchen werden in Gegenwart eines angelegten Magnetfeldes polarisiert und innerhalb der Flüssigkeit zu Teilchenketten organisiert. Die Teilchenketten erhöhen die scheinbare Viskosität (Fließwiderstand) der Flüssigkeit. Die Teilchen kehren beim Entfernen des Magnetfeldes in einen unorganisierten Zustand zurück, wodurch sich die Viskosität der Flüssigkeit erniedrigt.
Magnetorheologische Flüssigkeiten sind zur Regelung der Dämpfung in verschiedenen Vorrichtungen wie Dämpfungsvorrichtungen, Stoßdämpfern und elastomeren Aufhängungen vorgeschlagen worden. Sie sind auch zur Verwendung bei der Regelung des Drucks und/oder des Drehmoments in Bremsen, Kupplungen und Ventilen vorgeschlagen worden. Magnetorheologische Flüssigkeiten werden gegenüber elektrorheologischen Flüssigkeiten in vielen Anwendungen als überlegen betrachtet, weil sie höhere praktische Fließgrenzen aufweisen und höhere Dämpfungskräfte erzeugen können.
Einige der ersten magnetorheologischen Flüssigkeiten, die zum Beispiel in U.S.-A-2 575 360, 2 661 825 und 2 886 151 beschrieben sind, umfassten reduzierte Eisenoxidpulver und niedrigviskose Öle. Diese Mischungen neigen dazu, sich als Funktion der Zeit abzusetzen, wobei die Absetzgeschwindigkeit gewöhnlich mit steigender Temperatur ansteigt. Einer der Gründe dafür, warum die Teilchen sich absetzen, liegt in der großen Dichtedifferenz zwischen den Ölen (etwa 0,7–0,95 g/cm³) und den Metallteilchen (etwa 7,86 g/cm³ für Eisenteilchen). Das Absetzen stört die magnetorheologische Aktivität des Materials aufgrund einer ungleichmäßigen Teilchenverteilung. Oft ist zum erneuten Suspendieren der Teilchen, wenn es überhaupt möglich ist, eine relativ hohe Scherkraft erforderlich, und in einigen Fällen kann die ursprüngliche Qualität einer während der Lagerung gealterten Flüssigkeit nicht wieder erhalten werden.
Eine Einschränkung dieser magnetorheologischen Flüssigkeiten besteht darin, dass sie mit organischen Trägerflüssigkeiten wie Ölen hergestellt werden, die polymerisieren, sich zersetzen, das Wachstum von Bakterien fördern und entzündlich sein können. Darüber hinaus können organische Trägerflüssigkeiten mit Komponenten der Vorrichtung, in denen sie eingesetzt werden, unverträglich sein. Herkömmliche MR-Flüssigkeiten enthalten normalerweise ein antioxidierendes Additiv. Im Verlauf der Alterung während der Lagerung kann das Antioxidans verbraucht werden oder zu einer variablen Qualität in Abhängigkeit vom Alter des Materials seit seiner Herstellung führen.
Um die Nachteile von magnetorheologischen Flüssigkeiten auf der Grundlage von Öl zu vermeiden, sind einige Versuche zur Herstellung von magnetorheologischen Flüssigkeiten unternommen worden, die keine organischen Trägerflüssigkeiten einschließen oder die nur mit Wasser mischbare organi sche Lösungsmittel einschließen. Magnetorheologische Flüssigkeiten auf der Grundlage von Wasser, bei denen verschiedene Verdickungsmittel wie Xanthangummi und Carboxymethylcellulose verwendet werden, sind in U.S.-A-5 670 077 beschrieben. Diese Formulierungen sind aber schwierig zu mischen, neigen dazu, Klumpungsprobleme aufzuweisen und neigen dazu, sich im Verlauf der Zeit abzusetzen. Darüber hinaus weisen magnetorheologische Flüssigkeiten auf der Grundlage sowohl von Öl als auch von Wasser den Nachteil auf, beim Transport unhandlich zu sein, wodurch hohe Transportkosten verursacht werden.
