聚氨酯磁流变胶的制备、表征及力学、电学机理研究
发布时间：2022-02-15 10:59
磁流变胶（MRG）是为提高磁流变液的沉降稳定性而开发的新型磁敏智能材料,其是一种介于液态的磁流变液和固态的磁流变弹性体之间的胶状磁流变材料。聚氨酯磁流变胶的基体是凝胶状高聚物材料,与磁流变液相比,它提高了磁流变液的剪切屈服应力,同时还能够实现零场粘度可控调节的目标。由于凝胶状基体的约束,磁流变胶内部的磁性颗粒在无外加磁场条件下能够均匀稳定地分散于基体中;当外加磁场作用下时,磁流变胶内部的磁性颗粒会被磁化,在颗粒之间产生能够克服基体约束而运动的磁相互作用力,并沿着磁场方向聚集形成链状结构。在该过程中,随着磁流变胶中颗粒分布在磁场作用下发生的变化,其宏观力学、电学、热学、声学等性质也会随之发生相应变化。磁流变胶优异的磁控特性使其在大功率阻尼器、激励器、传感器以及人工肌肉,自愈结构和生物医学工程等领域具有巨大的应用潜力。磁流变胶作为磁流变材料大家族中的新兴一员,目前正处于丰富材料选择、优化制备工艺、表征物理性质的阶段。现阶段,关于磁流变胶的研究主要是针对它的力学性能测试及其相关机理的研究,对于提高磁流变胶的磁控力学性能研究较少,而关于电学性能的研究更是少有涉及,为拓展磁流变胶在电学方面的应用...
【文章来源】：重庆大学重庆市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
国际磁流变材料研究文献出版及引用情况统计
图 1.2 包覆有不同聚合物的羰基铁粉扫描电镜（SEM）图[1]Fig. 1.2 The SEM figure of the carbonyl iron powder with the different polymer coating目前 MRF 在应用研究上取得了累累硕果，已被应用于多个领域中，但是 M性颗粒的沉降聚集问题仍然困扰着研究者，也制约着 MRF 的进一步推广应于磁性颗粒的密度（如铁的密度为 7.86g/cm3），与液态基体的密度（如一般密度<1g/cm3）相差太大，导致 MRF 一直面临着令人苦恼的沉降问题。因颗降导致的性能下降成为阻碍 MRF 发展的瓶颈之一，美国 Lord 公司资深磁流家 Calson 指出 MRF 的屈服强度和沉降性是 MRF 最重要的两项性能参数[2]。关于 MRF 的稳定性问题，研究者们提出了多种解决方案，可以从颗粒和基角度分成两大类。磁性颗粒选择方面，由于羰基铁粉具有高饱和磁化强 0 = 2.1T）和低矫顽力，因而是制备磁流变材料的理想磁性颗粒，由于一基铁粉颗粒的粒径往往在几个微米以上，因此利用羰基铁粉制备的普通 MR降问题比较明显。由于布朗运动和范德华力的影响，亚微米或纳米尺度颗粒磁性液体中的微粒尺寸比微米粒子具有更好的稳定性，即减小磁性颗粒尺寸
大量的工作[1,6]。通过在颗粒表面包覆聚苯胺[7]、聚苯乙烯（PS）[8-10]、聚甲基酸甲酯（PMMA）[11]、二氧化硅[12,13]、硅烷[14]、碳纳米管[15]等制备出一系列核壳结构的磁性颗粒，用以提升 MRF 的性能，如图 1.2 所示。此外，添加剂提升 MRF 抗沉降性的重要手段，通过在 MRF 中形成微弱的三维结构来辅助磁性颗粒延缓 MRF 的沉降，如图 1.3 所示。由于添加剂在低剪切率下的粘度，此时有利于沉降稳定性。Guerrero-Sanchez 等人通过将氧化铁粉末和纳米级颗粒分散在不同粘度的离子液体中制备一系列新型 MRF。由于基体中离子的，分散相的沉降速率和磁流变效应都得到了显著改善[16]。其他添加剂有纳米黑[17,18]、有机黏土[19]、纳米二氧化硅[20]等。在基体方面，提高基体的粘度是提升 MRF 抗沉降性的重要手段。根据 St降定理[21]可知球形颗粒悬浮液的稳定沉降速率与载体液的粘度成反比。为提流变液的稳定性，谢磊研制了一种基于高粘度线性聚硅氧烷的 MRF[22]。此外者还开发了一系列基于不同粘度基体的磁流变材料，这也是磁流变胶、磁流性体、磁流变弹性体的灵感来源。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流变弹性体动力吸振器的实验[J]. 李清云,解忠良,杨志荣,塔娜,饶柱石. 噪声与振动控制. 2015(04)
[2]磁流变弹性体压缩模式动态力学性能测试[J]. 居本祥,余淼,浮洁,杨其,郑星,刘雪琴. 功能材料. 2012(03)
[3]磁流变弹性体剪切式动态力学性能测试[J]. 余淼,居本祥. 功能材料. 2011(11)
[4]表面活性剂诱导FePt纳米颗粒的形貌控制[J]. 李芳,杜雪岩,徐凯,杨瑞成. 稀有金属. 2011(05)
[5]聚醚多元醇的研究进展[J]. 慕朝师,黄科林,李克贤,罗素娟,刘宇宏,黄尚顺,何耀良,李卫国. 化工技术与开发. 2009(12)
[6]非离子表面活性剂修饰对磁流变弹性体磁流变效应的影响[J]. 姚静静,江万权,龚兴龙. 中国科学技术大学学报. 2008(06)
