觸變磁流變材料的製作方法

2023-10-11 05:33:34 2

專利名稱：觸變磁流變材料的製作方法
技術領域：
本發明涉及某種流體材料，當它置於磁場內時呈現出流阻很大增大。特別是，本發明涉及磁流變材料，它利用搖溶的(觸變的)網狀物來提供抗顆粒沉降的穩定性。
流體組成物在存在磁場時其視在粘度有改變，它被叫做Bingham磁性流體或磁流變材料。磁流變材料通常包括鐵磁顆粒或順磁顆粒，典型地其直徑大於0.1微米，散布於承載流體中，在有磁場時，顆粒被極化，在流體中排列成粒子鍵。此粒子鍵使視在粘度或整體流體的流阻增加，而在沒有磁場時顆粒又回到無規則的或自由狀態，視在粘度或總體材料的流阻相應地降下來。這些Bingham磁性流體組成物呈現出類似於大家知道的對電場敏感而不是對磁場敏感的電流變材料的可控性質。
電流變材料和磁流變材料二者對於在一些裝置中，如阻尼器、吸震器、和彈性底座，以在各種離合器、掣動器和閥門裝置的控制力矩和或壓力水平等方面提供可變的阻尼力來說是有用的。在這些用途中磁流變材料比電流變材料有一些固有的優點。磁流變材料比電流變材料表現出較高的屈服強度，因此能產生更大的阻尼力。進而，磁流變材料用磁場激勵，比起電流變材料有效地運行時要求昂貴的高壓電源來它可由簡單的低壓電磁線圈容易地產生。實際使用磁流變材料的各類裝置的更詳細描述都是1992年6月18日遞交的、分別名為「磁流變流體阻尼器「和」磁流變流體裝置」的二份申請號各為07/900571和07/900567的待審美國專利申請中有提供，其全部內容都包括在此作參考材料。
磁流變的或Bingham磁性流體和膠體磁性流體或鐵的流體有區別。在膠體磁性流體中顆粒典型地其直徑為5到10毫微米。加了磁場，膠體的鐵流體不出現顆粒的結構改變或者增加對流動的阻力。代之以，膠體磁性流體在整個材料上受到體積力，它與磁場梯度成正比。此力使全部膠體鐵流體被拉到高磁場強度區域。
磁流變流體及相應的裝置已經在各種專利和出版物上討論過了。例如2575360號美國專利敘述了一種機電控制的加力矩裝置，它使用磁流變材料來在二個獨立地轉動的部分之間提供驅動聯結，如在離合器和掣動器中所見到的那樣。滿足這種用途的流體組成物由50%按體積的通常稱作「羰基鐵粉末」的軟鐵粉末散布在適當的輕潤滑油之類的液體介質中所組成。
另一種通過使用磁場或電場可以控制移動部件之間滑移的裝置被2661825美國專利所公開。在移動部件之間的空間充滿對某種場敏感的介質。磁場力線或電場力線通過介質導致對滑移的控制。對所加磁場敏感的流體被描述為含有羰基鐵粉末和輕質礦物油。
2886151號美國專利敘述了像離合器和掣動器這樣的力傳遞裝置，它使用了對電場或磁場敏感的流體膜耦合層。一種磁場敏感的流體的例子是含有還原的氧化鐵粉末和在25℃時粘度為從2到20釐泊的潤滑劑等級的油。
在2670749號及3010471號美國專利中敘述了對控制磁流變流體的流動有用的閥門結構。在所公開的閥門設計中應用的磁性流體包括鐵磁的、順磁的和反磁材料。在3010471號美國專利中說明的專門的磁流體組成物由羰基鐵懸浮在輕質烴油中所組成。在2670749號美國專利中使用的磁性流體混合物被描述為由羰基鐵粉末散布在碴油或氯化的或氟化的懸浮流體中所組成。
在2667237號美國專利中公開了各種磁流變材料混合物。混合物被定義為小的順磁的或鐵磁的顆粒散布在一種液體中、冷卻劑中、抗氧劑氣體中、或半固態油脂中。優選的磁流變材料組成物由鐵粉末和輕機械油組成。特別優選的磁性粉末是平均顆粒尺寸為8微米的羰基鐵粉末。其它可能的承載成分包括煤油，油脂，和矽油。
4992190號美國專利公開了一種對磁場敏感的流變材料。此材料的組合物被公開為磁性顆粒和矽石凝膠體散布在液態承載媒介物中。可磁化的顆粒可以是粉末狀的磁鐵礦石或羰基鐵粉末帶有絕緣的還原羰基鐵粉末，如由GAF公司製造的那種，是特別好的。液態承載媒介物描述為在100°F下有粘度範圍為1到1000釐泊。合適的媒介物的特別的例子包括ConocoLVT油，煤油，輕石臘油，礦物油，和矽油。優選的承載媒介物是在100°F時有粘度在10到1000釐泊範圍的矽油。
像上面敘述到的許多磁流變材料經受過度的重力顆粒沉降，它可以因為不均勻的顆粒分布而影響材料的磁變活性。在磁流變材料中重力顆粒沉降的一個原因是磁性顆粒比重(例如鐵＝7.86g/cm3)和承載流體比重(例如，矽油＝0.95g/cm3)之間的巨大差異，它可能引起在磁流變材料中快速的顆粒沉降。傳統上用來對抗粒子沉降的金屬脂型表面活化劑(例如，硬脂酸鋰，二硬脂酸鋁)本身含有較大量的水，它限制了整體磁流變材料的可用溫度範圍。如在4992190號美國專利中所公開的，使用矽石膠凝體散布劑現在已經發現不能較長時期內明顯地減少顆粒沉降。
因此目前對磁流變材料存在一種需要，要求它在長時間中呈現出最小的顆粒沉降，能夠在寬的溫度範圍內使用。
本發明是一種表現出最小的顆粒沉降和可以使用於寬的溫度範圍內的磁流變材料。本磁流變材料包括承載流體，顆粒成分，及至少一種觸變添加物，它從由氫鍵觸變和聚合物改性的金屬氧化物組成的組中選擇。現在已經發現氫鍵觸變劑和聚合物-改性的金屬氧化物可以單獨使用或聯合使用的創造出觸變網狀物，它對減少在磁流變材料中的顆粒沉降是不尋常地有效。
觸變網狀物定義為膠體的或磁方面有活力的顆粒的懸浮物，在低的剪切速率下形成一種鬆散的網狀物或結構，有時稱之為簇或絮凝物。這種三維結構的存在賦予磁流變材料的很小的剛度水平，因而降低了顆粒沉降。然而，當通過柔和攪拌加入剪切力，此結構很容易離斷或散開。當剪切力除去，這種鬆散結構經一段時間後又重新形成。本發明的觸變網狀物實質上是沒有水分的。有效地阻止了在磁流變材料中的顆粒沉降而又不影響材料的寬的溫度能力。
本發明的磁流變材料包括承載流體，顆粒成分，和至少一種選自由氫鍵觸變劑和聚合物改性的金屬氧化物構成的組中的觸變添加物。
本發明的氫鍵觸變劑實質上可以是任何一種包括了解和另一個極性的低聚舍物或粒子作分子間互相作用的偶極的低聚合化合物。這些偶極子通過在聚合化合物內沿了共價鍵不對稱置換電子而生成。偶極子間相互作用更一般地稱之為氫鍵或橋鍵。根據定義，通過一個分子(質子供體)的氫原子的吸引，氫鍵造成為另一個分子(質子受體)的二個不可分的電子。氫鍵合的透徹敘述由L.Pauling和J.Israelachvili分別所著的「TheNatureofChemicalBond」(zrdedition，CornellUniversity，Press，Ithaca，NewYork，1960)和「IntermolecularandSurfaceForces」(AcademicPress，NewYork，1985)所提供，其全部內容包括在此作為參考材料。