Somit wäre es vorteilhaft, eine magnetorheologische Flüssigkeit zu haben, die eine verbesserte Alterung während der Lagerung aufweist und bei der die Probleme herkömmlicher Flüssigkeiten vermieden werden, die leicht zu transportieren und über ausgedehnte Lagerzeiträume stabil ist und zum Einsatzzeitpunkt eine verbesserte Gleichmäßigkeit und Qualität aufweist. Es wäre weiterhin vorteilhaft, eine magnetorheologische Flüssigkeit zu haben, die leicht gemischt werden kann und die sich im Laufe der Zeit nicht absetzt. Es wäre auch vorteilhaft, ein Produkt zu haben, das eine verbesserte Leichtigkeit der Handhabung und des Versands zum Endnutzer hat. Die vorliegende Erfindung macht ein solches Produkt verfügbar.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung macht eine Mischung aus trockenen Komponenten zur Bildung eines auf Magnetismus reagierenden Trockenkonzentrats verfügbar, das nach einem Altern während einer Lagerung in einer Trägerflüssigkeit unter Bildung einer gebrauchsfähigen magnetorheologischen Flüssigkeit leicht dispergiert werden kann. Bei der Trägerflüssigkeit kann es sich um eine wässrige oder eine organische Flüssigkeit handeln. Die verwendete Mischung von Komponenten ist im Wesentlichen trocken und umfasst ein auf Magnetismus reagierendes Pulver und ein Thixotropiermittel. Diese während einer Lagerung gealterte Mischung ergibt ein magnetorheologisches Fertig-Flüssigkeitsgemisch oder -konzentrat, das in Pulverform verschickt und gelagert werden kann, bis der Nutzer zur Bildung einer magnetorheologischen Flüssigkeit bereit ist. Eine magnetorheologische Flüssigkeit der vorliegenden Erfindung besteht aus dem magnetorheologischen Flüssigkeitskonzentrat und einer wässrigen Flüssigkeit oder einer organischen Flüssigkeit. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das magnetorheologische Flüssigkeitskonzentrat 90 Gew.-% bis 99,9 Gew.-% Eisenpulver, 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-% eines Rostschutzmittels und 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% eines wasserlöslichen Thixotropiermittels.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine auf Magnetismus reagierende (magnetorheologische) oder magnetisch regelbare Vormischung in Form eines Trockenkonzentrats, das zur Fertig-Herstellung einer Flüssigkeit zu verwenden ist. Die Vormischung ist als gleichmäßige, gebrauchsfertige Vormischung über Tage, Wochen und Monate lagerstabil. Die aus dem Konzentrat hergestellte magnetorheologische Flüssigkeit ist verbessert. Das während der Lagerung gealterte Konzentrat ist eine Mischung aus im Wesentlichen trockenen, auf Magnetismus reagierenden Teilchen und einer thixotropen Komponente ohne Trägerflüssigkeit. Die pulverisierte Mischung bildet nach der Zugabe einer Trägerflüssigkeit wie Wasser oder Öl zum Einsatzzeitpunkt sofort eine magnetorheologische Flüssigkeit. Insbesondere umfasst das magnetorheologische Flüssigkeitskonzentrat der Erfindung eine im Wesentlichen trockene Mischung aus einem auf Magnetismus reagierenden Pulver, einem Thixotropiermittel und enthält vorzugsweise einen pH-Regler, ein Antioxidans und ein Gleitmittel. Der Begriff "im Wesentlichen trocken" bedeutet, dass die Pulver gewöhnlich nicht über zugegebene Flüssigkeit verfügen und normalerweise weniger als 2 Gew.-% Wasser oder Feuchtigkeit enthalten, das bzw. die aus den Rohstoffen in demjenigen Zustand, in dem sie erhalten wurden, stammt. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Trockenkonzentrat-Pulver weniger als 0,5 Gew.-% Feuchtigkeit auf. Somit enthält das Konzentrat oder die Trockenmischung der Erfindung keine zugegebene flüssige Komponente und wird hergestellt, ohne dass eine Flüssigkeit zugegeben wird. Das wesentliche Fehlen von Flüssigkeit im Konzentrat der Erfindung ermöglicht einen leichten Transport des Konzentrats zum Endnutzer.
Die magnetorheologische Sofort-Flüssigkeitsmischung wird durch ein Einmischen oder Dispergieren des trockenen Thixotropiermittels in das bzw. in dem auf Magnetismus reagierenden Pulver vor dem Transport des magnetorheologischen Flüssigkeitskonzentrats zum Ort des Endnutzers hergestellt. Die Kombination der trockenen Bestandteile kann dann leicht einer Trägerflüssigkeit wie Wasser oder Öl zur Verwendung als magnetorheologische Flüssigkeit zugemischt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann das magnetorheologische Flüssigkeitskonzentrat nur die auf Magnetismus reagierenden Teilchen enthalten, wobei das Thixotropiermittel später vom Endnutzer unter Bildung der magnetorheologischen Flüssigkeit zugegeben wird. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann das Konzentrat alle Komponenten einer magnetorheologischen Flüssigkeit wie das Thixotropiermittel mit Ausnahme des auf Magnetismus reagierenden Pulvers enthalten, wobei das Pulver zu demjenigen Zeitpunkt zugegeben wird, an dem die magnetorheologische Flüssigkeit gebildet wird.
