一種大功率傳動用礦物油基磁流變液及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁流變液，具體是一種大功率傳動用礦物油基磁流變液及其制備方法，屬于磁流變液技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]磁流變液是一種流變特性能受外加磁場控制和約束的液固兩相智能材料，主要由微米級的磁性顆粒和添加劑均勻的分散在載液中形成的懸浮液體。這種特殊的懸浮液體在沒有外加磁場時(shí)，其表觀粘度較低，表現(xiàn)為可以自由流動的具有牛頓流體特性的液體；當(dāng)有外加磁場時(shí)，液體的流變特性會在幾毫米內(nèi)發(fā)生劇烈的變化，變?yōu)檎扯葮O大的類固體，對外表現(xiàn)出一定的屈服應(yīng)力；撤去磁場后又變?yōu)榭梢宰杂闪鲃拥囊后w，這種在外加磁場作用下發(fā)生的固液之間的轉(zhuǎn)化是可逆的、迅速的，并且粘度的變化是連續(xù)的。因此這種獨(dú)特的特性使磁流變液廣泛地應(yīng)用于航空航天、汽車工業(yè)、建筑行業(yè)、生物醫(yī)療、軍事和國防等領(lǐng)域。
[0003]目前，對磁流變液的研宄和應(yīng)用已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但磁流變液還有一些難解決的問題:沉降穩(wěn)定性差、零場粘度大、剪切屈服應(yīng)力小，這嚴(yán)重影響了其在工程機(jī)械中的應(yīng)用；因此，提高磁流變液的綜合性能對磁流變液的實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種大功率傳動用礦物油基磁流變液及其制備方法，制備后的磁流變液具有優(yōu)異的沉降穩(wěn)定性、較低的零場粘度和較高的剪切屈服應(yīng)力，使用壽命長，可以滿足大功率傳動裝置的應(yīng)用要求。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種大功率傳動用礦物油基磁流變液，
包括以下質(zhì)量百分比的成分:
磁性顆粒60%?80% ；
載液15%?40% ；
添加齊IJ 2%?5% ；
其中，所述的磁性顆粒為羰基鐵粉顆粒和納米四氧化三鐵顆粒；
所述的載液為礦物油；
所述的添加劑包括表面活性劑、觸變劑、抗氧化劑和抗磨劑。
[0006]所述的磁性顆粒為徑粒為2-4 W?的羰基鐵粉顆粒和粒徑為20-40 /?〃?的四氧化三鐵顆粒。
[0007]所述的納米四氧化三鐵含量為4%?6%。
[0008]所述的載液為粘度為50cst?10cst的礦物油作為連續(xù)相。
[0009]所述的表面活性劑為油酸、HT-610多功能分散防沉劑和Tween-80中的任意一種或一種以上的混合物；其中、HT-610多功能分散防沉劑以帶有多個(gè)錨定基團(tuán)的特種界面材料為主，輔以各種不同的添加劑復(fù)合而成。
[0010]所述的觸變劑為自硅藻土和有機(jī)膨潤土中的任意一種或兩者的混合物。
[0011]所述的抗氧化劑為含氮雜環(huán)化合物、亞硝酸鹽和苯甲酸中的任意一種或一種以上的混合物。
[0012]所述的抗磨劑為二氧化硅和石墨中的任意一種或兩者的混合物。
[0013]其中，還包括一種大功率傳動用礦物油基磁流變液的制備方法，包括以下步驟:
(I將一定量酸化活化的羰基鐵粉顆粒均勻地分散到裝有化學(xué)鍍液的三頸瓶中，并鼓泡通入氮?dú)?，保持反?yīng)過程通氣，在水浴加熱65°c的條件下均勻攪拌2h ;分離混合物后洗滌，低壓下真空干燥，獲得改性羰基鐵粉顆粒；
