EP0566931A1 - Magnetodilatant suspensions - Google Patents
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- H01F1/447—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of magnetic liquids, e.g. ferrofluids characterised by magnetoviscosity, e.g. magnetorheological, magnetothixotropic, magnetodilatant liquids
Definitions
- the invention relates to sedimentation-stable, magnetodilatant suspensions and their use.
- Magnetorheological fluids and suspensions i.e. Liquids and suspensions, the viscosity of which can be adjusted by the action of an external magnetic field
- these systems have a pseudoplastic, i.e. shear thinning or Newtonian flow behavior.
- systems have been described that show the so-called dilated flow behavior. (E.J.W. Verwey et al., Rec. Trav. Chim. 57 (1939) 383 to 389).
- a disadvantage of the known dilatant suspensions is that they are either not stable to sedimentation or that their viscosity cannot be influenced within wide limits by applying an external magnetic field.
- sedimentation-stable dispersions consisting essentially of magnetic particles with a particle size of less than 1 ⁇ m of a dispersing substance and a solvent with a boiling point of at least 100 ° C., have a magnetorheological effect, measured in a magnetic field of 100 kA / m , show at least 500 Pa and show dilated flow behavior.
- Suspensions in the sense of the invention are suspensions in which the quotient dln ⁇ / dln ⁇ exceeds the value of 0.3 without the action of an external magnetic field in at least a partial range of the shear rate interval from 0.1 to 100,000 s ⁇ 1, with ⁇ the shear viscosity and ⁇ mean the shear rate.
- the suspensions according to the invention contain the magnetic particles with a volume fraction of at least 10, preferably at least 15% and up to 80% by volume, a range between 20 and 65% by volume being particularly advantageous.
- the volume of the magnetic particles used is the total volume, which means that the layer of dispersing substance must also be added to the respective particle.
- Suitable magnetic particles for the suspensions according to the invention with an average particle size of less than 1 ⁇ m, usually with a particle size of 10 to 100 nm, are preferably those with a high specific saturation magnetization.
- Preferred classes of substances are superparamagnetic iron oxides such as Fe3O4, ⁇ -Fe2O3, Berthollide and in particular the cubic ferrites of the composition M v Mn w Zn x Fe y O z described in US Pat. No. 4,810,401.
- the magnetodilatant suspensions contain magnetic particles which, in the sense of a core-shell arrangement, consist only partially of the magnetic substance.
- the shell consists of magnetic material that has been struck on an inorganic or organic core.
- Part of the Replace magnetic particles with an admixture of non-magnetic particles taking into account the intended volume filling level.
- hard magnetic particles of this size can also be used.
- Particularly suitable non-magnetic admixture pigments are those that can even be processed into dilatant suspensions, such as the latex particles described in DE-A 30 25 562. While the particle size of the magnetic particles is always less than 1 ⁇ m, the particle size of the non-magnetic pigment admixtures should be 2 nm to 200 ⁇ m.
- These magnetic particles or mixtures containing these particles are coated with polyelectrolytes in the magnetodilatant suspensions according to the invention.
- the polyelectrolytes not only effect a suitable steric stabilization but also an increase in the surface charge of the solid particles. What is important here is the pH, by which the rheological properties of the suspension are influenced.
- the charge carrier concentration in the polyelectrolytes and the volume of the adsorbate layer can be adjusted in a suitable manner by varying the pH.
- anionic polyelectrolytes it has been found to be expedient for the pH to be greater than their acid constant (pKa), while for cationic polyelectrolytes the pH is preferably less than the pKa.
- the flow properties can be influenced favorably by adjusting the ionic strength.
- a large number of polyelectrolytes with a molecular weight between 500 and 250,000 are suitable. These polymers preferably have 5 to 1000 charges in the molecular structure.
- Polyelectrolytes from the group of polyacrylate acrylic acid / acrylamide copolymers, modified polyacrylates, phosphonomethylated polycarboxylates, polyvinylphosphonic acids, polyvinylphosphoric acids, polyamines, polyvinylamines, polysulfonic acids, polyphosphoric acids are particularly suitable.
- a pH range between 2 and 12 has proven to be particularly advantageous for the polyacrylates.
- other ligands which increase the surface charge can also be used.
- the solvents contained in the magnetodilatant suspensions according to the invention can be polar or non-polar, water also being suitable.