Bei dem in der vorliegenden Erfindung brauchbaren, auf Magnetismus reagierenden Pulver kann es sich um jedes beliebige Pulver handeln, von dem bekannt ist, dass es eine magnetorheologische Aktivität hat. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das auf Magnetismus reagierende Pulver Eisenpulver. Beim Eisenpulver kann es sich um jede Form von pulverisiertem Eisen, insbesondere Carbonyleisen, reduziertes Carbonyleisen, Eisenschrot, gemahlenes Eisen, schmelzgesprühtes Eisen, Eisenlegierungen und oder Mischungen von beliebigen der obigen handeln. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform ist das Eisen reduziertes Carbonyleisen.
Die Teilchengröße des auf Magnetismus reagierenden Pulvers sollte so ausgewählt sein, dass es Mehrdomänen-Merkmale aufweist, wenn ein Magnetfeld darauf einwirkt. Mittlere Teilchengrößen für das auf Magnetismus reagierende Pulver sind gewöhnlich zwischen 0,1 μm und 100 μm, vorzugs weise zwischen 0,5 μm und 50 μm. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform beträgt die mittlere Größe des Teilchendurchmessers des auf Magnetismus reagierenden Pulvers 1 μm bis 10 μm.
Das auf Magnetismus reagierende Pulver ist im magnetorheologischen Flüssigkeitskonzentrat in einer Menge von 90 Gew.-% bis 99,9 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge von 95 Gew.-% bis 99 Gew.-% vorhanden.
Beim Thixotropiermittel handelt es sich um jedes Mittel, das in einer im Wesentlichen trockenen Form mit dem auf Magnetismus reagierenden Pulver vermischt oder dispergiert werden kann und das bei einer Hydratisierung eine thixotrope Rheologie ergibt. Das Thixotropiermittel wird auf der Grundlage der gewünschten Trägerflüssigkeit ausgewählt. Zum Beispiel sollte das Thixotropiermittel wasserlöslich sein, wenn die magnetorheologische Flüssigkeit durch die Zugabe einer wässrigen Flüssigkeit zu der im Wesentlichen trockenen Mischung gebildet wird. Magnetorheologische Flüssigkeiten, die aus den magnetorheologischen Flüssigkeitskonzentraten der Erfindung gebildet werden, bei denen wasserlösliche Thixotropiermittel verwendet werden, werden leicht gemischt und verhindern Klumpungsprobleme, die bei wässrigen magnetorheologischen Flüssigkeiten oft auftreten.
Das wasserlösliche Thixotropiermittel kann aus natürlichen oder synthetischen wasserlöslichen Gummis und Harzen, Stärken, Polysacchariden, Cellulosederivaten, synthetischen oder natürlichen Tonen, Natriumtetraboratdecahydrat, wasserlöslichen Metallseifen oder Mischungen aus beliebigen der obigen ausgewählt sein. Zusätzliche Materialien, die als das wasserlösliche Thixotropiermittel der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Tangextrakte wie Agar, Algin, Carrageen, Fucoidan, Furcellaran, Laminarin, Hypnean, Porphyran, Funoran, Dulsan, Iridophycan oder andere Tang-Hydrocolloide, pflanzliche Ausscheidungsprodukte wie Gummi arabicum, Ghattigummi, Karayagummi und Tragantgummi, Guargummi, Samengummis wie Guargummi, Johannisbrotgummi, Quittensamengummi, Psylliumsamengummi, Leinsamengummi, Okragummi und Tamarinde, Pflanzenextrakte wie Lärchen-Arabinogalactan und Pektin, tierische Extrakte wie Chitin, Gelatine und hydrolysiertes Collagen und Derivate des Obigen wie Natriumsalze des Obigen oder solche Verbindungen wie Propylenglycolalginat. Andere Materialien, die verwendet werden können, umfassen biosynthetische Gummis wie Xanthangummi, deacetyliertes Xanathangummi, ein Carboxymethylether von Xanathangummi, ein Propylenglycolester von Xanthangummi, kationische Derivate von Xanthangummi, mit Formaldehyd vernetzte Derivate von Xanthangummi, Hefepolysaccharide, Pilz-Polysaccharide, Scleroglucan und Dextrane, Stärkefraktionen und -derivate wie Stärkeamylose, Stärkeamylopectin, Stärkedextrine, Stärkehydroxyethylether und andere Stärkeether, Cellulosederivate wie Methylcellulose und deren Derivate, Hydroxyalkylderivate von Cellulose, Ethylhydroxyethylcellulose, Natriumcarboxymethylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Cellulosegumminatriumcarboxymethylcellulose, synthetische Harze wie Polyethylenimine, Polyacrylamid, Polyvinylalkohol, in Wasser reduzierbare Acrylharze, Polymere auf der Grundlage von Pyrrolidon, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenoxid, Polyethyleniminpolymere, in Wasser reduzierbare Epoxyester, Hexamethoxymethylmelamin, Isobutylen-Buten-Copolymere, wasserlösliche Phenolharze und andere wasserlösliche synthetische Harze und Mischungen von beliebigen des Obigen wie Xanthangummi und Johannisbrotgummi, Xanthangummi und Polyethylenoxid und andere Mischungen.
