一種含超細非晶材料的磁流變液的製作方法
2023-06-09 22:02:46 1
專利名稱：一種含超細非晶材料的磁流變液的製作方法
技術領域：
本發明屬於智能材料領域，具體涉及一種含超細非晶材料的磁流變液。
背景技術：
在現有技術中，磁流變液是微米級的磁性顆粒在載液中形成的懸浮液。在外加磁場作用下，磁流變液能夠在液態與固態之間進行可逆的變化，是一種新型的智能材料。
磁流變液與磁流體都是用磁性微粒分散在合適的液體中而形成的懸濁液，有不少文章不加以區分，但實際上兩者是有區別的，它們的懸浮粒子的尺寸範圍是不同的，所以性能與應用都不相同。
磁流體又稱磁性液體，是由納米級(1～10nm)磁性微粒通過表面活性劑高度分散於載液中所構成的穩定膠體體系。由於懸浮粒子小，在採用合適的表面活性劑後，布郎運動可以阻止懸浮粒子的團聚。磁性液體同時具有流動性和強磁性，納米級的磁性微粒在磁場的存在下不會形成有序結構，只會趨向於磁場的方向流動，磁流體作為一種功能材料在很多方面具有十分重要的應用，如磁密封、磁浮選、探測器、揚聲器等。
磁流變液是由大小在0.1～100μm範圍內的軟磁顆粒，與一定量的表面活性劑和防沉劑在適當的載液中形成的一種懸浮體系。磁流變液在磁場的作用下，由於軟磁顆粒的磁化產生磁力排成鏈狀或柱狀結構使得磁流變液在毫秒級的時間內由液體轉變為具有一定剪切應力和屈服強度的固體，當磁場消失，軟磁顆粒失去磁性，磁流變液又由固體變為液體。磁流變液的這種基本性能使得它成為當前智能材料研究範疇的一個重要分支，具有廣泛的應用領域。如汽車的傳動離合器和可控減振器，無閥芯的各種液體壓閥，電壓傳感器，機器人活動關節，機械卡具，光學拋光，密封，磁流變液綜合鍛鍊器等。
自從50年代以來，對磁流變液的研究和製備已取得了一定的進展，並有一部分商品化的磁流變液器件在一些場合得到了應用。但由於磁性顆粒與載液的比重相差很大，大多數磁流變液的沉降穩定性較差，而且容易發生磁性顆粒的沉降結板，影響了磁流變液的再分散性能，極大地限制了磁流變液的應用場合和領域。
為了解決磁性顆粒的沉降和團聚問題，一般加入各種表面活性劑，但事實上，加入過多的表面活性劑不僅會大大增加磁流變液的零場粘度，而且如果添加了不恰當的表面活性劑還很容易在磁性顆粒沉降後形成難以再分散的死板。另一種方法是向磁性材料中加入非磁性的輕質材料製成比重較輕的複合粒子來改善磁流變液的沉降穩定性，例如2005年3月16日公開的中國專利CN 1595558A《一種磁流變液及其製備方法》中，採用了表面包覆有氧化矽和氧化鋁的磁性顆粒，雖然在一定程度上提高了磁流變液的穩定性，但由於引入了非磁性材料，導致了複合粒子的磁性能下降，使得所配製的磁流變液的屈服強度也降低。另外2005年1月5日公開的中國專利CN 1560209A《瓜爾豆膠磁流變液》中，是在現有的磁流變液技術上，採用瓜爾豆膠粉作為沉降穩定劑，雖然瓜爾豆膠粉對環境無害，對提高磁流變液穩定性及防止結板都有作用，但是由於瓜爾豆膠以粉粒的形式加入，在一定程度上增加了體系的粘度。
發明內容
本發明的目的在於提供一種具有較低零場粘度係數、高屈服應力、優良的抗沉降穩定性及磁性能優異的磁流變液。
根據上述目的，本發明的技術方案和工作原理為本發明所涉及的磁流變液的組成包括晶態及非晶態磁性顆粒、載液和表面活性劑。
本發明克服現有磁流變液的不足，研製出了一種同時含有晶態及非晶態軟磁顆粒的磁流變液。這裡的晶態材料是指原子在三維空間作規則排列、有周期性的點陣結構的材料，例如具有軟磁性能優良的鐵、鈷、鎳等金屬或其合金的晶態磁性顆粒，本發明優選還原羰基鐵粉；非晶態材料是指內部原子空間排列無序、無周期點陣結構的材料，例如具有軟磁性能優良的鐵基、鐵鎳基和鈷基非晶合金顆粒，本發明優選鐵基非晶軟磁合金材料。以上優選的還原羰基鐵粉及鐵基非晶軟磁合金材料都具有優良的軟磁性能磁導率高、矯頑力低，飽和磁化強度高。另外，晶態磁性顆粒為球形顆粒，非晶態磁性顆粒為超細的針狀顆粒；在沒有磁場的情況下，所有這些顆粒能在載液中形成一種穩定的空間網絡結構，有效地提高了磁流變液的抗沉降穩定性；而當磁流變液發生磁流變效應時，這些顆粒能形成結實堅固的鏈狀結構，有效地提高了磁流變液的屈服應力。
所述的載液一般為無極性、不揮發，不含水的非磁性能良好的油，如礦物油、矽油或合成烴油等。本發明優先選用聚α-烯烴，室溫粘度為1～300mPa.s，選用聚α-烯烴是因為其不僅具有高粘度指數、低揮發性、低傾點、高閃點、高溫氧化穩定性優良且對環境安全的油品性能，更是因為聚α-烯烴能與較多的表面活性劑相作用，能實現添加劑的預期效果。
