流體計時器用巨電流變液流體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種巨電流變液流體，該巨電流變液流體應(yīng)用于引信中的計時器中。 本發(fā)明還公開了該巨電流變液流體制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 巨電流變液是由可極化微粒分散于基液中形成的一種懸浮液，當(dāng)對其施加電場 時，其粘度、剪切強度瞬間變化，大小連續(xù)可調(diào)，甚至達到幾個數(shù)量級，由低粘度流體轉(zhuǎn)換到 高粘度流體，直至固體。當(dāng)電場撤去以后，它又可以在毫秒時間內(nèi)恢復(fù)到流體狀態(tài)，這種介 于液體和固體的屬性間發(fā)生可控、可逆、連續(xù)的轉(zhuǎn)變，可以通過電場實現(xiàn)力矩的可控傳遞 和機構(gòu)的在線無級、可逆控制，因而能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電一機械轉(zhuǎn)換元器件，在機電一體化的 自適應(yīng)控制機構(gòu)工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。特別在國防建設(shè)、交通工具、液壓設(shè)備、機 械制造業(yè)、傳感器技術(shù)等領(lǐng)域具有更為廣闊的應(yīng)用基礎(chǔ)和應(yīng)用需求。
[0003] 然而一直以來巨電流變液的抗剪切強度較低，流體流動模型不清，嚴重阻礙了 巨電流變液的發(fā)展。2003年一種復(fù)合納米結(jié)構(gòu)巨電流變液的發(fā)現(xiàn)，使其剪切強度超過 130kPa，是新近發(fā)展起來的自適應(yīng)智能材料之一，理論上能滿足工業(yè)、工程的實際需求，特 別適合應(yīng)用于制備各種阻尼裝置，這一突破性進展向人們展示出巨電流變液的巨大應(yīng)用價 值，在國內(nèi)外激發(fā)起從巨電流變液材料到電流變阻尼器等結(jié)構(gòu)研究的熱潮。
[0004] 但是，目前，電流變液存在的問題是微粒的分散性差，電流變液穩(wěn)定性差，電流變 液的理論模型眾多，機理不清，難于滿足實際需求。
[0005] 計時器是引信中不可或缺的關(guān)鍵零部件，它的性能在某種程度上直接決定了引信 的技術(shù)參數(shù)。
[0006] 國內(nèi)引信一直采用火藥式和無返回力矩鐘表式遠解隔離機構(gòu)，這兩種形式的遠解 機構(gòu)的優(yōu)、缺點是：火藥式結(jié)構(gòu)簡單，但火藥燃燒時間受溫度環(huán)境影響較大，火藥易受潮且 由于采用膛內(nèi)點火給引信帶來了不安全因素，鐘表式走時準確，動作可靠但結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件 數(shù)量較多，精度要求較高，工藝性差。
[0007] 國內(nèi)1985年開發(fā)的準流體引信.成功地吸取了火藥式和無返回力矩鐘表式遠解 隔離機構(gòu)的優(yōu)點，彌補了其不足之處，但瞎火問題比較突出。這主要是由于機構(gòu)復(fù)雜、在慣 性力作用下機構(gòu)的參數(shù)變化不清等造成。如ML-13A引信，準流體保險機構(gòu)由回轉(zhuǎn)體座、回 轉(zhuǎn)體、離心子、高L子簧、活塞缸、活塞、微型玻璃珠及保險套筒等許多主要零件組成。在沖 擊載荷作用下瞬態(tài)沖擊中大振幅的循環(huán)數(shù)和高應(yīng)力，可能使引信損壞或失效。在強載荷作 用下，慣性力的作用就不能被忽略。所以引信在火炮發(fā)射時的動態(tài)特性要把慣性力考慮在 一起。因而就可以在短時間內(nèi)承受比靜態(tài)極限載荷高得多的動載。當(dāng)活塞桿最大應(yīng)力超過 了其最大屈服應(yīng)力，活塞桿產(chǎn)生塑性變形，活塞桿端部最大變形量超過了與之配合的活塞 缸內(nèi)孔之間間隙，活塞桿會被卡住，除保險，導(dǎo)致引信瞎火。而采用巨電流變體計時器則可 完全克服上述缺點。但巨電流變液流體的黏度卻不容易控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種黏度范圍在： 500~lOOOmmVs可應(yīng)用于計時器的巨電流變液流體。
[0009] 本發(fā)明所要解決的又一個技術(shù)問題是提供一種黏度范圍在：500~1000mm2/s可 應(yīng)用于計時器的巨電流變液流體的制備方法。