Bevorzugte Materialien zur Verwendung als das wasserlösliche Thixotropiermittel umfassen das Natriumsalz von Carboxymethylcellulose, synthetisches Hectorit, Polyethylenoxid oder Xanthangummi.
In wässrigen Systemen ist die Trägerflüssigkeit Wasser oder eine Flüssigkeit auf der Grundlage von Wasser. Das zum magnetorheologischen Flüssigkeitskonzentrat gegebene Wasser kann in jeder beliebigen Form vorliegen und kann von jeder Quelle stammen, wird aber vorzugsweise sowohl deionisiert als auch destilliert, bevor es im magnetorheologischen Flüssigkeitsmaterial verwendet wird. Das Wasser wird normalerweise in einer Menge verwendet, die von 50 bis 95 Vol.-% des gesamten magnetorheologischen Flüssigkeitsmaterials reicht. Vorzugsweise wird das Wasser in einer von 52 bis 70 Vol.-% des gesamten magnetorheologischen Flüssigkeitsmaterials reichenden Menge verwendet. Dies entspricht 11 bis 70 %, vorzugsweise 12 bis 24 Gew.-% des gesamten magnetorheologischen Flüssigkeitsmaterials. Wenn zu viel Wasser vorhanden ist, ist die abgegebene Kraft der magnetorheologischen Flüssigkeit zur Verwendung in Vorrichtungen möglicherweise unzureichend. Wenn die Wassermenge unzureichend ist, wandelt sich das magnetorheologische Flüssigkeitsmaterial möglicherweise in ein pastenartiges Material um.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ausschließlich Wasser verwendet. In anderen Ausführungsformen können kleine Mengen an polaren, mit Wasser mischbaren organischen Lösungsmitteln wie Methanol, Ethanol, Propanol, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Aceton, Tetrahydrofuran oder Diethylether zugegeben werden. Diese Lösungsmittel sind vorzugsweise in einer Menge von weniger als 5 Gew.-% der gesamten Formulierung vorhanden.
In einer anderen Ausführungsform kann der pH-Wert der wässrigen Trägerflüssigkeit durch die Zugabe von Säuren oder Basen modifiziert werden. Ein geeigneter pH-Wert-Bereich ist zwischen 5 und 13, und ein bevorzugter pH-Bereich beträgt zwischen 8 und 9.
Wenn das magnetorheologische Flüssigkeitskonzentrat in einem wässrigen System verwendet wird, kann es wünschenswert sein, eine Frostschutzkomponente zuzugeben, um ein Gefrieren zu verhindern und den Einsatztemperaturbereich der aus dem Konzentrat gebildeten magnetorheologischen Flüssigkeit zu erweitern. Vorzugsweise wird eine Glycolkomponente als Additiv für das Wasser verwendet, wodurch solche Frostschutzeigenschaften erhalten werden. Zur Verhinderung eines Gefrierens sind brauchbare Glycolverbindungen sind bekannt, und Beispiele für Glycolverbindungen umfassen Ethylenglycol und Propylenglycol, wobei Ethylenglycol bevorzugt ist. Die Glycolverbindung wird, wenn sie eingesetzt wird, normalerweise in einer von 1 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise von 10 bis 50 Gew.-% reichenden Menge, bezogen auf das Gesamtgewicht des im magnetorheologischen Flüssigkeitsmaterial verwendeten Wassers, verwendet.