一般，低聚合化合物被描述為由二個以上重複的單體組或單元組成的低分子量聚合物或共聚物。低聚合物典型地為分子量小於10，000AMU分子量在1000到10，000AMU的低聚合物也被認為是同性低聚物。在一個低聚物中重複的單體單元的數目依賴於各個單體單元的分子量。為了使低聚化合物有效地起到在本發明中的氫鍵觸變劑的作用，低聚物應是非粘稠的可粘稠的液體、油，或流體。詳細的低聚化合物的合成法、特性和性能的討論見由C.Uglea及I.Negulescu所著的「SynthesisandCharacterizationofOligomers」，CRCPress，Inc.，BocaRaton，Florida，1991(其全部內容包括於此作為參考材料)，下面稱它為Uglea。
本發明的氫鍵觸變劑在形成氫橋中可以作為質子供體或質子受體分子。為了作為在發明中的觸變劑是有效的，低聚化合物必需含有至少一個電負性原子，可以和其他分子形成一個氫鍵。這個電負性原子可以含於低聚物的主鏈、側鏈、或低聚化合物的端部中。此電負性原子可以是O，N，F或Cl以便起到質子受體作用，且可以是，例如，下列形式的取代基-O-，＝O，-N＝，-F，-Cl，-NO2，-OCH3，-C＝N，-OH，-NH2，-NH-，-COOH，-N(CH3)2或-NO和任一個碳、矽、磷、或硫原子共價結合。在觸變劑為了起質子供價作用的電負性原子可以是O或N，可以是，例如，出現為-NH-，-OH，-NH2，和-COOH形式取代基，像上面所說那樣共價結合。
為本發明的目的含有氫鍵電負性原子的低聚合化合物的例子包括了各種(聚)矽氧烷低聚物，有機低聚物和有機矽低聚物。
在本發明中用作氫鍵觸變劑的(聚)矽氧烷低聚物含有由(聚)矽氧烷單聚單元組成的低聚物主鏈，該單聚單元能被定義為矽原子直接鍵連或者通過O，N，S，CH2，或C6H4鍵合。(聚)矽氧烷低聚物含有這些鍵連的，更通常被分別稱作矽烷，矽氧烷，矽氮烷，矽硫烷，矽亞烷基，和矽亞芳基。(聚)矽氧烷低聚物可以含有一樣的重複(聚)矽氧烷單聚單元(單聚物)或可以含有不同的重複(聚)矽氧烷單聚單元作為隨機的，交替的，嵌段的，或接枝的鏈段(共聚物)。由於它們廣闊的商業上的可用性，含有矽氧烷主鏈的(聚)矽氧烷低聚物是可取的。矽氧烷低聚物在側鏈上含有電負性氫鍵取代基或是它作為低聚合結構端部的團才是本質的，因為在矽氧烷主鏈中的電負性團典型地與有效地參與氫鍵合是相隔離的。(聚)矽氧烷低聚物的合成法、結構和性能的詳細敘述見由W.Noll所著的「Chemistry and Technology of Silicones」，Academic Press，Inc.，New York，1968(以下稱之為Noll)，以及由於J.Zeigler和F.Fearon所著的「Silicon-Based Polymer Science」，American Chemical Society，Salem，Massachussetts，1990(以下稱之為Zeigler)，其全部內容包括在此作為參考材料。
發明的矽氧烷低聚物可以用下式表示
其中R1，R2，R3，R4，和R5可獨立地是直鏈的，支鏈的，環的或烴的根，經滷化的或未滷化的，以及有1個到約18個，最好為1個到約6個碳原子的;是酯團;是鍵團;或是酮團;但需至少一個R1，R2，R3，R4或R5含有電負性取代基和任一個碳、矽、磷、或硫原子共價鍵合。電負性取代基典型地是以下之形式-O-，＝O，-N＝，-F，-Cl，-NO2，-OCH3，-C＝N，-OH，-NH2，-NH-，-COOH，-N(CH3)2或-NO。電負性取代基的存在最好以至少R1，R2，R3，R4和R5中一個是(CH2)WE的一部分來實現，其中E選自由CN，CONH2，Cl，F，CF3和NH2構成的組中，W是2到8的一個整數。單體主鏈單元的數目由X和Y各自獨立地在從0到約150內變動來規定，但需要(X+Y)的和應在從3到300的範圍內，最好是在從10到150範圍內。
適合於本發明的矽氧烷低聚合物的專門的例子是在低聚化合物的終端部分中有一個電負性取代基的，包括終端為二甲基乙酸基的聚二甲基矽氧烷(PDMS);終端為甲基二乙酸基的PDMS;終端為二甲基乙氧基的PDMS;終端為丙氨基二甲基的PDMS;終端為甲醇的PDMS;終端為一甲醇的PDMS;終端為二甲氯基的PDMS;終端為二甲氨基的PDMS;終端為二甲基乙氧基的PDMS;二甲基甲氧基PDMS;終端為異丁烯酸丙氧基的PDMS;終端為一甲基丙烯醯丙氧基的PDMS;終端為丙羧基二甲基的PDMS;終端為氯甲基二甲基的PDMS;終端為丙羧基二甲基的PDMS和終端為矽烷醇的聚甲基-3，3，3-三氟丙基矽氧烷，以丙氨基二甲基為終端的PDMS、甲醇終端的PDMS和異丁烯酸丙氧基為終端的PDMS為優選的。
本發明的矽氧烷低聚物的例子，它在低聚化合物的側鏈上有電負性取代基的，包括聚丙氰基甲基矽氧烷;聚二(丙氰基)矽氧烷;聚(氯苯乙基)甲基矽氧烷;聚甲基-3，3，3-三氟丙基矽氧烷;聚甲基-3，3，3-三氟丙基/二甲基矽氧烷;聚(氨基乙胺基丙基)甲基/二甲基矽氧烷;聚(丙氨基)甲基/二甲基矽氧烷;聚(丙烯醯丙氧基)甲基/二甲基矽氧烷;聚(丙烯醯甲基丙氧基)甲基/二甲基矽氧烷;聚(氯甲苯乙基)甲基/二甲基矽氧烷;聚(丙氰基)甲基/二甲基矽氧烷;聚(丙氰基)甲基/苯甲基矽氧烷;聚甘油醇丙氧甲基/二甲基矽氧烷;聚苯甲基/二甲基矽氧烷;聚(四氯苯基)/二甲基矽氧烷;聚二苯基/二甲基矽氧烷;聚(乙氰基)甲基/二甲基矽氧烷;和聚環氧乙烷/二甲基矽氧烷;以聚甲基-3，3，3-三氟丙基/二甲基矽氧烷，聚(丙氰基)甲基/二甲基矽氧烷，聚甲基-3，3，3-三氟丙基矽氧烷和聚丙氰基甲基矽氧烷為優選的。
在本發明中用作為氫鍵觸變劑的有機低聚合物包含完全地由有機單體單元組成的低聚合主鏈。這些單體有機單元進一步描述為包括了直接鍵接在一起的或者通過氧，氮，硫或磷鍵連的碳原子。這些單體單元可以是各種醚，酯，醛類，酮類，羧酸，醇，胺，醯胺，滷化烷烴及其組合。本發明的有機低聚合物可以是單聚的或共聚的，如上所述。有機低聚合物和聚合物的合成，結構及性能的詳細敘述可見於Uglea及由M.Alger所著「PolymerScienceDictionary」(ElservierAppliedScience，NewYork1989)，其全部內容也包括在此作為參考材料。
