[发明专利]一种防沉降电流变液及其控制方法

说明书

一种防沉降电流变液，其特征在于：该电流变液包括分散微粒、基液和添加剂，其中分散微粒采用钛‑氧系微粒、基液采用氟化硅油、氯化石蜡、添加剂为含有极性官能团的表面活性剂。从分散微粒、基液及添加剂的分子结构合理设计并优化成分及配比，设计密度大、链长的基液改善微粒的悬浮性，提高抗沉降性，以含有极性官能团的表面活性剂作为添加剂，大大提高电流变体强度和抗沉降性，获得了高抗沉降性的电流变液，可以达到30天抗沉降稳定性≥99％；并且在流变液的存储处增设一能施加电场的装置，通过电场作用，彻底解决了沉降的问题。本发明配比合理，原料安全环保，发明的电流变液既有优良的电流变效率，又具有良好的抗沉降性能，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电流变液技术领域，涉及一种防沉降电流变液及其控制方法。

背景技术

电流变液是一种重要的智能材料，它是由分散微粒、基液、表面活性剂等组成的一种悬浊液，具有受控变化的品质，其屈服应力、弹性模量随外加电场的变化而变化。电流变液在减振、机械传动、自控、机电一体化、微驱动等领域具有巨大的应用前景。但是由于在使用过程中存在着一些不足，如颗粒的沉降，屈服应力不高，颗粒对器件的磨损，温度效应太差导致工作温区狭窄等问题，限制了它的广泛应用。

电流变液在电场作用下，其微粒发生定向运动成束。巨电流变体是分散相直径为微米级的分散体系，导电微粒与母液之间的高密度差(微粒的密度为2～8gcm^-3，基液的密度一般为1.0gcm^-3左右),决定了长期静置的巨电流变体必定会产生一定程度的沉降。沉降微粒在覆盖层重力以及微粒表面能作用下,具有团聚结块的趋势,如果不对这一趋势加以限制,则会造成微粒的结块,从而使巨电流变体丧失流变性能。此外，电性微粒的体积小，具有很大的表面能，当被加入到基液后，因表面吸附作用，具有凝聚、结团的趋势。为防止和减少此现象，通常在其中加入稳定剂，这些稳定剂都是大分子链，他们依靠极性头部吸附在微粒表面，其尾部如弹簧一般，阻止微粒间的相互接近，从而减少沉降，提高稳定性。但到目前为止，巨电流变体的流变机理还没有被完全揭示，特别是长期静置后电性微粒易发生严重的沉降而形成硬块或糕状物，从而丧失使用功能的问题，还没有得到很好的解决，这极大地限制了巨电流变体器件的应用范围和应用效果。

由于巨电流变体的组分之间密度差异悬殊，久置后会出现严重的微粒沉降。从而大大降低巨电流变体的性能和稳定性。从Stokes定律：

v＝2r²(ρ-ρ0)g/9η (2-1)

式中：v——微粒在重力作用下的沉降速度，

r——球体的直径，

ρ——球体的密度，

ρ0——基液的密度，

g——重力加速度，

η——基液的表观粘度

从沉降速度公式来看降低沉降速度的有效方法，可从以下几个方面考虑：

●减少基液与微粒之间的密度差,

●减小极化微粒的直径,

●增加基液的表观黏度,

在重力作用下，减小微粒的粒径r、增大基液的粘度η，能够降低微粒沉降速度。但实验表明，随微粒直径的降低，巨电流变体的流变效应也逐步减弱，甚至基本消失。这说明由于电性微粒粒径无法降低以及微粒与母液之间密度差是巨电流变体客观存在的特征，导电微粒的沉降是一个无法彻底解决的问题。因此，稳定巨电流变体的评价指标及研究方向不应是电性微粒是否沉降，而应是沉降以后的状态如何。