Wenn das magnetorheologische Trockenkonzentrat dahingehend angepasst wird, dass es zusammen mit einer organischen Trägerflüssigkeit verwendet wird, kann ein mit einem solchen System verträgliches Thixotropiermittel ausgewählt werden. Öllösliche Metallseifen sind bevorzugt, aber andere Thixotropiermittel, die für solche organischen Flüssigkeitssysteme brauchbar sind, können verwendet werden. Einige brauchbare Thixotropiermittel sind in U.S.-A-5 645 752 beschrieben. Solche Thixotropiermittel umfassen polymermodifizierte Metalloxide. Das polymermodifizierte Metalloxid kann hergestellt werden, indem ein Metalloxidpulver mit einer polymeren Verbindung, die mit der Trägerflüssigkeit verträglich ist und dazu fähig ist, im Wesentlichen alle wasserstoffbindenden Stellen oder Gruppen auf der Oberfläche der Metalloxide vor einer Wechselwirkung mit anderen Molekülen abzuschirmen, umgesetzt wird. Veranschaulichende Metalloxidpulver umfassen ausgefälltes Kieselgel, Quarzstaub oder pyrogenes Siliciumdioxid, Kieselgel, Titandioxid und Eisenoxide wie Ferrite oder Magnetite. Beispiele für polymere Verbindungen, die zur Bildung der polymermodifizierten Metalloxide brauchbar sind, umfassen Siloxanoligomere, Mineralöle und Paraffinöle, wobei Siloxanoligomere bevorzugt sind. Das Metalloxidpulver kann mittels Techniken, die den Fachleuten auf dem Gebiet der Oberflächenchemie wohlbekannt sind, mit der polymeren Verbindung oberflächenbehandelt werden. Ein polymermodifiziertes Metalloxid in Form von Quarzstaub, der mit einem Siloxan-Oligomer behandelt ist, kann unter den Handelsbezeichnungen AERO-SIL^® R-202 bzw. CABOSIL^® TS-720 von der Degussa Corporation bzw. der Cabot Corporation kommerziell erhalten werden.
Die Trägerflüssigkeit, die zur Bildung der gebrauchsfertigen magnetorheologischen Flüssigkeit aus dem Konzentrat der Erfindung verwendet wird, kann jede der zur Verwendung mit magnetorheologischen Flüssigkeiten bekannten Hilfsmittel- oder Trägerflüssigkeiten sein. Die verwendbaren organischen Flüssigkeiten umfassen Silicon-Copolymere, Weißöle, Hydrauliköle, chlorierte Kohlenwasserstoffe, Transformatorenöle, halogenierte aromatische Flüssigkeiten, halogenierte Paraffine, Diester, Polyoxyalkylene, perfluorierte Polyether, fluorierte Kohlenwasserstoffe, fluorierte Silicone, gehinderte Esterverbindungen, synthetische Kohlenwasserstofföle wie Poly-Alpha-Olefine und Mischungen oder Blends davon. Besonders bevorzugt sind synthetische Kohlenwasserstofföle wie Poly-Alpha-Olefine.
Das Thixotropiermittel ist im magnetorheologischen Flüssigkeitskonzentrat in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% vorhanden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Thixotropiermittel im magnetorheologischen Flüssigkeitskonzentrat in einer Menge von 0,5 Gew.-% bis 2 Gew.-% vorhanden.
Um die Bildung von Rost auf der Oberfläche des auf Magnetismus reagierenden Pulvers in einem wässrigen System, insbesondere Pulver, das Eisen einschließt, zu hemmen, ist es bevorzugt, einen Rostinhibitor als Additiv für das magnetorheologische Flüssigkeitskonzentrat zu verwenden. Rostinhibitoren, die auch als Sauerstofffänger bekannt sind, sind wohlbekannt und umfassen normalerweise verschiedene Nitrit- oder Nitratverbindungen. Spezielle Beispiele für Rostschutzmittel umfassen Natriumnitrit, Natriumnitrat, Natriumbenzoat, Borax, Ethanolaminphosphat und Mischungen davon. Beschreibungen verschiedener Rostschutzmittel können in Uhlig et al., "Corrosion and Corrosion Control", 3. Auflage, John Wiley (1985), Collie, Hrsg., "Corrosion Inhibitors", Noyes Data Corp. (1983), Ash et al., "Handbook of Industrial Chemical Additives", VCH Publications, New York (1991), S. 783–785, McCutcheon "Volume 2: Functional Materials, North American Edition", Mfg. Confectioner Publ. Co. (1992), S. 73–84, und Diamant, "Rust and Rot", Argus and Robertson, London (1972), S. 59, gefunden werden.
Das Rostschutzmittel, falls verwendet, wird normalerweise in einer von 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-%, vorzugsweise von 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des in der magnetorheologischen Flüssigkeit verwendeten Wassers, eingesetzt. Das Rostschutzmittel wird gewöhnlich in Pulverform verwendet und durch mechanische Mittel mit den anderen Komponenten des Konzentrats vermischt.
Andere Komponenten können gegebenenfalls in das magnetorheologische Flüssigkeitskonzentrat der Erfindung eingeschlossen sein. Zum Beispiel können Alkalisierungsmittel wie Natriumhydroxid zugegeben werden, damit gewährleistet ist, dass der pH-Wert der aus dem magnetorheologischen Flüssigkeitskonzentrat gebildeten magnetorheologischen Flüssigkeit über ihre Lebensdauer alkalisch bleibt. Antifriktionsmittel oder Antiverschleißmittel wie Graphit oder Molybdändisulfid können eingeschlossen werden, um den Verschleiß zu vermindern, wenn die resultierende magnetorheologische Flüssigkeit sich in einem bewegenden Kontakt mit der Oberfläche von verschiedenen Teilen befindet. Andere optionale Komponenten umfassen farbgebende Mittel und ein Trockenmittel, um das magnetorheologische Flüssigkeitskonzentrat im Wesentlichen bis zu seiner Verwendung zur Bildung einer magnetorheologischen Flüssigkeit trocken zu halten. Schleifende Medien wie Ceroxid können gegebenenfalls zugegeben werden, so dass die fertige magnetorheologische Flüssigkeit als magnetisch gesteuertes Material zum Schleifen, Polieren oder Läppen verwendet werden kann.