適於在本發明中用作氫鍵觸變材料的有機低聚物的例子包括聚縮醛類;聚乙醛;聚丙酮;聚丙烯醛;聚丙烯醯胺;聚丙烯酸酯;聚(丙烯酸);聚丙烯腈;聚醯腙;聚醯基氨基脲;聚己二醯二胺;多價聚哌嗪;聚氨基丙酸;聚(碳酸亞丁酯);聚(醯胺酸);聚醯胺;聚(醯胺酸)(amideacid);聚(醯胺-醯肼);聚(醯胺-醯亞胺);聚胺;聚(胺基酸);聚氨基二馬來醯亞胺;聚酐;聚芳基化物;聚亞芳基碸;聚(亞芳基三唑);聚(芳香酯);聚(芳香醚);聚芳香醚碸;聚(芳香碸);聚天冬氨醯胺;聚丫嗪;聚偶氮苯;聚甲亞胺;聚苯偶氮亞基;聚苯甲醯胺;聚苯偶醯;聚苯並咪唑;聚苯並咪唑啉;聚苯並咪唑酮;聚苯並咪唑喹唑啉酮;聚苯並咪唑喹啉;聚苯偶姻;聚苯並吡嗪;聚苯並噻唑;聚苯並噁嗪二酮;聚苯並噁嗪酮;聚苯並噁唑;聚二馬來醯亞胺;聚二脲;聚丁基丙烯酸酯;聚丁烯;聚對苯二酸鹽;聚甲基丙烯酸丁酯;聚己內酯;聚碳氮烷(Polycarbazane);聚碳氮烯(Polycarbazene);聚碳化二亞胺;聚碳酸鹽;聚碳環氧乙烷(Polycarboxare);聚氯醛;聚氯乙烯;聚氯丁二烯;聚氯丁二烯;聚氯苯乙烯;聚三氟氯乙烯;聚氰三2苯並[c]呋喃酮亞基(Polycyanoterphthalidene);聚甲基丙烯酸環己酯;聚二甘醇;聚己二酸;聚二甲基酮;聚二甲基酚;聚二肽;聚表氯醇;聚醚碸;聚丙烯酸乙酯;聚(亞乙基己二酸酯)(Poly(cthyleneadipate));聚(亞乙基壬二酸酯);聚(亞乙基二醇);聚亞乙基亞胺;聚(環氧乙烷);聚(乙烯氧基苯甲酸酯);聚(乙烯碸酸)(PolyethyleneSulphonicacid);聚(對苯二酸乙二醇);聚甲基丙烯酸乙酯;聚氟化丙烯酸酯;聚(穀氨酸);聚甘氨酸;聚乙交酯;聚(六氟氧化丙烯);聚(羥基苯甲酸);聚羥丁酸;聚羥基脯氨酸;聚咪唑;聚咪唑啉酮;聚醯亞胺;聚醚;聚酯;聚(異丁乙烯基醚);聚(異丙烯基甲酮);聚丙交酯;聚月桂丁烯酸;聚賴氨酸;聚異丁烯醛;聚異丁烯酸醯胺;聚異丁烯酸酯;聚(異丁烯酸);聚甲基丙烯腈;聚甲基丙烯酸酯;聚(甲基-α-氨基丙酸);聚(甲基-α-氯丙烯酸酯);聚(氧化亞甲基二亞苯基);聚(γ-甲基-α-L-穀氨酸);聚異丁烯酸甲酯;聚(甲基乙烯基醚);聚(甲基乙烯基酮);聚噁二唑;聚草醯胺;聚氧化烯基脫水山梨糖醇脂肪酸酯;聚氧化烯山梨糖醇酯;聚氧化乙烯酸;聚氧化乙烯醇;聚氧化烯甘油酯;聚氧化烯烷基胺;聚氧化烯-烷基芳香磺酸鹽;聚(氧化乙烯甘醇);聚氧化亞甲基;聚(氧化亞丙烯甘醇);聚(氧化亞丙烯多羥基化合物);聚(氧化丁二醇);聚(伸班酸);聚肽;聚(亞苯基醚);聚亞苯基胺;聚(氧化亞苯);聚(P-亞苯基礬);聚(-P-亞苯基對苯二酸醯胺);聚(異氰酸苯酯);聚苯基噁二唑;聚新戊內酯;聚脯氨酸;聚(亞丙基己二酸);聚(亞丙基壬酸酯);聚(氧化丙烯);聚(氧化丙烯-b-氧化乙烯);聚(亞丙基癸二酸酯);聚肌氨酸;聚絲氨酸;聚苯乙烯基吡啶;聚醯胺碸;聚磺酸鹽;聚碸;聚對苯二酸醯胺酯;聚四氫呋喃;聚三唑;聚三唑啉;Polytryosine;聚脲;聚氨酯;聚(乙烯乙酸酯);聚(乙烯乙縮醛);聚(乙烯醇);聚(乙烯烷基醚);聚乙烯胺;聚(氯乙烯乙酸酯);聚(乙烯酯);聚(乙烯基，乙基醚);聚(乙烯基甲酸);聚(二氯乙烯);聚(亞乙烯基二氰);聚(二氟乙烯);聚(乙烯基異氰酸酯);聚(乙烯基硬脂酸鹽);及其組合物或混合物，以聚(氧化乙烯)、聚(六氟氧化丙烯)、聚異丁烯酸酯、聚(氧化丙烯)、聚(乙烯基硬脂酸鹽)、聚氧化烯基脫水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧化烯山梨糖醇酯、聚氧化乙烯酯、聚氧化乙烯醇、聚氧化烯甘油酯、聚氧化烯烷基胺、聚氧化烯-烷基芳香磺酸鹽和聚(氧化丙烯-b-氧化乙烯)為優選的。
本發明有機低聚合物也可以是低分子量烯屬共聚物，由上面描述的一個或多個有機單體單元和一個或多個像烯烴、炔或芳烴單體單元這樣的烯屬單體單元反應而形成。專門的烯屬單體單元的例子包括乙炔;alkenamers亞烷基亞苯基;烯化硫;異分同晶質;亞芳基;丁二烯;丁烯;carbathianees;乙烯;苯乙烯;環己二烯;硫化乙烯;次乙基;乙炔基苯;異戊二烯;亞甲基;亞甲基亞苯基;降冰片烯;亞苯基;硫醚;硫化丙烯;亞苯基硫醚;丙烯;戊間二烯及其組合物。
本發明的優選的有機低聚合物是用下式表示的聚(烯化氧)低聚物
其中R1，R2，R3，可以獨立地是氫的、氟的或任何直鏈烴根，經滷化的或未滷化的以及有從1到約18個最好是1到6個碳原子，而R4或是一個氫原子或是一個-OH團。單體主鏈單元的數目按規定是X，Y或Z的每一個可以獨目地在0到70間變化但需要(X+Y+Z)之和在從3到210的範圍內。本發明的優選的聚(烯化氧)有機低聚物在市場上可以從BASF公司買到，商品名為PLURONIC和PLURONICR。
在本發明中用作氫鍵觸變劑的有機矽低聚物是共聚物且可以是嵌段低聚物，它含有低聚主鏈，其中(聚)矽氧烷單體單元和有機單體單元的各不相同的大小的嵌段被隨機地或交替地分布。有機矽低聚物也可以是接枝低聚物，它含有(聚)矽氧烷單體單元的主鏈或鏈，而有機單體單元是貼附於其上。適宜於製備有機矽低聚物的有機的和(聚)矽氧烷單體單元可以分別是上而描述的關於有機的和(聚)矽氧烷的低聚物的任何有機的和(聚)矽氧烷單體單元。有機矽低聚物的合成，結構和性能的詳細敘述見於Noll和Zeigler。
一般，接枝有機矽低聚物優選的本發明的氫鏈觸變劑，優選的接枝有機矽低聚物可以用下式來表示;
其中R1可以獨立地是直鏈的、支鏈的、環的或芳烴的根、經滷化的、或未滷化的，並有從1到約18個，最好是從1到6個，碳原子;酯團;醚團或酮團;R2可以獨立地是氫、氟或直鏈烴根，經滷化的或未強滷化的，並有從1到18個，最好為1到6個，碳原子;而R3為有從1到5個碳原子的烷基根(例如，乙基或甲基團)或一個氫原子。R1最好是甲基團，R2最好是氫原子，而R3最好是氫原子或甲基團。單體(聚)矽氧烷主鏈單元的數目按規定W和X的每一個可分別在從0到約130及從1到約40內變動，但必需是(W+X)之和從3到150的範圍內。附於(聚)矽氧烷單體單元的單體有機單元的數目按規定Y和Z的每一個可以分別在0到約220和從0到165內變動，但必需是(Y+Z)之和去從3到225之間。
接枝有機矽低聚物的例子包括烯化氧-二甲基矽氧烷共聚物，如氧丙環-二甲基矽氧烷共聚物和氧化丙烯-二甲基矽氧烷共聚物;(聚)矽氧甘醇共聚物;和其混合物，以烯化氧-二甲基矽氧烷共聚物為優選的。優選的烯化氧-二甲基矽氧烷共聚物的例子在市場上可以從UnionCarbideChemicalsandPlasticsCompany，Inc.公司見到，商品名為SILWET，和SILWETL-7500為特別好的。