(2利用共沉淀法獲得改性納米四氧化三鐵顆粒，具體的:將一定質(zhì)量的FeCl3.6Η20和FeCl2.4Η20混合保證混合液中Fe2+與Fe 3比例為1:1.5，將混合液置于四口燒瓶，在水浴加熱50°C的條件下高速攪拌；
通入氮?dú)獗Ｗo(hù)下逐滴滴加NaOH溶液至反應(yīng)體系PH值為10?11，調(diào)節(jié)溫度至70°C，熟化Ih ;熟化后將溶液高速離心，然后洗滌，洗去粒子表面未反應(yīng)的雜質(zhì)離子，移去上層清液，得到Fe3O4的膠體溶液；
將適量的硅烷偶聯(lián)劑溶于一定比例的無水乙醇和水中，用稀鹽酸調(diào)節(jié)溶液的PH值使其呈弱酸性，待硅烷偶聯(lián)劑水解一段時(shí)間與Fe3O4膠體溶液相混合并劇烈攪拌，升溫至70°C繼續(xù)劇烈攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，反應(yīng)結(jié)束后高速離心并反復(fù)洗滌，低壓下真空干燥，研磨磨細(xì)過篩后獲得表面改性的納米Fe3O4顆粒；
(3將一定比例的添加劑溶于礦物油中，在水浴加熱50°C的條件下均勻攪拌2h，獲得復(fù)配載液；
(4將步驟I)和步驟2)獲得的改性羰基鐵粉顆粒和改性納米四氧化三鐵顆粒加入到第三步的復(fù)配載液中，水浴加熱50°C的條件下均質(zhì)分散機(jī)高速分散；
(5將上述混合物置于球磨機(jī)中，以轉(zhuǎn)速250r.mirT1球磨8?10小時(shí)，獲得磁流變液成品。
[0014]步驟I)中的化學(xué)鍍液為含有鈷元素的反應(yīng)液。
[0015]與現(xiàn)有的制備方法和配方相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
1、目前油基磁流變液的基載液主要以硅油為主。由于許多改善性能的添加劑不與硅油相容，因此制備的磁流變液具有較大的粘度，易于結(jié)塊和沉淀，不能滿足大功率傳動用磁流變液的應(yīng)用要求。而本發(fā)明的大功率傳動用礦物油基磁流變液，選用粘度低并且具有良好流動性的礦物油基礎(chǔ)油為載液，這種基載液在室溫(25°C)時(shí)粘度為50cst?lOOcst，與多種添加劑具有良好相容性，用其制備的大功率傳動用磁流變液具有較低的零場粘度(25 °C工作在剪切速率為50?31s-1時(shí)，0.48Pa*s?0.93Pa*s)和良好低溫性能，適合大功率傳動用裝置的循環(huán)使用；
2、本發(fā)明選用高導(dǎo)磁率和低矯頑力的羰基鐵粉顆粒為主分散相，納米四氧化三鐵顆粒為輔分散相。其中納米四氧化三鐵的加入量為磁流變液質(zhì)量的4%?6%，這種適當(dāng)?shù)募尤肓靠梢蕴岣咭后w的沉降穩(wěn)定性和剪切屈服應(yīng)力，當(dāng)無外加磁場時(shí)，納米顆粒與基液可以共同組成磁流變液的載液，增大載液的密度，從而減小顆粒與載液的密度差引起的沉降，另外，納米顆粒可以在載液中做無規(guī)則的布朗運(yùn)動，不斷碰撞羰基鐵粉顆粒，起到阻止顆粒下沉的作用，因此適當(dāng)?shù)募{米顆粒提高了磁流變液的沉降穩(wěn)定性；當(dāng)有磁場作用時(shí)，羰基鐵粉顆粒排列成鏈，適量的納米四氧化三鐵顆粒填充在羰基鐵粉顆粒鏈的縫隙，從而形成可以承受更大剪應(yīng)力的顆粒鏈，提高剪切屈服應(yīng)力。
[0016]3、本發(fā)明的大功率傳動用礦物油基磁流變液對選用的磁性顆粒進(jìn)行了表面包覆改性，將納米鈷粒子包覆在羰基鐵粉顆粒的表面，提高了剪切屈服應(yīng)力；納米四氧化三鐵顆粒由硅烷表面活性劑包覆，提高了抗氧化性。