Die magnetorheologischen Flüssigkeiten, die aus den magnetorheologischen Flüssigkeitskonzentraten der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, können in einer Reihe von Vorrichtungen einschließlich Bremsen, Kolben, Kupplungen, Dämpfungsvorrichtungen, Übungsvorrichtungen, regelbaren Verbundstrukturen und Konstruktionselementen verwendet werden. Darüber hinaus kann die Erfindung in Spielzeugen, Spielen oder Neuheiten verwendet werden. In einigen Vorrichtungen wie bei einer magnetorheologischen Bremse kann das magnetorheologische Flüssigkeitskonzentrat als auf Magnetismus reagierendes Medium dienen, ohne dass eine Trägerflüssigkeit zugegeben wird. Ein Fachmann hat das Verständnis dafür, für welche Anwendungen eine magnetorheologische Flüssigkeit erforderlich ist, z.B. eine Vorrichtung, bei der ein Flüssigkeitsstrom erforderlich ist, wie bei einer magnetorheologischen, hydraulischen Dämpfungsvorrichtung.
Das magnetorheologische Flüssigkeitskonzentrat der vorliegenden Erfindung wird hergestellt, indem die trockenen Komponenten mechanisch so vermischt werden, dass eine gleichmäßige Pulvermischung erhalten wird. Sobald das auf Magnetismus reagierende Pulver und das Thixotropiermittel miteinander vermischt sind, kann das gebildete magnetorheologische Flüssigkeitskonzentrat ohne nennenswerten Qualitätsverlust einer Alterung während der Lagerung unterzogen werden und später zur Herstellung der gebrauchsfähigen Flüssigkeit zum Endnutzer verschickt werden. Dies ermöglicht große Einsparungen bei den Transportkosten, weil das Konzentrat im Wesentlichen keine flüssige Komponente enthält und viel weniger wiegt und viel weniger Raum einnimmt als bekannte magnetorheologische Flüssigkeiten. Sobald der Endnutzer eine magnetorheologische Flüssigkeit einsetzen möchte, wird die Trockenmischung mit einer Trägerflüssigkeit wie Wasser unter Bildung einer verbesserten gleichmäßigen und stabilen magnetorheologischen Flüssigkeit ohne Klumpen und ohne ein Absetzen vermischt. Auf diese Weise wird die Trägerflüssigkeit erst unmittelbar vor der Verwendung der erhaltenen magnetorheologischen Flüssigkeit zugegeben. Alternativ kann eine Wasser/Glycol-Mischung statt ausschließlich Wasser zugegeben werden. Wenn ein organisches Flüssigkeitssystem bevorzugt ist, können mit der organischen Flüssigkeit verträgliche thixotrope Additive verwendet und eine zweckmäßige Trägerflüssigkeit zugegeben werden.
Die magnetorheologischen Flüssigkeiten, die aus den Konzentraten der Erfindung hergestellt werden, können durch jedes einer Vielzahl von Mischmethoden hergestellt werden. Zum Beispiel wird für wässrige Systeme zum magnetorheologischen Sofort-Flüssigkeitsgemisch oder -konzentrat Wasser gegeben, das zuerst durch Rühren mit einem Spatel und dann durch ein heftiges Schütteln des Behälters, in dem die magnetorheologische Flüssigkeit bereitgestellt wird, vermischt wird. Alternativ kann das Schütteln durch ein Rühren mittels eines kleinen mechanischen Hochgeschwindigkeits mischers ersetzt werden. Ohne zu wünschen, an eine Theorie gebunden zu sein, wird angenommen, dass das Klumpen, das bei wässrigen magnetorheologischen Flüssigkeiten des Standes der Technik gefunden wird, vermieden wird, weil das Thixotropiermittel in einer im Wesentlichen trockenen Form mit den auf Magnetismus reagierenden Pulvern vor der Hydratisierung in Wasser dispergiert oder vermischt wird. Die Konzentrate der Erfindung können mit ähnlichen Mitteln mit anderen Trägerflüssigkeiten vermischt werden.