以前公開的用於電流變材料的幾種穩定劑或散布劑也發現適用於本發明中作為氫鍵觸變劑。例如，在美國專利第4645614號中公開的氨基功能的、羥基功能的乙酸基功能的、和烷氧基功能的矽氧烷(包括在此作為參考材料)可以用作本發明的氫鍵觸變劑。此外，在美國專利第4772407號所公開的接枝和嵌段低聚物(包括在此作參考材料)以及也由D、H.Napper所著的「PolymericStabilizationofColloidalDisporsions～，AcademicPress，London，1983，中所公開的，也有用作迄今所定義的氫鍵觸變劑。這些接枝和嵌段低聚物的例子在市場上可以從ICIAmericas，Inc.公司買到，商品名為HYPERMER及SOLSPERSE。
如以上所述，本發明的氫鍵觸變劑本質上是含有至少可以和其它分子形成氫鍵合的電負性原子的低聚合材料。以上宣布的舉例的氫鍵觸變劑可以按照本領域中所熟知的方法製備，許多氫鍵觸變劑是市場上可以得到的。
由於其在寬的溫度範圍內工作的能力，和許多承載流體的配任性，和所得觸變網狀物的強度，本發明的優選氫鍵觸變劑是(聚)矽氧烷低聚物和接技和嵌段有機矽低聚物，以接技有機矽低聚物特別好。
氫鍵觸釋劑典型地按對於總的磁流變材料的體積使用數量為從百分之0.1到10.0，最好為從0.5到5.0。
可以選擇性地和氫鍵觸變劑合併使用膠體添加劑以使形成觸變網狀物容易。適用於本發明的膠體添加物包括任何實心的、空心的或疏鬆的顆粒，它們能夠通過氫鍵和氫鍵觸變劑相互作用來形成觸變網狀物。
假使觸變劑是質子供體，膠體添加物必需含有上面所定義的能夠作為質子受體的電負性原子。假使觸變劑是質子受體，膠體添加物需要含有能夠作為如上定義的質子供體的電負性取代基。
在本發明中使用的膠體添加物例子包括含有表面親水團功能的金屬化物粉末。此親水功能可以是羧基團或前面描述過的任何一種和金屬氧化物共價鍵合的(聚)矽氧烷低聚物、有機低聚物、和有機矽低聚物。低聚物附於金屬氧化物表面的方法對表面化學和催化領域的技術人員是公知的。優選的金屬氧化物粉末的特別例子包括脫溶的矽石，霧化的或熱解的矽石、矽石膠凝體、二氧化鈦、和其混合物。
本發明金屬氧化物膠體添加物的表面可以通過讓表面羥基團和各種有機功能的單體矽烷或矽烷耦合劑局部反應做成疏水的，這種矽烷耦合劑像羥基矽烷、酸基矽烷、環氧矽烷、肟矽烷、烷氧基矽烷、二氯矽烷和氨基矽烷，在現有技術中是公知的。關於能和膠體金屬氧化物粉末的表面羥基團反應的矽烷的更完整的敘述可見於Noll，以及由E.P.Plueddemann所著的「SilaneCowplingAgents～，PlenumPress，NewYork，1982(其全部內容包括在此作參考材料)。在與金屬氧化物表面反應之後，矽烷耦合劑並不具有形成氫鍵的能力。帶疏水金屬氧化物的觸變網狀物的形成因而要通過氫鍵觸變劑與在改性後留在金屬氧化物表面的羥基功能軒形成氫鍵來實現。表面改性的疏水膠體金屬氧化物添加物一般是本發明優選的膠體添加物，因為它們是無水的，不需要經過另外的乾燥工序來消除所吸附的潮氣。
適用於本發明的疏水膠體金屬氧化物粉末的專門例子是霧化矽石，用二甲基二氯矽烷、或三甲氧基辛矽烷、或六甲基二矽氮烷作處理，在市場上可以買到，分別是來是DegussaCorporahon公司和CobotCorporation公司商品名是AEROSILR972，R974，EPR976，R805，和R812，以及CABOSILTS-530和TS-610。
本發明的膠體添加物也可以是非低聚的高分子量的(聚)矽氧烷聚合物，有機聚合物，由前面描述的有機的和(聚)矽氧單體單元組成的有機矽聚合物。高分子量(聚)矽氧烷、有機的和有機矽聚合物和上面描述的低聚物區別在於它們的較高分子量，它超過10，000AMU.高分子量聚合物典型地在用作膠體添加物時是粉末、樹脂或樹膠形式。
現在的膠體添加物，除了疏水金屬氧化物粉末，典型地要在使用前變換成無水形式，用本領域技術人員所公知的技術從膠體添加物的表面除去吸附的潮氣，如在對流爐中或在真空中加熱。這些膠體添加物，以及將在下面詳細說的磁活性顆粒成分，當其吸附的潮氣按重量含有少於2%時就被定為是「無水的」。
本發明的膠體添加物典型地使用數量範圍為按總的磁流變材料的體積的百分之0.1到10.0內，最好是從0.5到5.0。
按現在定義的觸變網狀物也可以通過單獨使用聚合物-改性的金屬氧化物或者將它和在上面所定義的氫鍵觸變劑一起使用來產生。本發明的聚合物-改性的金屬氧化物從含有表面羥基功能團的金屬氧化物粉末導出。這些金屬氧化物粉末和上面敘述的關於膠體添加物是一樣的，包括脫溶矽石，霧化的或熱解的矽石，矽石膠凝體，二氧化鈦，和其混合物。然而，聚合物-改性金屬氧化物的金屬氧化物也可以是氧化鐵，像鐵塗氧及磁鐵礦石。
為製備現在的聚合物-改性金屬氧化物，金屬氧化物和能與承載流體配伍的並且能夠實質上阻擋所有金屬氧化物表面上的氫鍵部位或團與其他分子的任何互作用的聚合化合物起反應。重要的是聚合化合物本身也缺少任何自由氫鍵團。用於形成現在的聚合物-改性金屬氧化物的聚合化合物的例子包括矽氧烷低聚合物;礦物油;和石臘油，以矽氧烷低聚合物為最好。矽氧烷低聚合物要適於製備聚合物-改性金屬氧化物，可以用上面公布的關於用作氫鍵觸變劑的矽氧烷低聚合物的結構來表示。這是最重要的即任何含有電負性取代基矽氧烷低聚合物的團共價鍵連到金屬氧化物表面以便避免出現任何自由氫鍵團。金屬氧化物粉末可以是通過表面化學領域技術人員公知的技術用聚合化合物表面處理過的。用矽氧烷低聚合物處理的霧化矽石形式的聚合物-改性金屬氧化物在市場上可以分別從DegussaCorporation公司和CabotCoporation公司得到，商品名為AEROSILR202和CABOSILTS720。
相信聚合物-改性金屬氧化物通過貼附於金屬氧化物表面的聚合物鏈物理的或機械的纏結來形成觸變網狀物。因此，此系統不像前面描述膠體添加物和氫鍵觸變劑時那樣藉助氫鍵來起作用。相信此種機械纏結機構利用了聚合物-改性金屬氧化物的獨特的能力來有效地在升高的溫度下形成觸變網狀物。
聚合物-改性金屬氧化物典型地使用數量按總磁流變材料體積為從百分之0.1到10.0，最好為從0.5到5.0。
在這裡用的膠體添加物和聚合物-改性金屬氧化物二者的直徑的範圍可以從0.001到3.0μm，最好為從0.001到1.5μm，以0.001到0.500μm為特別好。
適宜用於本發明磁流變材料的承載流體可以是任何以前公開的用於磁流變材料的承載流體或液料，如礦物油，矽油，和石臘油等在上面提到的專利中是描述過的。其他適合於本發明的承載流體包括聚矽氧烷共聚物，輕油，液壓油，氯化烴，變壓器油，滷化芳烴液體，滷化石臘，二元酸酯，聚乙二醇，全氟化聚醚，氟化烴，氟化(聚)矽氧烷，受阻(化合)酯化合物，以及他們的混合物和摻和物。熟悉這些化合物的人知道，變壓器油是兼有電的和熱絕緣特徵性能的液體。自然狀態存在的變壓器油包括精煉礦物油具有低的粘度和高的化學穩定性。合成的變壓器油一般包括氯化芳烴(氯化聯二苯和三氯苯)，總起來認為它們是「askarels」，矽油，和酯類液體像癸二酸二丁酯。
