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1、十jJ谧于R眨卜票卜十!1.r于含“七胜丫t!U.，1于J1眨.1百1.浮 磁流变休稳定性研究 刘奇，张平，王东亚，黄元龙 ( 重庆仪表材料研究所. 重庆 4 0 0 7 0 0 ) 1 侧艾 1 溯溯朔 :几砂 摘墓 : 本丈对所研创的 犷物油系和硅油系 滋流变 体样品的注度毯定性、沉降撼定性、团聚称定性 二次t浮性进行了系杭的侧试和分析，并对其影响 因素进行了 详尽的 讨论. 要恤询: 磁流空休:沉降粗定性:团派住定 性 1 引言 . 1 0 1 0 3 0 5 0 7 0的 TI . C 矿物油 介质M R F 枯沮曲线 ;叫洲司训 1.逻E奋 磁流变体 ( MR F )系一种在外界磁场
2、作用下流 变性能发生明显变化的分故体材料，与电流变体 ( E R F )相比.具有磁场剪切应力值高， 对杂质污染 不 敏 感 和 昭甲值 低 的 明 显 优 点 I ll . 有 广 阔 的 工 程 化 应用前景。 我们针对汽车智能减振路应用研制的磁 流变体材料的沮度稳定性、 沉降穆定性和团聚毯定 性及影响因索进行了系 统的研究。 在此做一简要介 绍 。 2 实验方法 0 穿 -3 0 . 1 0 1 0 ._ 3 0 5 0 7 0 6 0 T I - c ，r压胜、.111，巨f111!了十r肠.r!.，胜卜必J砍 实验样品为铁基铁粉、 矿物油成硅油及添加剂 组成的磁流变体。 沮度称定性由
3、不同温度下的粘度 变化来评价， 即用旋转粘度计侧f - 2 0 - 8 0 C 沮度下 样品的枯度值. 沉降往定性采用对试管中样品分层 的 百分比 随时间变 化的目 测方法确定。 团聚 往定性 通过对样品板结情况的观察和刮板细度仪拢1t 沉 降后重新起浮性能用以对样品稳定性的综合性能评 价.采用试管中样品沉降部分在通电螺线管产生的 竖直磁场下 ( 电流为4 .5 A时空气介质中约O A T )的 起浮速度和 程度 和在0 . 3 T横向 恒定磁场下样品 均 匀 分层 情况来确定。 3 结果与讨论 3 . 1 沮度毯定性 沮度是影响磁流变体粘度值和稳定性的一个重 要环境因素，主要取决于悬浮介质的
4、枯温特性、 倾 点及闪点等参数。 某些添加剂可明显改变这些参数。 图 1 和图2 分 别为 矿物油介 质和硅 油介 质 磁流变 体 的 粘谧曲线. 可见. 矿物油系磁流变体样品 的粘温 特性明显优于硅油系样品。 圈2 硅油介演MR F 带吸曲线 3 .2 沉降林定性 典型样品制备后睁t 2 0天.沉降速度分布在 0 - 2 .0 9 U d范围内. 6 0天时分别为 0 - 0 .7 3 Wd ， 接近 美国L o r d 公司产品O - L O Wd的性能m 。 上述样品静 2 2个月 后大 都处于松软和较 松软状态， 无板结发 生。 影响磁流变体沉降 称定 性( S e d im e o
5、t a l s ta b i l i t y ) 的 因素通常为惫俘介质的流变学特性. 磁性较子的裹 面特性和表面活性剂的选择，另 据报导减小悬浮相 粒子的润磁和矫顽力是摄高沉降祖定性的有效途径 冈 . 实 脸过 程 及 结果 表明 惫 浮 相 粒 径的 大，/1 湘体 积分 数及制备样品的粘度对沉降称定性有明显形响。 小 直径t浮相预粒沉降速度慢。但磁场下剪切应力值 低。 高的悬浮相体积分数样品的沉降祥定性好.其 机理可健是由 于固 相颐粒间的相互作用加强所致同 . 高粘度样品的沉降往定性明显好子低粘度样品. 但 过商的粘度难以为汽车智能减振器的应用所接受 因为它将明显降低磁场下与军场下切应
6、力的比值。 上述规律可定性的用S to k e s 沉降公式来解释。 V - 2 a ( p - p n ) S ( ( 9 11 ) 其中: 卜 悬 浮相直径， p一 悬浮 相密 度. p 。 一惫 4 1 4 布 曲 . 材 柑 增 刊 2 0 0 卜it s - - -， ，. 浮介 质密 度. ， 一 悬浮介质粘度， 9 - 重力 加 速度. 3 . 3 团砚碑定性 用Q X P 2 5 /2 5 S型刮板细度计检验样品中悬浮相 团聚情况， 未发现严重团聚导致的粗化现象。 磁流 变 体团 聚 稳 定 性( A g g l o m e r a t iv e s t a b il i ty
7、 ) 分为 两个 过程， 悬浮相 孩枚的聚集长大( a g g r e g a t i o n ) 和后续的聚沉过程 ( c o a g u l a t io n ) 由 相互接近的悬 浮相粒子间的V a n d e r W a ls 吸引力所致。 由于磁流变 体采用的悬浮介质为非极性有机质。不宜通过扩散 双电层产生的静电排斥力来克服团聚， 而理想的方 法是通过空间位阻效应来提高团聚往定性，即通过 化学吸附或物理吸附的方法在悬浮相表面形成一吸 附层， 通过体积限制效应 ( 组态摘限制) 、 渗透压效 应、 低化学势介质锲入效应产生的斥力阻碍悬浮相 颖粒间的团聚和聚沉， 如微较表面的物理修饰 (
8、 表 面活性剂) 和化学修饰 ( 偶联剂法、 醋化反应法、 表面接枝改性法) . 另一较广泛采用的方法为在磁流 变体分散体系中引入一种具有形成触变效应的助 剂， 通过氢键相互作用形成三维空间网状结构， 对 惫浮相粒子起到机械支撑和隔离作用，阻碍其团聚 和沉降。 根据上述原理，研究过程分别采用离子型 和非离子型表面活性剂对经过活化 ( 预处理)的悬 浮相粒子表面进行两亲性处理，即使活性剂分子的 极性端 ( 亲水基团) 如- H等与活化的 金属粒 子表 面通过弱离子健的化学吸附或物理吸附连结胶束中 心， 而分子的另一非极性基团 ( 琉水基团)与有机 悬浮介质形成很好结合，提高分散效果. 如选用的