[0017]4、本發(fā)明選用油酸、HT-610和Tween-80中的任意一種或多種作為表面活性劑。表面活性劑是由親水基和親油基組成的一種有著特殊分子結(jié)構(gòu)的低聚物，科學(xué)加入適量表面活性劑，使親水基吸附在磁性顆粒的表面，而一端的親油基擴(kuò)散在低中極性的載液當(dāng)中，這樣增加顆粒的體積，減少它們相互吸引碰撞的機(jī)會，并且會在載液內(nèi)部形成空間位阻，形成一個(gè)相互作用的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而降低由于顆粒與載液的密度差而引起的顆粒沉降，提高了磁流變液的沉降穩(wěn)定性。
[0018]5、本發(fā)明選用硅藻土和有機(jī)膨潤土中的任意一種或多種作為觸變劑，選用含氮雜環(huán)化合物、亞硝酸鹽和苯甲酸中的任意一種或多種作為抗氧化劑，選用二氧化硅和石墨中的任意一種或多種作為抗磨劑，使磁流變液具有良好的抗氧化性和抗磨性，使用壽命長。
【附圖說明】
[0019]圖1是包覆后的磁性顆粒的SEM照片；
圖2為制備的磁流變液零場粘度圖；
圖3為制備的磁流變液沉降穩(wěn)定性圖；
圖4為制備的磁流變液的剪切屈服應(yīng)力圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0021]一種大功率傳動用礦物油基磁流變液，
包括以下質(zhì)量百分比的成分:
磁性顆粒60%?80% ；
載液15%?40% ；
添加齊IJ 2%?5% ；
其中，所述的磁性顆粒為羰基鐵粉顆粒和納米四氧化三鐵顆粒；
所述的載液為礦物油；
所述的添加劑包括表面活性劑、觸變劑、抗氧化劑和抗磨劑。
[0022]所述的磁性顆粒為徑粒為2-4 μ m的羰基鐵粉顆粒和粒徑為20_40nm的四氧化三鐵顆粒，它們具有高導(dǎo)磁率和低矯頑力，在比較寬的溫度范圍內(nèi)能保持性能的穩(wěn)定，可以保證磁流變液有較長的工作壽命和穩(wěn)定性。
[0023]其中，所述的納米四氧化三鐵含量為4%?6%，適當(dāng)?shù)募尤肓靠梢蕴岣咭后w的沉降穩(wěn)定性和剪切屈服應(yīng)力。
[0024]所述的載液為粘度為50cst?10cst的礦物油作為連續(xù)相，能夠保證磁流變液有較小的零場粘度。
[0025]所述的表面活性劑為油酸、HT-610多功能分散防沉劑和Tween-80中的任意一種或一種以上的混合物；其中、HT-610多功能分散防沉劑以帶有多個(gè)錨定基團(tuán)的特種界面材料為主，輔以各種不同的添加劑復(fù)合而成；提高了磁流變液的沉降穩(wěn)定性。
[0026]所述的觸變劑為自硅藻土和有機(jī)膨潤土中的任意一種或兩者的混合物。所述的抗氧化劑為含氮雜環(huán)化合物、亞硝酸鹽和苯甲酸中的任意一種或一種以上的混合物。所述的抗磨劑為二氧化硅和石墨中的任意一種或兩者的混合物，上述成分的添加使磁流變液具有良好的抗氧化性和抗磨性，使用壽命長。
[0027]結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明實(shí)施例1
制備體積分?jǐn)?shù)為20%的大功率傳動用礦物油基磁流變液，即磁性顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為67%，制備步驟為:
(I將200g羰基鐵粉顆粒進(jìn)行酸化活化處理后分散到裝有化學(xué)鍍液(含有鈷元素的反應(yīng)液)的三頸瓶中，通入氮?dú)?，保持反?yīng)過程中一直通氣，水浴加熱65°C的條件下均勻攪拌2h,攪拌結(jié)束后，分離混合物并洗滌，低壓下真空干燥，得到鍍鈷羰基鐵粉顆粒；
(2將一定質(zhì)量的FeCl3.6H20和FeCl2.4