其他適用於本發明的承載流體包括(聚)矽氧烷共聚物，受阻礙酯類化合物和氰烷基矽氧烷均聚物，見於1992年9月9日申請的名為「高強度、低導電率電流材料」的07/942549號待審美國專利申請，其全部內容包括在此作參考材料。本發明的承載流體也可以是一種改進的承載流體，它經徹底提純或由一種低導電率的承載流體的可溶性溶液形成以便造成導電率低於約1×107s/m的改進的承載流體。這些改進的承載流體的詳細描述可以在1992年10月16日申請的申請人為B.C.Munoz，S.R.Wasserman，J.D.Carlson和K.D.Weiss，並且也轉讓給本受讓人的名為「有最小的導電率的改進電流變材料」的美國專利申請中找到，其全部公開內容也包括在此作參考材料。
聚矽氧烷和全氟化聚醚在25℃時具有粘度為從3和200釐泊之間，也適合用於本發明的磁流變材料。這種低粘度的聚矽氧烷和全氟化聚醚的詳細敘述在名為「低粘度磁流變材料」的美國專利申請中給出，該申請由申請人K.D.Weiss，J.D.Carlson，和T.G.Duclos，和在本案一起申請，也轉讓給本受讓人，其全部公開內容包括於此作為參考材料。本發明優選的承載流體包括礦物油，石臘油，矽油，(聚)矽氧烷共聚物和全氟化聚醚，而矽油和礦物油是特別好的。
本發明磁流變材料的承載流體在25℃時應有粘度為2到1000釐泊之間，最好在3和200釐泊之間，而5到100釐泊之間是特別好的粘度。本發明的承載流體典型地使用數量範圍為總磁流變材料體積的百分之40到95，最好為百分之55到85。
本發明磁流變材料的顆粒成分可以由已知的呈現磁流變作用的實質上任何固體組成。用於本發明的典型的顆粒成分由，例如，順磁的、超順磁的或鐵磁的化合物組成。用於本發明顆粒成分的專門例子包括由一些材料，像鐵、氧化鐵、氮化鐵、碳化鐵、羰基鐵、二氧化絡、低碳鋼、矽鋼、鎳、鈷，和其混合物，等組成的顆粒。氧化鐵包括周知的純氧化鐵，如Fe2O3及Fe3O4，以及包括有少量其他元素，像錳、鋅或鋇的氧化鐵。氧化鐵的專門例子包括鐵塗氧和磁鐵礦石。此外，顆粒成分可以由任何已知的鐵合金所組成，如那些含有鋁、矽、鈷、鎳、釩、鉬、鉻、錳和/或銅的鐵合金。顆粒成分也可以由專門的鐵-鈷合金和鐵-鎳合金組成，這在由申請人為J.D.Carlson和K.D.Weiss，和本案一起申請，並也轉讓給本受讓人的名稱「Magnetorheoloical Materials Based on Alloy Particles」的美國專利申請中敘述了，其全部內容包括在此作為參考材料。
此顆粒成分典型地是金屬粉末的形態，它可以用本領域技術人員所熟知的方法製備。製備金屬粉末的典型方法包括還原金屬氧化物，磨或碾磨，電解沉積，金屬羰基物分解，快速固化，或熔煉法。多種金屬粉末在市面可以買到的，包括單純鐵粉末。還原鐵粉末，絕緣的還原鐵粉末，和鈷粉末。在這裡應用的顆粒直徑範圍為從0.1到500μm，最好範圍為從1.0到50μm。
本發明優選的顆粒是單純鐵粉末，還原鐵粉末，氧化鐵粉末/單純鐵粉末的混合體，和氧化鐵粉末/還原鐵粉末的混合體。氧化鐵粉末/鐵粉末混合體是有利的，在於氧化鐵粉末混合了鐵粉末，相信從鐵粉末表面除去了任何腐蝕性產物，使整個材料加強了磁流變活力。氧化鐵粉末/鐵粉末混合體在由申請人K.D.Weiss，J.D.Carlson，和D.A.Nixon、和本案同時申請的、名為「MagnetorheologicalMaterialsUtilizingSurface-ModiifiedParticles」的美國專利申請中有進一步的敘述，該申請也轉讓給本受讓人，其全部內容包括在此作為參考材料。
顆粒成分典型地依所要求的整體材料的粘度和磁活力而包括按總的磁流變材料的體積為百分之5到50，最好為百分之15到40。
在本發明中也可以選擇性地使用為使顆粒成分散布的表面活化劑。這種表面活化劑包括已知的表面活化劑或散布劑，如油酸亞鐵和環烷酸鹽，磺酸鹽，磷酸脂，硬脂酸，甘油單油酸，倍半油酸脫水山梨糖醇，硬脂酸鹽，月桂酸鹽，脂肪酸，脂肪醇，和其他表面活性劑是在美國專利3047507號中討論過的(包括於此作參考材料)。此外，選用的表面活化劑可以由硬脂穩定分子組成，它包括氟代脂肪族的聚合酯，像FC-430(3MCorporation公司)，和鈦酸鹽，鋁酸鹽或鋯酸鹽耦合劑，像KEN-REACT(KenrichPetrochemical，Inc.公司)耦合劑。
如果要用表面活化劑，最好是磷酸脂，氟代脂肪族的聚合酯，或耦合劑。選用的表面活化劑可使用數量範圍為重量相對於顆粒成分重量的百分之0.1到20。
為了減少水的存在，磁流變材料最好將顆粒成分和/或觸變添加劑放在對流爐在溫度約110℃到約150℃下乾燥3小時到24小時時間來製備。此乾燥工序對於顆粒成分或觸變添加物當其含的吸附潮氣按重量低於2%時是不必需的。此乾燥工序對於上面敘述過的本身有疏水的表面處理過的膠體添加物或聚合物-改性的金屬氧化物來說也是不必需的。對一給定的粉末所含的吸附潮氣量用在乾燥工序前和後秤量粉末重量來確定。
本發明的磁流變材料可以如下製備起先用於(低剪切)持抹刀或類似的東西將配料混合起來，再隨後用均化器、機械混合器或搖動器或用適當的研磨裝置如球磨、混砂磨、碾磨、膠態磨、塗料磨、或類似的東西來進行散布以便徹底地混合(高剪切)，使得產生更穩定的懸浮。
對本發明磁流變材料的特性和機械性能的評價，以及對其他磁流變材料的評價可以通過應用平行板的和/或同軸圓柱式庫愛特流變測定法(Couetterheometry)來獲得。對這些技術提供根據的理論由S.Oka在(Rheology，TheoryandApplications)(Vol3，F.R.Eirich，ed.AcademicPressNewYork，1960)中充分地論述了，其全部內容包括在此作參考材料。可以從流變儀取得的信息包括關於機械剪切應力對剪切應變率函數關係的數據。對磁流變材料，剪切應力對剪切應變率數據可根據Bingham膠質物來模擬以求取動態屈服應力和粘度。在此模型範圍內對磁流變材料的粘度相當於適用於該測量數據的線性回歸曲線的斜率。
在同軸圓柱形間隔的構形中，磁流變材料置於半徑為R1的內圓柱和半徑為R2的外圓柱之間所形成的環狀間隙中，而在簡單的平行板構形時，材料置於由均為半徑R3的上板和下板間所形成的平面間隙內。在這些技術中任一個板或圓柱隨後以角速度10旋轉而另一板或圓柱保持不動。磁場加在這些間隔構形上穿過充滿流體的間隙，對同軸圓柱構形為輻向，或者對於平行板構形為軸向。剪切應力和剪切應變率之間的關係可以從角速度和施加來保持或者阻止該角速度的力矩T導出。