所述的表面活性劑可以是離子型表面活性劑、非離子型的表面活性劑的一種或幾種。主要有油酸、Tween-20、含酸性基團的共聚物D-110、磷酸酯鹽F-108、8018-M-1、T152、矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、複合鋁鈦偶聯劑等。本發明優選鈦酸酯偶聯劑和複合鋁鈦偶聯劑。
根據上述目的和工作原理，本發明的具體技術方案為該含超細非晶材料的磁流變液，其特徵在於該磁流變液的化學組成成分體積％為磁性顆粒佔10～50％，為晶態的還原羰基鐵和非晶態的鐵基非晶軟磁合金；其中晶態的還原羰基鐵為球形顆粒，佔磁性顆粒的90～95％，粒度範圍在1～30μm之間；非晶態的鐵基非晶軟磁合金為針狀顆粒，佔磁性顆粒的5～10％，長徑為0.5～1μm，短徑為200～500nm；載液佔45～89％，為聚α-烯烴，室溫粘度為1～300mPa.s；表面活性劑佔1～5％，為鈦酸酯偶聯劑和複合鋁鈦偶聯劑。
本發明採用與現有技術相似的磁流變液的製備方法取磁性顆粒與表面活性劑先機械攪拌活化1小時，然後再向此混合物中加入載液，繼續攪拌1小時，再將混合後的樣品置於容積為250ml的配有直徑分別為5mm，3mm的ZrO2球的不鏽鋼球磨罐內，連續球磨10h，將磨球與樣品分離，即得到磁流變液。
本發明與現有的技術相比，具有較低零場粘度係數、高屈服應力、優良的抗沉降穩定性及磁性能優異的優點。具體為本發明的磁流變液所含有的球形及針狀顆粒能相互作用相互支撐，形成一種穩定的空間網絡結構，有效地提高了磁流變液在零磁場時的沉降穩定性以及固化後的屈服應力；另外，晶態及非晶態磁性顆粒較之單種材料在軟磁的綜合性能上也得到了提高，同時改善了所配製的磁流變液的性能。本發明的磁流變液零場粘度為0.2-0.5Pa.s；沉降穩定性好，絕對不結板，靜置一個月，沉降率為6％-15％，並且極易再分散；在600mT場強下的剪切屈服應力為7-80kPa；流變性能優於其他類型的磁流變液。
具體實施例方式
根據本發明磁流變液的化學組成成分，採用現有技術的製備方法，取磁性顆粒與表面活性劑先機械攪拌活化1小時，然後再向此混合物中加入載液，繼續攪拌1小時，再將混合後的樣品置於容積為250ml的配有直徑分別為5mm，3mm的ZrO2球的不鏽鋼球磨罐內，連續球磨10h，將磨球與樣品分離，即得到磁流變液，製備了4批磁流變液，其中表1為本發明磁流變液實施例的化學組成成分表，表2為本發明磁流變液實施例測試的性能表。
表1為本發明磁流變液實施例的化學組成成分表體積％
表2為本發明磁流變液實施例的測試性能表
權利要求
1.一種含超細非晶材料的磁流變液，其特徵在於該磁流變液的化學組成成分體積％為磁性顆粒佔10～50％，為晶態的還原羰基鐵和非晶態的鐵基非晶軟磁合金；載液佔45～89％，為聚α-烯烴，室溫粘度為1～300mPa.s；表面活性劑佔1～5％，為鈦酸酯偶聯劑和複合鋁鈦偶聯劑。
2.根據權利要求1所述的含超細非晶材料的磁流變液，其特徵在於晶態的還原羰基鐵為球形顆粒，佔磁性顆粒的90～95％，粒度範圍在1～30μm之間。
3.根據權利要求1所述的含超細非晶材料的磁流變液，其特徵在於非晶態的鐵基非晶軟磁合金為針狀顆粒，佔磁性顆粒的5～10％，長徑為0.5～1μm，短徑為200～500nm。
全文摘要
本發明屬於智能材料領域，特別涉及一種含超細非晶材料的磁流變液。該磁流變液的化學組成成分體積％為磁性顆粒佔10～50％，為晶態的還原羰基鐵和非晶態的鐵基非晶軟磁合金；其中晶態的還原羰基鐵為球形顆粒，佔磁性顆粒的90～95％，粒度範圍在1～30μm之間；非晶態的鐵基非晶軟磁合金為針狀顆粒，佔磁性顆粒的5～10％，長徑為0.5～1μm，短徑為200～500nm；載液佔45～89％，為聚α－烯烴，室溫粘度為1～300mPa.s；表面活性劑佔1～5％，為鈦酸酯偶聯劑和複合鋁鈦偶聯劑。本發明與現有技術相比具有較低零場粘度係數、高屈服應力、優良的抗沉降穩定性及磁性能優異的優點。
文檔編號H01F1/12GK1776835SQ200510134250
公開日2006年5月24日 申請日期2005年12月15日 優先權日2005年12月15日
發明者李紅雲, 柳學全 申請人:鋼鐵研究總院