|
|
|
|
<![CDATA[<label id="wpyr8"></label>]]>
颗�；浼挛哦�
富通新能源 > 动态 > 颗�；浼挛哦� > > 详细
磁流变液制备过程中球料比对其性能的影响
发布时间：2013-10-10 09:32 来源：未知
磁流变液( magnetorheological fluid，MRF)是一种智能材料，它是由易磁化颗粒分散于基础载液中形成的悬浮液，其流变性能随外加磁场的改变而发生变化，呈现出连续、可逆、迅速和精确可控的优良特性。其主要由磁性颗粒、基液和添加剂组成。磁流变液的概念最初是1948年由RABINOW提出的，并设计了最早的磁流体离合器，但直到20世纪90年代以后人们才掀起了对磁流变液的研究热潮。正是由于磁流变效应连续、可逆、迅速的特点使得磁流变液引起了国内外学者和工业界的广泛兴趣，并且在汽车工业、航空航天、机械制造、建筑、医疗等行业具有广泛的应用前景。
但是目前磁流变液存在的最大不足是在长期使用过程中磁流变流体中的磁性粒子与母液之间分离出现沉淀，即磁流变液的沉降和团聚问题，严重影响了磁流变液的性能，并且这个问题一直困扰着国内外的研究者，也是影响磁流变液工程应用的主要障碍之一。为了解决磁流变液沉降和团聚的问题，国内外学者进行了大量研究，大部分学者主要是从两个方面着手：一是对磁性颗粒的选择以及对磁性颗粒进行改性，二是配方设计以及添加剂的选择。
本文主要从制备工艺参数人手，以羰基铁粉为磁性颗粒，硅油为载液，硅烷偶联剂为表面活性剂，纳米级二氧化硅为触变剂，采用高速球磨机球磨分散的方法制备磁流变液，测试了其基本性能，考察了制备过程中球料比对磁流变液粘度、沉降稳定性和流变性能的影响，富通新能源生产销售球磨机、雷蒙磨粉机等磨机机械设备。
1、实验部分
1.1主要原料
羰基铁粉，平均粒径为3.5um，基本呈球形分布，纯度为99. 9qc（陕西兴化化学股份有限公司）；甲基硅油，运动粘度为10mm2/s（四川晨光化工）；硅烷偶联剂KH560（南京康普顿曙光有机硅化工有限公司）；纳米级二氧化硅（SPI型）平均粒径为20 nm，比表面积为640 mz／g，纯度为99.5%（厦门迈凯伦科技有限公司）。
1.2磁流变液的制备
将羰基铁粉与硅烷偶联剂及异丙醇按一定比例混合后置于球磨罐中，经机械搅拌、超声分散后放入球磨机球磨6h，再把羰基铁粉置于70℃的真空干燥箱内烘干。以表面处理后羰基铁粉为悬浮相，以甲基硅油为分散相，混合后置于球磨罐内，并加入一定量的纳米级二氧化硅，经机械搅拌、超声分散后，再用高速球磨机球磨分散的方法制备磁流变液。球磨法制备过程中，根据实验具体情况，设定球磨机转速和球磨时间，球料比分别选取l：9，2:9，3:9和4:9进行实验，其样品见表1。
1.3磁流变液性能测试
1.3.1磁流变液的沉降稳定性
沉降稳定性采用自然沉降法，将制备好的磁流变液样品放入量筒内，通过目测量筒中样品分层百分比记录不同时间的沉降情况。
1.3.2磁流变液流变性能的测试
磁流变液的零场粘度采用成都仪器厂生产的NXS -11A旋转粘度计进行测量。磁流变液在磁场中流变性能的测试则是经改装后的NXS -11A旋转粘度计（加有磁场装置）进行测量。
2、结果与讨论
2.1磁流变液的零场粘度
图1为磁流变液在剪切速率为16.283 8。1时的零场粘度，从图中可以看出，磁流变液的粘度随着球
料比的增大出现先下降后上升的过程。随着球料比的增加，其零场粘度先是随之减小，当球料比为3:9
时，零场粘度达到一个最小值，其粘度为0.9772 Pa -s。当球料比大于3;9后，其零场粘度没有减小而
是随着球料比的增加而增大。