[7]不同形貌Fe3O4纳米粒子的氧化沉淀法制备与表征[J]. 于文广,张同来,乔小晶,张建国,杨利. 无机化学学报. 2006(07)
[8]聚氨酯材料的研究进展[J]. 耿奎士,唐明义. 天津商学院学报. 1995(01)
[9]颗粒尺寸对铁氧体比饱和磁化强度的影响及有关理论计算[J]. 陆明岳. 磁性材料及器件. 1993(04)
博士论文
[1]有机硅改性水性聚氨酯的研究[D]. 朱晓丽.山东大学 2005
硕士论文
[1]聚醚多元醇的合成及其聚氨酯弹性体制备研究[D]. 张彬.中北大学 2015
本文编号：3626509
【文章来源】：重庆大学重庆市211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
国际磁流变材料研究文献出版及引用情况统计
图 1.2 包覆有不同聚合物的羰基铁粉扫描电镜（SEM）图[1]Fig. 1.2 The SEM figure of the carbonyl iron powder with the different polymer coating目前 MRF 在应用研究上取得了累累硕果，已被应用于多个领域中，但是 M性颗粒的沉降聚集问题仍然困扰着研究者，也制约着 MRF 的进一步推广应于磁性颗粒的密度（如铁的密度为 7.86g/cm3），与液态基体的密度（如一般密度<1g/cm3）相差太大，导致 MRF 一直面临着令人苦恼的沉降问题。因颗降导致的性能下降成为阻碍 MRF 发展的瓶颈之一，美国 Lord 公司资深磁流家 Calson 指出 MRF 的屈服强度和沉降性是 MRF 最重要的两项性能参数[2]。关于 MRF 的稳定性问题，研究者们提出了多种解决方案，可以从颗粒和基角度分成两大类。磁性颗粒选择方面，由于羰基铁粉具有高饱和磁化强 0 = 2.1T）和低矫顽力，因而是制备磁流变材料的理想磁性颗粒，由于一基铁粉颗粒的粒径往往在几个微米以上，因此利用羰基铁粉制备的普通 MR降问题比较明显。由于布朗运动和范德华力的影响，亚微米或纳米尺度颗粒磁性液体中的微粒尺寸比微米粒子具有更好的稳定性，即减小磁性颗粒尺寸
大量的工作[1,6]。通过在颗粒表面包覆聚苯胺[7]、聚苯乙烯（PS）[8-10]、聚甲基酸甲酯（PMMA）[11]、二氧化硅[12,13]、硅烷[14]、碳纳米管[15]等制备出一系列核壳结构的磁性颗粒，用以提升 MRF 的性能，如图 1.2 所示。此外，添加剂提升 MRF 抗沉降性的重要手段，通过在 MRF 中形成微弱的三维结构来辅助磁性颗粒延缓 MRF 的沉降，如图 1.3 所示。由于添加剂在低剪切率下的粘度，此时有利于沉降稳定性。Guerrero-Sanchez 等人通过将氧化铁粉末和纳米级颗粒分散在不同粘度的离子液体中制备一系列新型 MRF。由于基体中离子的，分散相的沉降速率和磁流变效应都得到了显著改善[16]。其他添加剂有纳米黑[17,18]、有机黏土[19]、纳米二氧化硅[20]等。在基体方面，提高基体的粘度是提升 MRF 抗沉降性的重要手段。根据 St降定理[21]可知球形颗粒悬浮液的稳定沉降速率与载体液的粘度成反比。为提流变液的稳定性，谢磊研制了一种基于高粘度线性聚硅氧烷的 MRF[22]。此外者还开发了一系列基于不同粘度基体的磁流变材料，这也是磁流变胶、磁流性体、磁流变弹性体的灵感来源。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磁流变弹性体动力吸振器的实验[J]. 李清云,解忠良,杨志荣,塔娜,饶柱石. 噪声与振动控制. 2015(04)
[2]磁流变弹性体压缩模式动态力学性能测试[J]. 居本祥,余淼,浮洁,杨其,郑星,刘雪琴. 功能材料. 2012(03)
[3]磁流变弹性体剪切式动态力学性能测试[J]. 余淼,居本祥. 功能材料. 2011(11)
[4]表面活性剂诱导FePt纳米颗粒的形貌控制[J]. 李芳,杜雪岩,徐凯,杨瑞成. 稀有金属. 2011(05)
[5]聚醚多元醇的研究进展[J]. 慕朝师,黄科林,李克贤,罗素娟,刘宇宏,黄尚顺,何耀良,李卫国. 化工技术与开发. 2009(12)
[6]非离子表面活性剂修饰对磁流变弹性体磁流变效应的影响[J]. 姚静静,江万权,龚兴龙. 中国科学技术大学学报. 2008(06)
[7]不同形貌Fe3O4纳米粒子的氧化沉淀法制备与表征[J]. 于文广,张同来,乔小晶,张建国,杨利. 无机化学学报. 2006(07)
[8]聚氨酯材料的研究进展[J]. 耿奎士,唐明义. 天津商学院学报. 1995(01)
[9]颗粒尺寸对铁氧体比饱和磁化强度的影响及有关理论计算[J]. 陆明岳. 磁性材料及器件. 1993(04)
博士论文
[1]有机硅改性水性聚氨酯的研究[D]. 朱晓丽.山东大学 2005
硕士论文
[1]聚醚多元醇的合成及其聚氨酯弹性体制备研究[D]. 张彬.中北大学 2015
本文编号：3626509
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