- Particularly suitable solvents are ethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol and mixtures thereof.
- the polarity can be varied either by choosing a different solvent or by mixing different solvents.
- the viscosity of the solvent (mixture) at 25 ° C. is expediently in the range from 1 to 10,000 mPas, preferably from 1 to 1000 mPas. If magnetodilatant suspensions are produced in water, a certain surface charge of the magnetizable particles must be set by choosing the appropriate pH in the range from 2 to 12, preferably from 5 to 11.
- magnetodilatant suspensions according to the invention remain flowable almost indefinitely because of the extremely low tendency to sedimentation. Their dilatant flow behavior and the possibility of reversibly influencing the viscosity by an external magnetic field are properties that make these suspensions useful for numerous applications.
- These magnetodilatant suspensions are particularly suitable for the controllable damping of vibrations and movements within shorter time intervals, e.g. for shock absorbers, engine vibration dampers, and also couplings.
- Magnetodilatant suspensions are also suitable for controlling forces and motion sequences in automotive auxiliary units such as air conditioning systems, alternators, power steering, motion or acceleration sensors, and small motor clutches. There are also possible uses for vibration damping in washing machines, centrifuges, sensitive electronic devices and for accelerating weighing processes.
- the BET surface area measured in the following examples was measured in accordance with DIN 66 132 using a Ströhlein Areameter from Ströhlein, Düsseldorf, using the single point difference method according to Haul and Dümbgen.
- the magnetic properties were determined in a vibration magnetometer in an external magnetic field of 400 kA / m.
- the viscosity measurements and the determination of the magnetorheological effect were carried out with a Couette rheometer (CRM) with switchable magnetic field of 100 kA / m performed at room temperature.
- CCM Couette rheometer
- the test sample is located in the gap between a cylindrical, fixed iron stator 1 with the radius R 1 and a polyamide cup 2 rotating at the angular velocity ⁇ with the inner radius R 2.
- the torque M acting on the stator is measured. If H is the height of the stator, the wall shear stress ⁇ on the stator follows in the field-free case The apparent wall shear rate ⁇ (neglected wall sliding) results in Due to the geometry of the pole pieces 3 and 3 ', only parts of the sample are within the two sectors with the angle ⁇ (in rad) in the magnetic field.
- An aqueous suspension of soft magnetic MnZn ferrite pigments with a stoichiometry as described in Example 12 of US Pat. No. 4,810,401 was prepared.
- Figure 2 shows the dependence of the viscosity ⁇ [Pas] of the suspension against the shear rate ⁇ [s ⁇ 1] without a magnetic field (a) and in the magnetic field (b) and the dependence of the magnetic rheological effect MR [Pa] also against the shear rate.
- Example 2 60 g of freeze-dried latex particles used in Example 2 were mixed with 60 g of ethylene glycol, 12 g of soft magnetic ferrite according to Example 1 and 235 g of water on the Ultra-Turrax disperser for half an hour. A pH of 9 was set by adding 1.2 g of NaOH. The water was drawn off on a rotary evaporator and a flowable, non-sedimenting suspension was obtained, which was characterized as follows: minimum viscosity (at a shear rate of approx. 30 s ⁇ 1): 1.2 Pas, viscosity at 140 s ⁇ 1: 6 Pas, magnetorheological Effect (at 140 s ⁇ 1): 2000 Pa.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft sedimentationsstabile, magnetodilatante Suspensionen sowie deren Verwendung.The invention relates to sedimentation-stable, magnetodilatant suspensions and their use.