對已系統闡述過的磁流變材料顆粒沉降的評估可以用在油漆製造領域的技術人員公知的標準測試方法來完成。ASTMD869-85名為「EvaluatingtheDegreeofSettlingofPaint」的測試標準(包括在此作參考材料)公布了任選數字等級的定性的程度來描繪作擱置老化的顏料或顆粒懸浮物試樣的類型。該數字詳測等級按定義用0作為最低值(極端硬的沉渣)，用10作為最高值(完全懸浮)。同樣的數字等級也可被用於評估那些顆粒顏料，它們經過再攪拌(用抹刀手攪拌)擱置老化的試樣到適於預期要使用的均勻條件以後的情況。ASTMD1309-88名為「SettlingPropertiesofTrafficPaitsDuringStorage」的測試標準(包括在此作為參考材料)公布了一種二周溫度循環程序(-21℃到71℃)，它加速了顏料或顆粒的沉降過程。此試驗估價了將發生在一年時期內的顆粒沉降的量。在此加速試驗範圍內，顏料或顆粒懸浮物按照在前面定義於ASTMD896-85中的標準來評估。在這些已建立起來的ASTMD標準之外，還可能通過測量在顆粒沉澱物之上形成的透徹的承載成分層的數量來得到關於經一般時間的顆粒沉降量的補充信息。因為絕大多數使用磁流變材料的裝置將建立各種不同的材料的流動條件，所以將老化的試樣的顆粒懸浮物在低剪切條件下(即，在塗料搖動器中搖幾分鐘)再度攪散了提供進一步關於材料在各種用途下適用性的信息。
給出以下例子來說明發明而不是限制發明的範圍。
例1-4磁流變材料將以下材料加在一起得到總數為1257.60g而製備出來單純羰基鐵粉末(MICROPOWDER-S-1640，相似於老化的EI鐵粉末標誌，GAFChemicalCorporation公司);觸變添加物;選用的膠體添加物;選用的表面活化劑;以及10釐沱聚甲基矽氧烷油(L-45，UnionCarbideChemicalsPlasticsCompany，Inc.)。除了羰基鐵粉，例3還用了75.00gMn/Zn鐵塗氧粉末(＃73302-0，D.M.StewardManufacturingCompany)。承載油的粘度在25℃下用同軸圓柱式庫愛特流變測定法測出為約16釐泊。流體通過結合使用低剪切和高剪切散布技術製成均勻混合物。各成分起初用抹刀混合再用裝有16齒旋轉頭的高速散布機使更徹底地散布開。磁流變材料貯存在聚乙烯的容器內備用。用於例1-4的各類添加物及一些矽油，列於表1。所有的用於例1-4的添加物和磁活性顆粒所含吸附潮氣的均按重量低於2%。用於例4的親水脫溶矽石膠凝物在對流爐內在130℃下乾燥24小時以驅除任何吸附的水。所有的磁流變材料使用平板式流變測定法測得在磁場為約3000奧斯特時動態屈服應力超過50kPa。
表1
評估了例1-4磁流材料中發生的顆粒沉降的類型程度。總量為30ml的各個磁流變材料被放入已知尺寸的管形玻璃樣品瓶中。這些磁流變材料被不加擾動放置至少30天。在這麼長時間之後用測量在顆粒沉澱物之上形成的清油體積來決定顆粒沉降量。這些試驗結果匯總於表2。
每種磁流變材料剩下的量放在1品脫金屬罐中受到在ASTMD1309-88中定義的二周溫度循環程序。在此加速試驗中發生的顆粒沉降量等效於預期的將磁流變材料暴露在周圍環境的條件下一年時間內發生的量。在此時間結束時顆粒沉澱的程度和再攪散(用抹刀手抹)此沉表2
＊按ASTMD1309-88加速到一年渣的詳估按照抄錄於下面的在ASTMD869-85中公布的數字等級來進行等級材料條件的說明10完全懸浮。材料原來的條件未改變。
8有肯定的沉澱感覺，在抺刀上帶起輕微的沉積物。抹刀橫向運動無明顯阻力。
6肯定有沉積色塊。抹刀因自重可穿過色塊落到容器底部。抹刀橫向運動肯定有阻力。結塊粘附部分可以被移到抹刀上。
4抹刀不能因自重落到容器底部。難於橫向移動抹刀穿過結塊，稍有順向的阻力。材料可容易地再攪抹均勻狀態。
2當抹刀強行穿過沉積層時抹刀非常難於橫向移動。對抹刀順向移動有肯定的阻力。材料可以再攪抹到均勻狀態。
0非常堅牢的結塊，不能通過用手攪抹方法再加入液體來成光滑的材料。
此外，確定在顆粒沉渣上面形成的清徹油的體積。由於大多數使用這些磁流變材料的裝置都將建立各種各各不同的材料流動條件，用把一品脫試樣放在剪切塗料搖動器上三分鐘時間來取得關於再度攪散老化的顆粒沉渣的補充信息。散布開的沉渣再按照上面敘述的等級(ASTMD869-85)被重評價。為這個加速試驗而取得的匯總數據和上面敘述的30天靜止試驗所得的數據一起列於表2。
對比例5對比的磁流變材料按照在例1-4中所說的程序製備，但只用17.25g「幹」的親水脫溶矽石凝膠體(HI-SIL233，PPGIndustries)和315.88g的16釐泊(25℃)矽油(L-45，10釐沱，UnionCarbideChemicalPlasticsCompany，Inc.)。這種矽石凝膠體添加物表示了用於4992190號美國專利的磁流變材料中的優選散布劑。磁流變材料用平板式流變測定法測得在磁場為3000奧斯特時動態屈服應力為約50kPa。顆粒沉降，懸浮程度，和再攪散性能按照例1-4的手續測定。最後的數據公布於下面的表3中。
表3
＊按ASTMD1309-88加速到一年從以上的例子中可以看到，本發明的觸變添加物能明顯地阻止在磁流變材料中的顆粒沉降。事實上，發明的磁流變材料表現出和基於傳統的散布劑的磁流變材料相比有意想不到地小的顆粒沉降。
權利要求
1.一種磁流變材料，其特徵是包括承載流體、顆粒成分，和至少一種選自由氫鍵觸變劑和聚合物-改性的金屬氧化物所組成的組中的觸變添加物。
2.根據權利要求1的磁流變材料，其特徵是其中觸變添加物是一種氫鍵觸變劑，包括含有至少一個能和其他分子構成氫鍵的電負性原子的低聚化合物。
3.根據權利要求2的磁流變材料，其特徵在是其中低聚化合物選自由(聚)矽氧烷低聚物、有機低聚物、和有機矽低聚物所組成的組中。
4.根據權利要求3的磁流變材料，其特徵是其中低聚化合物是選自由矽烷、矽氧烷、矽氮烷、矽硫烷、矽亞烷、和矽亞芳基所組成的組的(聚)矽氧烷低聚物。
5.根據權利要求4的磁流變材料，其特徵是其中(聚)矽氧烷低聚合物可以是單聚的共聚的。
6.根據權利要求4的磁流變材料，其特徵是其中(聚)矽氧烷低聚物是由下式表示的矽氧烷低聚物
其中R1、R2、R3、R4，和R5可獨立地是直鏈的、支鏈的、環的、或烴的根，經滷化的或未滷化的，以及有1個到18個碳原子;是酯團;是醚團;或是酮團;但需至少R1，R2，R3，R4或R5中有一個含有電負性取代基，它與任一個碳、矽、磷、或硫原子共價鍵合及以-O-，＝O，-N＝，-F，-CL，-NO2，-OCH3，-C＝N，-OH，-NH2，-NH-，-COOH，-N(CH3)2或-NO形式存在，其中X和Y能獨立地在從0到150變動，但必需有(X+Y)的和在3到300的範圍內。