分析认为，这是因为磁流变液在制备过程中，通过球磨的方法被不断地剪切，发生剪切稀化现象，并且随着剪切强度的加大，剪切稀化现象越明显。因此磁流变液随着球料比的增加而使所受的剪切应力增加，致使粘度随着球料比的增加而减小。但是当球料比达到一定值后，产生很强的剪切应力，在长时间和强剪应力的作用下磁流变液会发生“剪切变稠”现象，致使在球料比较大的情况下，粘度会发生稠化现象。
2.2磁流变液的沉降稳定性
表2是磁流变液静置l周后的沉降情况和静置3个月后的团聚情况。从表2中可以看出，随着球料比的增加沉降速率呈现先加快随后减慢的过程。试样MRF3 -3沉降速率最快，其沉降速率是试样MRF3-1和试样MRF3-4的1.5倍。从图l和表2可以看出，4组试样的沉降速率与其粘度有很好的对应关系，即粘度小的沉降速率快，粘度大的则沉降速率慢。MRF3 -3粘度最小，因而沉降速率最快，MRF3-1和MRF3 -4粘度最大，沉降速率最慢，且该两试样的粘度近似MRF3 -3粘度的1.5倍。
从表2还可以看出，磁流变液静置3个月后，球料比为3:9时，沉降量最大，沉降量达到21%，而球料比为1：9和4:9的样品表现出较好的沉降稳定性，沉降量为14%。以上4个样品均表现出良好的团聚稳定性，无板结现象出现，表现出软性沉降的特征。其特征为沉降速度快，形成沉降体积较大的沉淀物，但搅拌后容易再分散而变为均匀的悬浮系统。
2.3磁流变液的流变性能
图2为在剪切速率为135.65 s一下磁流变液剪切应力与磁感应强度的关系曲线。从图2可以看出，4组磁流变液的剪切应力均随着磁感应强度的增加而增大。且在相同的磁感应强度下，4组样品剪切应力几乎相同，这是因为4组磁流变液所含的羰基铁粉体积分数相同。
图3为在磁感应强度为126.5 mT时磁流变液剪切应力与剪切速率的关系。从图中可以看出，4组磁流变液剪切应力总体上随着剪切速率的增大而增大。当剪切速率小于60s-1时，随着剪切速率的增大剪切应力增大得较快，当剪切速率大于60 S-I时，剪切应力随剪切速率的增大而增大的趋势减缓。预计随着剪切速率的逐步加大，剪切应力将会趋于某个值，即在高剪切速率下，剪切速率对剪切应力的影响较小。
此外，在较低剪切速率的情况下，MRF3 -2和MRF3 -4表现出的剪切应力明显高于其他两个样品，在较高剪切速率下，MRI;3 -2和MRF3 -4依然保持较高的剪切应力，样品MRF3 -3此时也表现出较高的剪切应力，但是MRF3-1在较高剪切速率下，剪切应力呈下降趋势，且较其他样品剪切应力较小，分析认为当外加磁感应强度较小时，磁流变液构成的链状结构较松散，使之变形和断裂所需的剪切力也较小，因此4组样品表现出的剪切应力不高，其中样品MRF3-3与其他样品相比粘度较小，致使在相同的剪切速率之下所产生的剪切应力较小。样品MRF3-1产生的剪切应力较其他样品要小，初步分析认为是在制备过程中，所使用的球料比较小，没有达到良好的分散效果，致使在磁场条件下，不易形成磁极化链或形成的磁极化链较少，从而产生的剪切应力较小。
3、结论
(1)磁流变液的沉降稳定性先是随着球料比的增加而下降，而后当球料比达到一定值后随着球料比的增加沉降稳定性变好。
(2)磁流变液的零场粘度先是随着球料比的增加，粘度逐渐减小，在球料比为3:9时，零场粘度最小，只有0.977 2 Pa．s，而后零场粘度又随球料比的增加呈增大趋势。
(3)在一定的剪切速率下，磁流变液的剪切应力随着磁感应强度的增大而增大，但球料比对磁流变液的流变性能影响不大。
(4)在磁流变液制备过程中，球料比对磁流变液的零场粘度和沉降稳定性有较大的影响，在相同配方参数条件下，可以通过改变球料比的方法来改变磁流变液的零场粘度和沉降稳定性。