Magnetorheologische Flüssigkeiten und Suspensionen, d.h. Flüssigkeiten und Suspensionen, deren Viskosität durch die Wirkung eines äußeren Magnetfeldes einstellbar ist, sind bekannt (u.a. V.I. Kordonsky et al., J. Magnetism and Magnetic Materials 85 (1990) 114-120) . Diese Systeme weisen jedoch ein strukturviskoses, d.h. scherverdünnendes oder ein newtonisches Fließverhalten auf. Andererseits sind auch Systeme beschrieben worden, die das sogenannte dilatante Fließverhalten zeigen. (E.J.W. Verwey et al., Rec. Trav. Chim. 57 (1939) 383 bis 389). Hierunter wird eine in bestimmten Schergeschwindigkeitsbereichen bei ansteigender Schergeschwindigkeit eintretende Viskositätserhöhung bezeichnet, wie Verwey sie bei Suspensionen ölsäurebeschichteter Carbonyleisenpulver mit einem mittleren Durchmesser von 3 µm in inerten organischen Flüssigkeiten feststellte. Die so aufgebauten Suspensionen weisen jedoch als wesentlichen Nachteil auf, daß sie nach kurzer Zeit sedimentieren und zu einem festen Bodensatz führen. Die das dilatante Verhalten beeinflussenden Parameter wurden von H.A. Barnes in J. Rheol. 33(2), 329-366 (1989) diskutiert. So wird beispielsweise die Abhängigkeit der kritischen Schergeschwindigkeit, das ist die Schergeschwindigkeit oberhalb welcher die Viskosität ansteigt, von der Teilchengröße oder von der Lösungsmittelviskosität gezeigt.Magnetorheological fluids and suspensions, i.e. Liquids and suspensions, the viscosity of which can be adjusted by the action of an external magnetic field, are known (including V.I. Kordonsky et al., J. Magnetism and Magnetic Materials 85 (1990) 114-120). However, these systems have a pseudoplastic, i.e. shear thinning or Newtonian flow behavior. On the other hand, systems have been described that show the so-called dilated flow behavior. (E.J.W. Verwey et al., Rec. Trav. Chim. 57 (1939) 383 to 389). This refers to an increase in viscosity which occurs in certain shear rate ranges with increasing shear rate, as Verwey found in suspensions of oleic acid-coated carbonyl iron powder with an average diameter of 3 μm in inert organic liquids. However, the suspensions constructed in this way have the major disadvantage that they sediment after a short time and lead to a solid sediment. The parameters influencing the dilatant behavior were developed by H.A. Barnes in J. Rheol. 33 (2), 329-366 (1989). For example, the dependence of the critical shear rate, that is the shear rate above which the viscosity increases, is shown on the particle size or on the solvent viscosity.
Nachteilig an den bekannten dilatanten Suspensionen ist jedoch, daß sie entweder nicht sedimationsstabil sind oder ihre Viskosität durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes nicht in weiten Grenzen beeinflußt werden kann.A disadvantage of the known dilatant suspensions, however, is that they are either not stable to sedimentation or that their viscosity cannot be influenced within wide limits by applying an external magnetic field.
Es bestand somit die Aufgabe, sedimentationsstabile dilatante Suspensionen bereitzustellen, welche die genannten Nachteile nicht aufweisen und insbesondere durch einen von der jeweiligen Suspension unabhängigen Parameter beeinflußt werden können.It was therefore an object to provide sedimentation-stable dilatant suspensions which do not have the disadvantages mentioned and in particular by one of parameters that are independent of the respective suspension can be influenced.
Es wurde nun gefunden, daß sedimentationsstabile Dispersionen, im wesentlichen bestehend aus magnetischen Teilchen mit einer Teilchengröße von kleiner 1 µm einer dispergierenden Substanz und einem Lösungsmittel mit einem Siedepunkt von mindestens 100°C, einen magnetorheologischen Effekt, gemessen in einem Magnetfeld von 100 kA/m, von mindestens 500 Pa zeigen und dilatantes Fließverhalten aufweisen.It has now been found that sedimentation-stable dispersions, consisting essentially of magnetic particles with a particle size of less than 1 μm of a dispersing substance and a solvent with a boiling point of at least 100 ° C., have a magnetorheological effect, measured in a magnetic field of 100 kA / m , show at least 500 Pa and show dilated flow behavior.
Als dilatant im Sinne der Erfindung werden Suspensionen bezeichnet, bei denen ohne Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes in wenigstens einem Teilbereich des Schergeschwindigkeitsintervalls von 0,1 bis 100 000 s⁻¹ der Quotient dlnη/dlnγ den Wert von 0,3 überschreitet, wobei η die Scherviskosität und γ die Schergeschwindigkeit bedeuten.Suspensions in the sense of the invention are suspensions in which the quotient dlnη / dlnγ exceeds the value of 0.3 without the action of an external magnetic field in at least a partial range of the shear rate interval from 0.1 to 100,000 s⁻¹, with η the shear viscosity and γ mean the shear rate.