7.根據權利要求6的磁流變材料，其特徵是其中烴根有從1到6碳原子;至少R1，R2，R3，R4，和R5中一個是(CH2)WE的一部分，其中E選自由CN，CONH2，Cl，F，CF3和NH2組成的組，W是從2到8的整數;(X+Y)的和在從10到150的範圍內。
8.根據權利要求4的磁流變材料，其特徵是其中(聚)矽氧烷低聚物是矽氧烷低聚物，它在低聚化合物的端部有一個電負性取代基並選自由以下組成的組終端為二甲基乙酸基的聚二甲基矽氧烷(PDMS);終端為甲基二乙酸基的PDMS;終端為二甲基乙氧基的PDMS;終端為丙氨基二甲基的PDMS;終端為甲醇的PDMS;終端為一甲醇的PDMS;終端為二甲氯基的PDMS;終端為二甲氨基的PDMS;終端為二甲基乙氧基的PDMS;二甲基甲氧基PDMS;終端為異丁烯酸丙氧基的PDMS;終端為一甲基丙烯醯丙氧基的PDMS;終端為丙羧基二甲基的PDMS;終端為氯甲基二甲基的PDMS;終端為丙羧基二甲基的PDMS和終端為矽烷醇的聚甲基-3，3，3-三氟丙基矽氧烷。
9.根據權利要求8的磁流變材料，其特徵是其中矽氧烷低聚物選自由丙氨基二甲基為終端的PDMS、甲醇為終端的PDMS和異丁烯酸丙氧基為終端的PDMS組成的組中。
10.根據權利要求4的磁流變材料，其特徵是其中(聚)矽氧烷低聚合物是矽氧烷低聚物，它在低聚物的側鏈上有電負性取代基，並選自由以下所組成的組聚丙氰基甲基矽氧烷聚二(丙氰基)矽氧烷;聚(氯苯乙基)甲基矽氧烷;聚甲基-3，3，3-三氟丙基矽氧烷;聚甲基-3，3，3-三氟丙基/二甲基矽氧烷;聚(氨基乙胺基丙基)甲基/二甲基矽氧烷;聚(丙氨基)甲基/二甲基矽氧烷;聚(丙烯醯丙氧基)甲基/二甲基矽氧烷;聚(丙烯醯甲基丙氧基)甲基/二甲基矽氧烷;聚(氯甲苯乙基)甲基/二甲基矽氧烷;聚(丙氰基)甲基/二甲基矽氧烷;聚(丙氰基)甲基/苯甲基矽氧烷;聚甘油醇丙氧甲基/二甲基矽氧烷;聚苯甲基/二甲基矽氧烷;聚(四氯苯基)/二甲基矽氧烷;聚二苯基/二甲基矽氧烷;聚(乙氰基)甲基/二甲基矽氧烷;和聚環氧乙烷/二甲基矽氧烷。
11.根據權利要求10的磁流變材料，其特徵是其中矽氧烷低聚物選自由聚甲基-3，3，3-三氟丙基/二甲基矽氧烷、聚(丙氰基)甲基/二甲基矽氧烷、聚甲基-3，3，3-三氟丙基矽氧烷和聚丙氰基甲基矽氧烷所組成的組中。
12.根據權利要求3的磁流變材料，其特徵是其中低聚化合物是一種有機低聚物，並由選自由以下所組成的組中的單體單元組成醚;酯;醛類;酮類;羧酸;醇;胺;醯胺;滷化烷烴及其混合物。
13.根據權利要求3的磁流變材料，其特徵是其中有機低聚物選自由以下組成的組中聚縮醛類;聚乙醛;聚丙酮;聚丙烯醛;聚丙烯醯胺;聚丙烯酸酯;聚(丙烯酸);聚丙烯腈;聚醯腙;聚醯基氨基脲;聚己二醯二胺;多價聚哌嗪;聚氨基丙酸;聚(碳酸亞丁酯);聚(醯胺酸);聚醯胺;聚(醯胺酸)(amide acid);聚(醯胺-醯肼);聚(醯胺-醯亞胺);聚胺;聚(胺基酸);聚氨基二馬來醯亞胺;聚酐;聚芳基化物;聚亞芳基碸;聚(亞芳基三唑);聚(芳香酯);聚(芳香醚);聚芳香醚碸;聚(芳香碸);聚天冬氨醯胺;聚吖嗪;聚偶氮苯;聚甲亞胺;聚苯偶氮苯亞基;聚苯甲醯胺;聚苯偶醯;聚苯並咪唑;聚苯並咪唑啉;聚苯並咪唑酮;聚苯並咪唑喹唑啉酮;聚苯並咪唑喹喔啉;聚苯偶姻;聚苯並吡嗪;聚苯並噻唑;聚苯並噁嗪二酮;聚苯並噁嗪酮;聚苯並噁唑;聚二馬來醯亞胺;聚二脲;聚丁基丙烯酸酯;聚丁烯;聚對苯二酸鹽;聚甲基丙烯酸丁酯;聚己內酯;聚碳氮烷(polycarbazane);聚碳氮烯(polycarbazene);聚碳化二亞胺;聚碳酸鹽;聚碳環氧乙烷(polycarboxane);聚氯醛;聚氯乙烯;聚氯丁二烯;聚氯丁二烯;聚氯苯乙烯;聚三氟氯乙烯;聚氰基三2苯並[c]呋喃酮亞基(polycyanoterphthalidene);聚甲基丙烯酸環己酯;聚二甘醇;聚己二酸;聚二甲基酮;聚二甲基酚;聚二肽;聚表氯醇;聚醚碸;聚丙烯酸乙酯;聚(亞乙基己二酸酯)(polycethylene adipate);聚(亞乙基壬二酸酯);聚(亞乙基二醇);聚亞乙基亞胺;聚(環氧乙烷);聚(乙烯氧基苯甲酸酯);聚(乙烯碸酸)(polyethylene sulphonic acid);聚(對苯二酸乙二醇);聚甲基丙烯酸乙酯;聚氟化丙烯酸酯;聚(穀氨酸);聚甘氨酸;聚乙交酯;聚(六氟氧化丙烯);聚(羥基苯甲酸);聚羥丁酸;聚羥基脯氨酸;聚咪唑;聚咪唑啉酮;聚醯亞胺;聚醚;聚酯;聚(異丁乙烯基醚);聚(異丙烯基甲酮);聚丙交酯;聚月桂異丁烯酸;聚賴氨酸;聚異丁烯醛;聚丁烯酸醯胺;聚異丁烯酸酯;聚(異丁烯酸);聚甲基丙烯腈;聚甲基丙烯酸酯;聚(甲基-α-氨基丙酸);聚(甲基-α-氯丙烯酸酯);聚(氧化亞甲基二亞苯基);聚(γ-甲基-α-L-穀氨酸);聚異丁烯酸甲酯;聚(甲基乙烯基醚);聚(甲基乙烯基酮);聚噁二唑;聚苯醯胺;聚氧化烯基脫水山梨糖醇脂肪酸酯;聚氧化烯山梨糖醇醇酯;聚氧化乙烯酸;聚氧化乙烯醇;聚氧化烯甘油酯;聚氧化烯烷基胺;聚氧化烯-烷基芳香磺酸鹽;聚(氧化乙烯甘醇);聚氧化亞甲基;聚(氧化亞丙烯甘醇);聚(氧化亞丙烯多羥基化合物);聚(氧化丁二醇);聚(仲班酸);聚肽;聚(亞苯基醚);聚亞苯基胺;聚(氧化亞苯);聚(p-亞苯基碸);聚(-p-亞苯基對苯二酸醯胺);聚(異氰酸苯酯);聚苯基噁二唑;聚新戊內酯;聚脯氨酸;聚(亞丙基己二酸);聚(亞丙基壬二酸酯);聚(氧化丙烯);聚(氧化丙烯-b-氧化乙烯);聚(亞丙基癸二酸酯);聚肌氨酸;聚絲氨酸;聚苯乙烯基吡啶;聚醯胺碸;聚磺酸鹽;聚碸;聚對苯二酸醯胺酯;聚四氫呋喃;聚三唑;聚唑啉;polytryosine;聚脲;聚氨酯;聚(乙烯乙酸酯);聚(乙烯乙縮醛);聚(乙烯醇);聚(乙烯烷基醚);聚乙烯胺;聚(氯乙烯乙酸酯);聚(乙烯酯);聚(乙烯基，乙基醚);聚(乙烯基甲酸);聚(二氯乙烯);聚(亞乙烯基二氰);聚(二氟乙烯);聚(乙烯基異氰酸酯);聚(乙烯基硬脂酸鹽);及其混合物。
14.根據權利要求13的磁流變材料，其特徵是其中有機低聚物選自由以下所組成的組中聚(氧化乙烯)、聚(六氟氧化丙烯)、聚異丁烯酸酯、聚(氧化丙烯)、聚(乙烯基硬脂酸鹽)、聚氧化烯基脫水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧化烯山梨糖醇酯、聚氧化乙烯酸、聚氧化乙烯醇、聚氧化烯甘油酯、聚氧化烯烷基胺、聚氧化烯-烷基芳香磺酸鹽和聚(氧化丙烯-b-氧化乙烯)。