Die magnetorheologischen Flüssigkeiten, die aus den magnetorheologischen Sofort-Flüssigkeitsgemischen der vorliegenden Erfindung erhalten werden, weisen ein typisches Verhalten von magnetorheologischen Flüssigkeiten auf.
Die folgenden Beispiele sind zur Veranschaulichung der Erfindung angegeben und dürfen nicht dahingehend aufgefasst werden, dass sie den Rahmen der Erfindung einschränken.
KONTROLLBEISPIEL 1
Ein herkömmliches magnetorheologisches Flüssigkeitskonzentrat wurde hergestellt, indem 100 g Eisenpulver, das reduzierte Carbonyleisen ISP R2430, 3 g Carboxymethylcellulose, Natriumsalz, und 3 g Natriumnitrit unter Rühren zu einer Trägerflüssigkeit gegeben wurden. Eine Klumpenbildung wird beobachtet, und eine umfangreiche Verfeinerung der Mischung ist erforderlich, um eine gleichmäßige Dispersion zu erhalten. Das Verfahren wird unter Verwendung eines synthetischen Hectorits als Thixotropiermittel mit demselben Ergebnis einer Klumpenbildung wiederholt, was ein umfangreiches mechanisches Rühren und Verfeinern erforderte. Das Verfahren wurde wiederholt, indem das Thixotropiermittel durch Xanthangummi ersetzt wurde. Dieselbe Klumpenbildung wurde beobachtet. Bei der Alterung während der Lagerung erfolgte im Verlauf mehrerer Wochen in den Flüssigkeiten ein Absetzen. Die Flüssigkeiten wurden mit einem mechanischen Rührer erneut dispergiert.
BEISPIEL 1
Ein magnetorheologisches Flüssigkeitskonzentrat wurde hergestellt, indem 100 g Eisenpulver, das reduzierte Carbonyleisen ISP R2430, 3 g Carboxymethylcellulose, Natriumsalz, und 3 g Natriumnitrit miteinander vermischt wurden. Die trockenen Bestandteile wurden mechanisch vermischt, so dass eine gleichmäßige Pulvermischung erhalten wurde. Um die Leichtigkeit der Herstellung einer gebrauchsfertigen Flüssigkeit zu testen, wurde die so gebildete Vormischung dann zu 25 ml Wasser in einer kleinen Flasche gegeben. Die Flüssigkeit wurde dann zuerst durch das Rühren mit einem Spatel und dann durch heftiges Schütteln der Flasche gemischt. Keine Klumpenbildung wurde beobachtet, und eine gleichmäßige Dispersion wurde leicht von Hand ohne die Hilfe eines mechanischen Rührers erhalten.
BEISPIEL 2
Ein magnetorheologisches Flüssigkeitsgemisch wurde hergestellt, indem 100 g Eisenpulver, das reduzierte Carbonyleisen ISP R2430, 0,5 g Polyethylenoxid ("Moon Blob^®", Dynamic Development Co.) und 1 g Natriumnitrit vermischt wurden. Die trockenen Bestandteile wurden mechanisch so vermischt, dass eine gleichmäßige Pulvermischung erhalten wurde. Das so gebildete magnetorheologische Sofort-Flüssigkeitsgemisch wurde dann in eine funktionierende magnetorheologische Flüssigkeit überführt, in dem es in einer kleinen Flasche mit 25 ml Wasser vereinigt wurde. Die Flüssigkeit wurde dann zuerst durch das Rühren mit einem Spatel und dann durch heftiges Schütteln der Flasche gemischt.
BEISPIEL 3
Ein magnetorheologisches Flüssigkeitsgemisch wurde hergestellt, indem 100 g Eisenpulver, das reduzierte Carbonyleisen ISP R2430, 0,75 g synthetischer Hectorit (Laponite^® RD) und 0,75 g Natriumnitrit vermischt wurden. Die trockenen Bestandteile wurden mechanisch so vermischt, dass eine gleichmä ßige Pulvermischung erhalten wurde. Das so gebildete magnetorheologische Sofort-Flüssigkeitsgemisch wurde dann in eine funktionierende magnetorheologische Flüssigkeit überführt, in dem es in einer kleinen Flasche mit 25 ml Wasser vereinigt wurde. Die Flüssigkeit wurde dann zuerst durch das Rühren mit einem Spatel und dann durch heftiges Schütteln der Flasche gemischt.

Claims

Magnetorheologisches Trockenkonzentrat, umfassend in Abwesenheit einer Trägerflüssigkeit eine im Wesentlichen trockene Mischung aus einem auf Magnetismus reagierenden Pulver und einem Thixotropiermittel.
Magnetorheologisches Trockenkonzentrat nach Anspruch 1, wobei das Thixotropiermittel wasserlöslich ist.