Die erfindungsgemäßen Suspensionen enthalten die magnetischen Teilchen mit einem Volumenanteil von mindestens 10, vorzugsweise mindestens 15 % und bis zu 80 Vol.-%, wobei ein Bereich zwischen 20 und 65 Vol.-% besonders vorteilhaft ist. Das Volumen der eingesetzten magnetischen Teilchen ist das Gesamtvolumen, das bedeutet, daß zum jeweiligen Teilchen auch die Schicht aus dispergierender Substanz hinzugerechnet werden muß. Als magnetische Teilchen für die erfindungsgemäßen Suspensionen mit einer mittleren Teilchengröße von kleiner 1 µm, üblicherweise mit einer Teilchengröße von 10 bis 100 nm eignen sich vorzugsweise solche mit einer hohen spezifischen Sättigungsmagnetisierung. Bevorzugte Substanzklassen sind superparamagnetische Eisenoxide wie Fe₃O₄, γ-Fe₂O₃, Berthollide sowie insbesondere die in der US-A 4 810 401 beschriebenen kubischen Ferrite der Zusammensetzung MvMnwZnxFeyOz.The suspensions according to the invention contain the magnetic particles with a volume fraction of at least 10, preferably at least 15% and up to 80% by volume, a range between 20 and 65% by volume being particularly advantageous. The volume of the magnetic particles used is the total volume, which means that the layer of dispersing substance must also be added to the respective particle. Suitable magnetic particles for the suspensions according to the invention with an average particle size of less than 1 μm, usually with a particle size of 10 to 100 nm, are preferably those with a high specific saturation magnetization. Preferred classes of substances are superparamagnetic iron oxides such as Fe₃O₄, γ-Fe₂O₃, Berthollide and in particular the cubic ferrites of the composition M v Mn w Zn x Fe y O z described in US Pat. No. 4,810,401.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthalten die magnetodilatanten Suspensionen magnetische Teilchen, die im Sinne einer Kern-Hülle-Anordnung nur teilweise aus der magnetischen Substanz bestehen. In Frage kommen hierbei beispielsweise Systeme bei denen nur die Hülle aus magnetischem Material besteht, das auf einen anorganischen oder organischen Kern aufgefällt wurde. Auch läßt sich ein Teil der magnetischen Teilchen unter Beachtung des vorgesehenen Volumenfüllgrads durch eine Beimischung von unmagnetischen Teilchen ersetzen. In diesem Zusammenhang lassen sich dann auch hartmagnetische Teilchen dieser Größenordnung heranziehen. Besonders gut geeignete unmagnetische Beimischungspigmente sind solche, die selbst zu dilatanten Suspensionen verarbeitet werden könne, wie beispielsweise die in der DE-A 30 25 562 beschriebenen Latex-Teilchen. Während die Teilchengröße der magnetischen Teilchen stets kleiner als 1 µm ist, soll die Teilchengröße der unmagnetischen Pigmentbeimischungen 2 nm bis 200 µm betragen.In a further embodiment of the invention, the magnetodilatant suspensions contain magnetic particles which, in the sense of a core-shell arrangement, consist only partially of the magnetic substance. For example, systems are considered in which only the shell consists of magnetic material that has been struck on an inorganic or organic core. Part of the Replace magnetic particles with an admixture of non-magnetic particles, taking into account the intended volume filling level. In this context, hard magnetic particles of this size can also be used. Particularly suitable non-magnetic admixture pigments are those that can even be processed into dilatant suspensions, such as the latex particles described in DE-A 30 25 562. While the particle size of the magnetic particles is always less than 1 μm, the particle size of the non-magnetic pigment admixtures should be 2 nm to 200 μm.