9、油酸、 磺酸盐、 烷基胺磷酸盐 ( 醋) 、 聚乙 二醇、 偶 联剂、 烷氧基硫代磷酸盐等。同时也在上述样品中 有选择的 加入气相S io , ( 比 表面3 0 0 m I g ) 或O n - 1 0 ( 烷基酚聚载乙烯酸) 触变剂，有效的构成空间网 格结构， 试验结果表明 在Si油系将偶联剂与s 马适 当配伍可达到较好分散效果。 在矿物油构成的分散 体系采用烷氧基硫代磷酸醋或成酸盐与S iq或0 7r - l o 适当配伍加入对分散和抗沉降效果也有一定改替作 用. 而单独加入油酸或与 O n - 1 0等配伍加入均引起 严重板结。 在 s i 油分散系中单独加入油酸导致较高 的粘度，与
10、o n - t o配伍加入易产生较严重的絮凝。 此外在研究过程中我们还尝试了F e J P MM A( 聚甲基 丙稀酸甲苗)复合悬浮相磁流变体以及不同粒度复 合悬浮相磁流变体的制备. 对于改善沉降性能有一 定效果，前者易造成其它性能的损失和带来实用过 程中 耐磨性降低的问题， 此工作目 前仍在进行。 总之， 磁流变体稳定性是目 前面向实用化的热 点研究问题， 涉及到表面科学、 凝聚态物理学、 高 分子物理学及化学等基础多学科的交叉，有待进一 步研究。 3 . 4 二次瓜浮性 所研制的 典型样品 静里 2 0天后在 4 .5 人 1 磁场 下 ( 约 I O O O G s ) 均能在数秒到数分
11、钟内 较好的 起浮. 即使在静1两个月后，也能较好的起浮 。 该性能用 以评价已产生一定沉降的磁流变体在确定的磁场 下， 悬浮相颖粒重新起浮的速度和程度. 对工程应 用 有很大意义. 虽然悬浮相和悬浮介质密 度相差悬 殊使沉降难以克服， 若沉降的磁性粒子能在磁场下 快速惫浮恢复原有的均匀分散体系， 仍不会影响使 用13 1 。 影响起浮速度和程度的主要因素是惫浮相在介 质中的分散情况以 及由此带来的粘度变化。团聚较 严重及粘度较高的样品即使在较大的激励磁场下， 起浮速度仍十分缓慢或难以起浮。 4 结论 ( 1 ) 矿物油介质磁流变体样品温度称定性优于 硅油介质样品 ; ( 2 )样品峥f 2个
12、月后的沉降祖定性为 0 -0. 7 3 Wd , 松软无板 结. 无明显团聚 发生; ( 3 ) 样品静t 快速起浮。 .考文以: 2 个 月 后 翻低 磁 场 下 仍 r 匀 张 平. 王 东 亚. 货元 龙 材 料导 报 . 加 加. “( ，): ， . P red e e p P . P 6 d d d . MO w I t ml 9 9 9 , l 4 M : 加3 7. 氏 目 t a p P p b a l 幻月的 e c R m , 1 9 9 9 , 1 双 ， ) : 加3 7 . G o r o d l c 玩 . 5 . 几 R o v a 。 f “ , md 血 肠
13、 月 ” . 川 翻 . . 加创， 7 1 间 :2 4 7 6 . 加 臼 比R J o l l y . S P IE 1 9 9 8 , 刀刀 : 2 6 2 1.Jl.J，.J，.J，.J 11价归卜ts S t u d y o n t h e S t a b i l i t y i n Ma g n e t o r h e o l o g i c a l F l u i d L I U Q i , Z H A N G P i n g , W A N G D o n g - y a , H U A N G Y u a n - l o n g ( C h o n g g in g I n
14、 s tr u m e n t M a t e r i a l s I n s t i t u t e, C h o n g q in g , 4 0 0 7 0 0 , C h in a ) A b s t r a c t : T h e s e d i m e n t a l s ta b i l ity , a g g lo m e r a t iv e s t a b il ity a n d t h e r m a l s ta b i l ity o f m a g n e t o r h e o lo g ic a l fl u i d m a d e 妙 c r a b o n
15、 y l i ro n p o w d e r a n d m in e r a l o i l o r s i li c o n e o i l w e r e s t u d i e d a n d in v e s t i g a t e d , t h e in fl u e n ce f a c to r o n 奴 s t a b il ity we r e a l s o d i s c u s s e d . K e y w o r d s : m a g n e t o r h e o l o g i c a l fl u id; s e d i m e n t a l 血bi l 勺 ; a g g l o m e r a t i v e s t a b i l l 灯 功能材料，增刊. 之 加口 1 0 4 1 5