Magnetorheologisches Trockenkonzentrat nach Anspruch 1, wobei das Thixotropiermittel mit einer organischen Flüssigkeit verträglich ist.
Magnetorheologisches Trockenkonzentrat nach Anspruch 1, wobei das auf Magnetismus reagierende Pulver Eisenpulver ist.
Magnetorheologisches Trockenkonzentrat nach Anspruch 4, wobei das Eisenpulver Carbonyleisen, reduziertes Carbonyleisen, Eisenschrot, gemahlenes Eisen, schmelzgesprühtes Eisen, Eisenlegierungen oder Mischungen davon ist.
Magnetorheologisches Trockenkonzentrat nach Anspruch 4, das weiterhin ein Rostschutzmittel umfasst.
Magnetorheologisches Trockenkonzentrat nach Anspruch 6, wobei das Rostschutzmittel Natriumnitrit, Natriumnitrat, Natriumbenzoat, Borax, Ethanolaminphosphat oder Mischungen davon ist.
Magnetorheologisches Trockenkonzentrat nach Anspruch 2, wobei das wasserlösliche Thixotropiermittel ein Gummi, ein Harz, eine Stärke, ein Polysaccharid, ein Cellulosederivat, Ton, Natriumtetraboratdecahydrat, eine Metallseife oder eine Mischung davon ist.
Magnetorheologisches Trockenkonzentrat nach Anspruch 8, wobei das wasserlösliche Thixotropiermittel synthetisches Hectorit, Agar, Algin, Carrageenan, Fucoidan, Furcellaran, Laminarin, Hypnean, Porphyran, Funoran, Dulsan, Iridophycan, Gummi arabicum, Ghattigummi, Karayagummi und Tragantgummi, Guargummi, Johannisbrotgummi, Quittensamengummi, Psylliumsamengummi, Leinsamengummi, Okragummi und Tamarinde, Lärchen-Arabinogalactan und Pektin, Chitin, Gelatine und hydrolysiertes Collagen, Natriumsalze des Obigen, Propylenglycolalginat, Xanthangummi, deacetyliertes Xanathangummi, ein Carboxymethylether von Xanathangummi, ein Propylenglycolester von Xanthangummi, kationische Derivate von Xanthangummi, mit Formaldehyd vernetzte Derivate von Xanthangummi, Hefepolysaccharide, Pilz-Polysaccharide, Scleroglucan und Dextrane, Stärkeamylose, Stärkeamylopectin, Stärkedextrine, Stärkehydroxyethylether, Methylcellulose, Ethylhydroxyethylcellulose, Natriumcarboxymethylcellulose, Hydroxymethylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Hydroxyethylcellulose und Cellulosegumminatriumcarboxymethylcellulose, Polyethylenimine, Polyacrylamid, Polyvinylalkohol, in Wasser reduzierbare Acrylharze, Polymere auf der Grundlage von Pyrrolidon, Polyvinylpyrrolidon, Polyethylenoxid, Polyethyleniminpolymere, in Wasser reduzierbare Epoxyester, Hexamethoxymethylmelamin, Isobutylen-Butan-Copolymere, wasserlösliche Phenolharze und Mischungen von beliebigen des Obigen ist.
Magnetorheologisches Trockenkonzentrat nach Anspruch 6, das weiterhin ein oder mehrere der folgenden Mittel, ein Alkalisierungsmittel, ein reibungsminderndes Mittel, ein farbgebendes Mittel oder ein Trockenmittel, umfasst.
Magnetorheologisches Trockenkonzentrat nach Anspruch 1, das eine im Wesentlichen trockene Mischung von 90 Gew.-% bis 99,9 Gew.-% Eisenpulver, 0,1 Gew.-% bis 10 Gew.-% eines Rostschutzmittels und 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% eines wasserlöslichen Thixotropiermittels umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer stabilen magnetorheologischen Flüssigkeit, umfassend das Vermischen eines auf Magnetismus reagierenden Pulvers mit einem Thixotropiermittel unter Bildung einer im Wesentlichen trockenen Mischung, die Zugabe einer Trägerflüssigkeit, das Einrühren der im Wesentlichen trockenen Mischung in die Trägerflüssigkeit und das Vermischen der im Wesentlichen trockenen Mischung mit der Trägerflüssigkeit durch heftiges Schütteln.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Trägerflüssigkeit Wasser ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Trägerflüssigkeit unmittelbar vor der Verwendung der magnetorheologischen Flüssigkeit in einer Vorrichtung mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit zugegeben wird.
Trockene Schleifmittelmischung in Abwesenheit einer Trägerflüssigkeit und eines Gleitmittels, die eine Komponente aus Schleifmittelteilchen, eine Komponente aus auf Magnetismus reagierenden Teilchen und ein Thixotropiermittel umfasst.