Diese magnetischen Teilchen oder Mischungen enthaltend diese Teilchen sind in den erfindungsgemäßen magnetodilatanten Suspensionen mit Polyelektrolyten beschichtet. Die Polyelektrolyte bewirken nicht nur eine geeignete sterische Stabilisierung sondern auch eine Erhöhung der Oberflächenladung der Feststoffteilchen. Wesentlich ist hierbei der pH-Wert, durch den die rheologischen Eigenschaften der Suspension beeinflußt werden. Durch Variation des pH-Werts kann die Ladungsträgerkonzentration in den Polyelektrolyten sowie das Volumen der Adsorbatschicht auf geeignete Weise eingestellt werden. Bei Verwendung anionischer Polyelektrolyte hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, daß der pH-Wert größer ist als deren Säurekonstante (pKa-Wert), während bei kationischen Polyelektrolyten der pH-Wert vorzugsweise kleiner ist als der pKa-Wert. Weiterhin lassen sich durch Einstellen der Ionenstärke die Fließeigenschaften günstig beeinflussen. Geeignet ist eine Vielzahl von Polyelektrolyten mit einem Molekulargewicht zwischen 500 und 250 000. Bevorzugt weisen diese Polymere 5 bis 1000 Ladungen im Molekülgerüst auf. Besonders geeignet sind Polyelektrolyte aus der Gruppe Polyacrylat` Acrylsäure/Acrylamid-Copolymere, modifizierte Polyacrylate, Phosphonomethylierte Polycarboxylate, Polyvinylphosphonsäuren, Polyvinylphorsäuren, Polyamine, Polyvinylamine, Polysulfonsäuren, Polyphosphorsäuren. Bei den Polyacrylaten hat sich ein pH-Bereich zwischen 2 und 12 als besonders vorteilhaft erwiesen. Außer den genannten Polyelektrolyten lassen sich auch noch weitere Liganden, welche die Oberflächenladung erhöhen, einsetzen.These magnetic particles or mixtures containing these particles are coated with polyelectrolytes in the magnetodilatant suspensions according to the invention. The polyelectrolytes not only effect a suitable steric stabilization but also an increase in the surface charge of the solid particles. What is important here is the pH, by which the rheological properties of the suspension are influenced. The charge carrier concentration in the polyelectrolytes and the volume of the adsorbate layer can be adjusted in a suitable manner by varying the pH. When using anionic polyelectrolytes, it has been found to be expedient for the pH to be greater than their acid constant (pKa), while for cationic polyelectrolytes the pH is preferably less than the pKa. Furthermore, the flow properties can be influenced favorably by adjusting the ionic strength. A large number of polyelectrolytes with a molecular weight between 500 and 250,000 are suitable. These polymers preferably have 5 to 1000 charges in the molecular structure. Polyelectrolytes from the group of polyacrylate acrylic acid / acrylamide copolymers, modified polyacrylates, phosphonomethylated polycarboxylates, polyvinylphosphonic acids, polyvinylphosphoric acids, polyamines, polyvinylamines, polysulfonic acids, polyphosphoric acids are particularly suitable. A pH range between 2 and 12 has proven to be particularly advantageous for the polyacrylates. In addition to the polyelectrolytes mentioned, other ligands which increase the surface charge can also be used.
Die in den erfindungsgemäßen magnetodilatanten Suspensionen enthaltenen Lösungsmittel können polar oder unpolar sein, wobei auch Wasser geeignet ist. Besonders geeignete Lösungsmittel sind Ethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol und deren Mischungen. Die Polarität kann sowohl durch Wahl eines anderen Lösungsmittels variiert werden als auch durch Abmischung verschiedener Lösungsmittel gezielt eingestellt werden. Zweckmäßigerweise liegt die Viskosität des Lösungsmittel(gemisches) bei 25°C im Bereich von 1 bis 10 000 mPas, vorzugsweise von 1 bis 1000 mPas. Wenn magnetodilatante Suspensionen in Wasser hergestellt werden, ist eine gewisse Oberflächenaufladung der magnetisierbaren Teilchen durch Wahl des geeigneten pH im Bereich von 2 bis 12, vorzugsweise von 5 bis 11, einzustellen.The solvents contained in the magnetodilatant suspensions according to the invention can be polar or non-polar, water also being suitable. Particularly suitable solvents are ethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol and mixtures thereof. The polarity can be varied either by choosing a different solvent or by mixing different solvents. The viscosity of the solvent (mixture) at 25 ° C. is expediently in the range from 1 to 10,000 mPas, preferably from 1 to 1000 mPas. If magnetodilatant suspensions are produced in water, a certain surface charge of the magnetizable particles must be set by choosing the appropriate pH in the range from 2 to 12, preferably from 5 to 11.