15.根據權利要求3的磁流變材料，其特徵是其中有機低聚物是一種低分子量的烯屬共聚物，由一種有機單體單元和一種烯屬單體單元反應而形成。
16.根據權利要求15的磁流變材料，其特徵是其中有機單體單元選自由以下所組成的組中醚;酯;醛類;酮類;羧酸;醇;胺;醯胺;滷化烷烴及它們的組合，烯屬單體單元選自由以下所組成的組中烯烴;炔;芳烴;己炔;alkenamers;亞烷基亞苯基;烯化硫;異分同晶質;亞芳基;丁二烯;丁烯;carbthianes;乙烯;苯乙烯;環己二烯;硫化乙烯;次乙基;乙炔基苯;異戊二烯;亞甲基;亞甲基亞苯基;降冰片烯;亞苯基;硫醚;硫化丙烯;亞苯基硫醚;丙烯;戊間二烯及其組合物。
17.根據權利要求3的磁流變材料，其特徵是其中有機單聚物是由下式表示的聚(烯化氧)有機低聚物
其中R1，R2和R3可以獨立地是氫的、氟的或任何直鏈烴根，經滷化的或未滷化的以及有從1到約18個碳原子;而R4或是一個氫原子或是一個-OH團;單體主鏈單元的數目按規定X，Y或Z的每一個可以獨立地在0到70間變化但需要(x+y+z)之和在從3到210的範圍內。
18.根據權利要求17的磁流變材料，其特徵是其中烴根有從1到6個碳原子。
19.根據權利要求3的磁流變材料，其特徵是其中低聚化合物是由有以嵌段或接枝排列的有機的和(聚)矽氧烷單體單元組成的有機矽低聚物。
20.根據權利要求19的磁流變材料，其特徵是其中有機矽低聚物是一種以下式表示的接枝有機矽低聚物
其中R1可以獨立地是直鏈的、支鏈的、環的或芳烴的根，經滷化的或未經滷化的，並有從1到18個碳原子;可以是酯團;醚團或酮團;R2可以獨立地是氫、氟或直鏈烴根，經滷化的或未經滷化的，並有從1到18個碳原子;R3是有從1到5碳原子的烷基根或一個氫原子;單體(聚)矽氧烷主鏈單元的數目規定為W和X的每一個可分別在從0到130和從1到40間變動，但必需(W+X)之和在從3到150的範圍內;附於(聚)矽氧烷單體單元的單體有機單元的數目規定為Y和Z可分別從0到220和從0到165變動，但必需(X+Z)的和在從3到225範圍內。
21.根據權利要求20的磁流變材料，其特徵是其中R1是甲基團，R2是氫原子，R3是氫原子或甲基團。
22.根據權利要求19的磁流變材料，其特徵是其中有機矽低聚物是接枝有機矽低聚物，選自由以下所組成的組中烯化氧-二甲基矽氧烷共聚物，如氧丙環-二甲基矽氧烷共聚物和氧化丙烯-二甲基矽氧烷共聚物;(聚)矽氧烷甘醇共聚物;及其混合物。
23.根據權利要求22的磁流變材料，其特徵是其中接枝有機矽低聚物是烯化氧-二甲基矽氧烷共聚物。
24.根據權利要求2的磁流變材料，其特徵是其中進一步包括膠體添加物。
25.根據權利要求24的磁流變材料，其特徵是其中膠體添加物是含有表面親水功能團的金屬氧化物粉末。
26.根據權利要求25的磁流變材料，其特徵是其中金屬氧化物粉末選自由膠溶矽石、霧化的或熱解的矽石、矽石膠體、二氧化鈦，和其混合物。
27.根據權利要求25的磁流變材料，其特徵是其中金屬氧化物的表面通過讓表面羥基團和各種有機功能的單體矽烷或矽烷耦合劑局部反應而變成疏水的，該矽烷耦合劑像羥基矽烷、酸基矽烷、環氧矽烷、肟矽烷、烷氧基矽烷、二氯矽烷和氨基矽烷。
28.根據權利要求27的磁流變材料，其特徵是其中膠體添加物是用二甲基二氯矽烷、三甲氧基辛矽烷或六甲基二矽氮烷作處理的霧化矽石。
29.根據權利要求24的矽流變材料，其特徵是其中膠體添加物是高分子量的(聚)矽氧烷聚合物、有機聚合物、或有機矽聚合物。
30.根據權利要求29的矽流變材料，其特徵是其中膠體添加物是粉末、樹脂、或樹膠形式。
31.根據權利要求1的矽流變材料。其特徵是其中觸變添加物是聚合物-改性金屬氧化物且用金屬氧化物和聚合化合物反應而製備得到。
32.根據權利要求31的矽流變材料，其特徵是其中金屬氧化物選自由脫溶矽石、霧化或熱解的矽石、矽石膠凝體、二氧化鈦、氧化鐵、及其混合物組成的組中。
33.根據權利要求31的矽流變材料，其特徵是其中聚合化合物選自由矽氧烷低聚物、礦物油、及石臘油組成的組中。
34.根據權利要求31的矽流變材料，其特徵是其中聚合物-改性的金屬氧化物是用矽氧烷低聚物處理過的霧化矽石。
35.根據權利要求1的矽變材料，其特徵是其中承載流體被選自由以下所組成的組中;礦物油;矽油;(聚)矽氧烷共聚物;輕油;液壓油;氯化烴;變壓器油;滷化芳烴液體;滷化石臘;二元酸酯;聚乙二醇;金氟化聚醚;氟化烴;氟化(聚)矽氧烷;受阻(化合)酯化合物;氰烷基矽氧烷均聚物;以及用徹底提純或者用一種低導電率承載流體可溶性溶液的形成以便造成導電率低於1×10-7s/m的辦法來改性的改性承載流體。
36.根據權利要求35的磁流變材料，其特徵是其中承載流體選自由礦物油、石臘油、矽油、(聚)矽氧烷聚合物、和全氟化聚醚所組成的組中。
37.根據權利要求1的矽流變材料，其特徵是其中顆粒成分由順磁的、超順磁的或鐵磁的化合物所構成。
38.根據權利要求37的磁流變材料，其特徵是其中顆粒成分由一種選自以下所組成的組中的材料構成鐵;鐵合金，氧化鐵;氮化鐵;碳化鐵;羰基鐵;二氧化鉻;低碳鋼;矽鋼;鎳;鈷;及其混合物。
39.根據權利要求1的磁流變材料，其特徵是其中顆粒成分選自由以下所組成的組中單純鐵粉;還原鐵粉;氧化鐵粉/單純鐵粉的混合物;和氧化鐵粉/還原鐵粉的混合物。
40.根據權利要求1的磁流變材料，其特徵是還包括表面活化劑。
41.根據權利要求40的磁流變材料，其特是其中表面活化劑選自由以下所組成的組中油酸亞鐵和環烷酸鹽;磺酸鹽;磷酸脂;硬脂酸;甘油單油酸;倍半油酸脫水山梨糖醇;硬脂酸鹽;月桂酸鹽;脂肪酸;脂肪醇;氟代脂肪族的聚合酯;和鈦酸鹽、鋁酸鹽或鋯酸鹽耦合劑。
42.根據權利要求41的磁流變材料，其特徵是其中表面活化劑是磷酸酯;氟代脂肪族的聚合酯;或一種耦合劑。
43.根據權利要求1的磁流變材料，其特徵是其中承載流體按體積佔總的磁變材料體積的百分之40到95，顆粒成分按體積佔百分之5到50，而觸變添加劑佔百分之0.1到10。
44.根據權利要求43的磁流變材料，其特徵是其中承載流體佔總的磁流變材料體積的百分之60到85，顆粒成分佔體積的百分之15到40，而觸變添加物佔體積的百分之0.5到50。
全文摘要
磁流變材料包含承載流體、顆粒成分和提供抗顆粒沉降穩定性的觸變添加劑。觸變添加劑可是一種氫鍵觸變劑、聚合物改性的金屬氫化物，或其混合物。使用觸變添加物產生一種觸變網狀物，它對減少在磁流變材料顆粒沉降是不尋常地有效。
文檔編號C10N30/04GK1088020SQ9312074
公開日1994年6月15日 申請日期1993年10月30日 優先權日1992年10月30日
發明者K·D·韋斯, D·A·尼克森, J·D·卡爾松, A·J·瑪吉達 申請人:洛德公司