[发明专利]磁流变粘弹性流体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于车辆工程、宇航工程、舰船工程、海洋工程等领域振动与冲击控制隔离装置的新型磁流变材料，特别涉及一种磁流变粘弹性流体及其制备方法。

背景技术

磁流变材料（Magneto-rheological materials）自20世纪40年代问世后，尤其在自20世纪90年代开始受到高度重视后，如今正体现出如火如荼的研究景象。磁流变液（MRF）的原理是可磁化微粒分散在载体液中，加入某些添加剂提高其抗沉降性能、抗团聚性能和耐磨性能等。在外磁场中表现出毫秒级尺度的流变可控效应。这种可控的特性在振动与冲击控制领域具备广阔的应用前景，目前在汽车MR半主动悬架、舰炮后坐力控制和桥梁拉索振动控制等领域得到了实际应用。虽然如此，磁流变液的一些固有缺陷仍限制它的大规模应用，如长时间存放后的磁性颗粒沉降问题、铁磁颗粒对器件磨损造成的密封问题、磁流变液减振器的蓄能器密封问题、使用稳定性的温度范围仍不够大等。从最先的磁流变液，到后来经不同的研究人员发明出的新型磁流变材料，如磁流变脂、磁流变凝胶、磁流变弹性体等，目的皆是为克服磁流变液的这些固有缺陷，并改善相应的流变性能。这些新型磁流变材料都是在改变作为铁磁颗粒分散用的基体材料，如磁流变酯旨在解决沉降问题，磁流变弹性体旨在解决沉降、并用于变刚度控制等，目前还没有具有可压缩的磁流变流体材料。粘弹性流体材料出现于20世纪60年代，经过数十年的发展，已被认为是目前综合性能最佳的隔减振材料而被大量使用在新型的高速列车、军事装备、工程机械等领域。其中典型代表是弹性胶泥，弹性胶泥的主体成份为高聚合度线状聚硅氧烷，因而具有流动性，其粘度可依聚硅氧烷的分子主链长度而控制。由于聚硅氧烷分子链呈螺旋状，故该材料表现出体积可压缩性（压缩后可自行恢复至初始体积），这在实际减振应用中便表现出储能特性。聚硅氧烷分子主链上的Si-O键能达370kJ/mol，因而具有极高的热稳定性，能工作在-90~250℃。此外，结合弹性胶泥的高耗能模量特性（吸收率达80%以上）、高容量特性（在100kJ以上），使其成为一种非常理想的减振材料。

弹性胶泥终究不是一种智能材料，因而选用弹性胶泥作为磁流变材料的基质，使其在工作时结合人为控制过程，将进一步发挥可压缩性、宽的温度适应性、长期不发生沉降与团聚、流变学特性可控等优势。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磁流变粘弹性流体及其制备方法。该磁流变粘弹性流体具有可压缩性，提高磁流变胶泥的耐磨损性能，进而延长使用寿命；载体液的零磁场粘度较大，悬浮相长期不发生沉降与团聚现象，有良好的静止稳定性；载体介质和添加剂具有较宽的温度适应范围，磁流变粘弹性流体材料在-90~250℃温度范围稳定性良好。

本发明的磁流变粘弹性流体，所述流体原料按重量百分比包括以下组份：羟基铁粉15~70%、甲基硅氧烷25~80%、苯基硅氧烷3~4%、碱性催化剂0.1~0.2%、中和剂0.1~0.3%、封端剂0.1~0.3%、触变剂0.1~0.3%、润滑剂0.2~0.5%；

进一步，所述流体原料按重量百分比包括以下组份：羟基铁粉50%、甲基硅氧烷45%、苯基硅氧烷4%、碱性催化剂0.1%、中和剂0.2%、封端剂0.2%、触变剂0.2%、润滑剂0.3%；

进一步，所述羟基铁粉包括球形与椭球形两种形态的羟基铁粉，粒径为0.5~40微米；

进一步，所述羟基铁粉包括球形与椭球形两种形态的羟基铁粉，粒径为1~20微米；

进一步，所述甲基硅氧烷为八甲基环四硅氧烷和十甲基环五硅氧烷中的一种或两种以上的混合物；所述苯基硅氧烷为环状聚二苯基硅氧烷、环状甲基苯基硅氧烷中的一种或者两种以上混合物；所述碱性催化剂为氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化铯，氢氧化锂中的一种或者混合物；所述中和剂为硅基磷酸脂；所述封端剂为六甲基二硅氧烷；所述触变剂为无机矿物与有机铵的复合物并以膨润土为原料通过离子交换技术插入有机覆盖剂而制成的有机膨润土触变剂；所述润滑剂为磷酸锌、硫酸银、二硫化钼、石墨、氟化石墨、固体脂肪酸中的一种或者两种以上混合物。

本发明还公开一种磁流变粘弹性流体的制备方法，包括以下步骤：

a.对羟基铁粉进行表面净化与活化处理：按设定重量百分比将羟基铁粉、润滑剂加入到球磨机的球磨罐中，然后加入重量为羟基铁粉2~4%的异丙醇以140~160米/分的球磨线速度球磨30~50分钟；然后将球磨后的混合液在真空度为-0.1MPa,温度为780~815℃下烘干4~6小时，制得净化羟基铁粉；