Die erfindungsgemäßen magnetodilatanten Suspensionen bleiben wegen der äußerst geringen Sedimentationsneigung nahezu unbegrenzt fließfähig. Ihr dilatantes Fließverhalten und die Möglichkeit, die Viskosität reversibel durch ein äußeres Magnetfeld zu beeinflussen sind Eigenschaften, die diese Suspensionen für zahlreiche Anwendungen nützlich machen. Insbesondere eignen sich diese magnetodilatanten Suspensionen zur regelbaren Dämpfung von Schwingungen und Bewegungsabläufen innerhalb kürzerer Zeitintervalle, wie z.B. bei Stoßdämpfern, Motorschwingungsdämpfern, und auch Kupplungen. Magnetodilatante Suspensionen sind auch geeignet zur Steuerung von Kräften und Bewegungsabläufen in Automobilhilfsaggregaten wie Klimaanlagen, Lichtmaschinen, Servolenkungen, Bewegungs- oder Beschleunigungssensoren, Kleinmotorkupplungen. Einsatzmöglichkeiten ergeben sich ferner bei der Vibrationsdämpfung von Waschmaschinen, Zentrifugen, empfindlichen elektronischen Geräten sowie zur Beschleunigung von Wägevorgängen.The magnetodilatant suspensions according to the invention remain flowable almost indefinitely because of the extremely low tendency to sedimentation. Their dilatant flow behavior and the possibility of reversibly influencing the viscosity by an external magnetic field are properties that make these suspensions useful for numerous applications. These magnetodilatant suspensions are particularly suitable for the controllable damping of vibrations and movements within shorter time intervals, e.g. for shock absorbers, engine vibration dampers, and also couplings. Magnetodilatant suspensions are also suitable for controlling forces and motion sequences in automotive auxiliary units such as air conditioning systems, alternators, power steering, motion or acceleration sensors, and small motor clutches. There are also possible uses for vibration damping in washing machines, centrifuges, sensitive electronic devices and for accelerating weighing processes.
Die in den folgenden Beispielen gemessene BET-Oberfläche wurde gemäß DIN 66 132 mittels eines Ströhlein-Areameters der Firma Ströhlein, Düsseldorf, nach dem Einpunkt-Differenz-Verfahren nach Haul und Dümbgen gemessen. Die Bestimmung der magnetischen Eigenschaften wurden in einem Schwingmagnetometer in einem äußeren Magnetfeld von 400 kA/m vorgenommen. Die Viskositätsmessungen sowie die Bestimmung des magnetorheologischen Effekts wurden mit einem Couette-Rheometer (CRM) mit zuschaltbarem Magnetfeld von 100 kA/m bei Raumtemperatur durchgeführt.The BET surface area measured in the following examples was measured in accordance with DIN 66 132 using a Ströhlein Areameter from Ströhlein, Düsseldorf, using the single point difference method according to Haul and Dümbgen. The magnetic properties were determined in a vibration magnetometer in an external magnetic field of 400 kA / m. The viscosity measurements and the determination of the magnetorheological effect were carried out with a Couette rheometer (CRM) with switchable magnetic field of 100 kA / m performed at room temperature.
Die verwendete Couette-Meßanordnung mit überlagertem Magnetfeld ist in den Figuren 1a (Seitenansicht) und 1b (Draufsicht) dargestellt. Dabei befindet sich die Meßprobe im Spalt zwischen einem zylinderförmigen, feststehenden Eisen-Stator 1 mit dem Radius R₁ und einem mit der Winkelgeschwindigkeit Ω rotierenden Polyamid-Becher 2 mit dem Innenradius R₂. Gemessen wird das auf den Stator einwirkende Drehmoment M. Ist H die Höhe des Stators, folgt die Wand-Schubspannung τ am Stator im feldfreien Fall zu
Die scheinbare Wandschergeschwindigkeit γ (Wandgleiten vernachlässigt) ergibt sich zu
Durch die Geometrie der Polschuhe 3 und 3' bedingt, befinden sich nur Teile der Probe innerhalb der beiden Sektoren mit dem Winkel α (in rad) im Magnetfeld. Erhöht sich unter dem Einfluß eines senkrecht zur Scherebene stehenden Magnetfeldes die bei konstant gehaltener Schergeschwindigkeit gemessene Schubspannung vom feldfreien Wert τ auf den Wert
Der magnetorheologische Effekt folgt aus dem Drehmomentverhältnis zu
The apparent wall shear rate γ (neglected wall sliding) results in
Due to the geometry of the
The magnetorheological effect follows from the torque ratio
Es wurde eine wäßrige Suspension von weichmagnetischen MnZn-Ferritpigmenten, mit einer Stöchiometrie wie in Beispiel 12 der US-A-4 810 401 beschrieben, hergestellt. Der Gehalt der Suspension war 25 Gew.-% an Mn0,₃Zn0,₂Fe₂,₅O₄, die BET-Oberfläche des Pigments war 92 m²/g, die spezifische Magnetisierung betrug
Zu 456 g dieser Suspension wurden 51 g einer 45 %igen wäßrigen Lösung des Natriumsalzes der Polyacrylsäure mit einem mittleren Molgewicht von 4000 (BASF Handelsprodukt Sokalan CP10) sowie 115 g Triethylenglykol gegeben. Es wurde ein pH von 11,3 gemessen. Es wurde 1 h lang mit einem Ultra Turrax Gerät dispergiert. Am Rotationsverdampfer wurde das Wasser abgezogen (Wasserstrahlvakuum, 68°C). Es wurden 258 g eines fließfähigen, nicht sedimentierenden Produkts erhalten, an dem die in Figur 2 dargestellten dilatanten und magnetorheologischen Eigenschaften gefunden wurden. Figur 2 zeigt die Abhängigkeit der Viskosität η [Pas] der Suspension gegen die Schergeschwindigkeit γ [s⁻¹] ohne Magnetfeld (a) und im Magnetfeld (b) sowie die Abhängigkeit des magnetrheologischen Effekts MR [Pa] ebenfalls gegen die Schergeschwindigkeit.51 g of a 45% aqueous solution of the sodium salt of polyacrylic acid with an average molecular weight of 4000 (BASF commercial product Sokalan CP10) and 115 g of triethylene glycol were added to 456 g of this suspension. A pH of 11.3 was measured. It was dispersed with an Ultra Turrax device for 1 hour. The water was drawn off on a rotary evaporator (water jet vacuum, 68 ° C.). 258 g of a flowable, non-sedimenting product were obtained, on which the dilatant and magnetorheological properties shown in FIG. 2 were found. Figure 2 shows the dependence of the viscosity η [Pas] of the suspension against the shear rate γ [s⁻¹] without a magnetic field (a) and in the magnetic field (b) and the dependence of the magnetic rheological effect MR [Pa] also against the shear rate.
30 g gefriergetrocknete Latex Partikel mit einem Teilchendurchmesser von 200 nm, welche gemäß der DE-A 30 25 562 hergestellt wurden, wurden mit 30 g Ethylenglykol verrührt. Anschließend wurde eine Suspension bestehend aus 6 g weichmagnetischem MnZn-Ferrit der Formel Mn0,₃Zn0,₂Fe₂,₅O₄, hergestellt wie in Beispiel 1 angegeben, charakterisiert durch BET = 92 m²/g und
60 g gefriergetrocknete Latex-Partikel wie in Beispiel 2 eingesetzt, wurden mit 60 g Ethylenglykol, 12 g weichmagnetischem Ferrit gemäß Beispiel 1 sowie 235 g Wasser eine halbe Stunde lang am Ultra-Turrax-Dispergiergerät vermischt. Durch Zugabe von 1,2 g NaOH wurde ein pH von 9 eingestellt. Am Rotationsverdampfer wurde das Wasser abgezogen und eine fließfähige, nicht sedimentierende Suspension erhalten, welche folgendermaßen charakterisiert wurde: Viskositätsminimum (bei einer Schergeschwindigkeit von ca. 30 s⁻¹): 1,2 Pas, Viskosität bei 140 s⁻¹: 6 Pas, magnetorheologischer Effekt (bei 140 s⁻¹): 2000 Pa.60 g of freeze-dried latex particles used in Example 2 were mixed with 60 g of ethylene glycol, 12 g of soft magnetic ferrite according to Example 1 and 235 g of water on the Ultra-Turrax disperser for half an hour. A pH of 9 was set by adding 1.2 g of NaOH. The water was drawn off on a rotary evaporator and a flowable, non-sedimenting suspension was obtained, which was characterized as follows: minimum viscosity (at a shear rate of approx. 30 s⁻¹): 1.2 Pas, viscosity at 140 s⁻¹: 6 Pas, magnetorheological Effect (at 140 s⁻¹): 2000 Pa.
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