[0010] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：一種流體計時器用巨電流變液流 體，包括基液及均勻分散在基液中的復(fù)合微粒，其特征在于所述的復(fù)合微粒以無定形納米 二氧化鈦為核芯，并外層通過修飾層包覆，并且，所述復(fù)合微粒的體積濃度為3~35 %，所 述的基液包括如下組分及其體積配比：
[0011] 二氣丙基甲基環(huán)二娃氧焼 40~80% 二甲基硅油 0~20% 二乙基硅油(聚二乙基硅氧烷）0~20% 苯甲基硅油(聚甲基苯基硅氧烷}5~20% 氯化石蠟 10~30% 甲基含氫硅油 5~20% 羥基硅油 0~10% 礦物油 0~10%。
[0012] 作為優(yōu)選，所述的修飾層采用尿素、丙三醇、正丁醇、三乙醇胺、十二烷基苯磺酸鈉 及硬脂酸中的至少一種，或者所述的修飾層通過鍶變質(zhì)、石墨烯變質(zhì)或者鍶變質(zhì)和石墨烯 復(fù)合變質(zhì)。
[0013] 進一步，所述的基液中添加有表面活性劑，該表面活性劑添加量為基液總重量的 0. 01~0. 1%，加入表面活性劑來復(fù)配電流變液防止微粒團聚
[0014] 作為優(yōu)選，所述的表面活性劑為Tween-80、溴代十六烷基三甲胺、聚乙烯吡硌烷酮 中的至少一種。
[0015] 一種流體計時器用巨電流變液流體的制備方法，將復(fù)合微粒與基液充分混合，其 特征在于所述的復(fù)合微粒以無定形納米二氧化鈦為核芯，并外層通過修飾層包覆，并且，所 述復(fù)合微粒的體積濃度為3~35%，所述的基液包括如下組分及其體積配比：
[0016] 三氟丙基甲基環(huán)三硅氧烷 40~80% 二甲基硅油 0~20% 二乙基硅油(聚二乙基硅氧烷）0~20% 苯甲基硅油(聚甲基苯基硅氧烷)5~20% 氯化石蠟 10~30% 甲基含氫硅油 5~20% 羥基硅油 0~10% 礦物油 0~10%。
[0017] 復(fù)合微粒可以采用如下之一方法獲得：
[0018] 第一種，用丙三醇對鈦酸四丁酯進行醇解，分別配制丙三醇及鈦酸四丁酯的乙醇 溶液，其中，丙三醇與鈦酸四丁酯的摩爾比為2. 5~3 :1，在電磁攪拌下將兩種溶液混合，然 后將表面活性劑加入混合溶液中并攪拌得到前驅(qū)液，將該前驅(qū)液移入到反應(yīng)釜中在55~ 65°C水熱15~20h，或在室溫下直接反應(yīng)，將制得的產(chǎn)物抽濾后用乙醇清洗，再經(jīng)55~ 65°C干燥后研磨即獲得表面活性劑改性的丙三醇修飾的復(fù)合微粒。
[0019] 第二種，①向無定形納米二氧化鈦中加入體積比為I :1. 2~1. 8的鈦酸四丁酯的 乙醇溶液，其中無定形納米二氧化鈦與鈦酸四丁酯的摩爾比為4~10 :1，攪拌均勻，分離沉 淀得到微粒B ;
[0020] ②向微粒B中加入含有去離子水和極性分子的乙醇混合溶液，其中，去離子水：極 性分子：無水乙醇的體積比為1 :3~5 :7~13,三乙醇胺與微粒B的重量比為1 :3~5,均 勻攪拌至反應(yīng)完全沉淀不再產(chǎn)生，分離出微粒C ;
[0021 ] 或者將微粒B加入到氯化鍶或氟化鍶的溶液中，反應(yīng)得到微粒D，向微粒D中加入 含有去離子水和極性分子的乙醇混合溶液，其中，去離子水：極性分子：無水乙醇的體積比 為1 :3~5 :7~13,三乙醇胺與微粒B的重量比為1 :3~5,均勻攪拌至反應(yīng)完全沉淀不 再產(chǎn)生，分離出微粒E ;
[0022] 3)將微粒C或E在105~120°C下進行熱處理，得到復(fù)合微粒。
[0023] 第三種，選用硬脂酸鈦酸四丁酯進行醇解，硬脂酸的添加量不超過總重的10%，將 制得的前驅(qū)液移入到反應(yīng)釜中，在55~65°C水中加熱15~20h，將制得的產(chǎn)物抽濾用乙醇 清洗一次，55~65°C干燥后研磨，獲得硬脂酸修飾的符合修飾微粒。
[0024] 第四種，向無定形納米二氧化鈦中加入鈦酸四丁酯的乙醇溶液，其中，鈦酸四丁酯 與無水乙醇體積比為1 :〇. 5~2,超聲攪拌并分離微粒；然后加入含有去離子水、極性分子、 表面改性劑的無水乙醇混合溶液，其中，去離子水：極性分子：無水乙醇的體積比為1 :3~ 5 :7~13,通過調(diào)節(jié)摻雜添加劑與鈦的質(zhì)量比例控制添加劑加入量，超聲攪拌并分離微粒， 將微粒進行烘干，再將微粒放入NaOH的水溶液中重復(fù)上述包覆過程兩次，獲得均勻包覆的 摻質(zhì)二氧化鈦結(jié)構(gòu)的微粒；
[0025] 所述的極性分子為尿素或三乙醇胺，所述極性分子與復(fù)合微粒中Ti的量之比為： 5%~45at % D
[0026] 第五種，①將石墨烯分散于分析純的乙醇中，石墨與乙醇摩爾比為0~0. 003:1， 用超聲波攪拌、振蕩25~35分鐘，待石墨烯完全均勻分散后，將鈦酸四丁酯分散于石墨烯 乙醇溶液中，石墨烯與鈦酸四丁酯的重量比〇~0.035 :1，石墨烯與鈦酸四丁酯復(fù)合乙醇溶 液；
[0027] ②將丙三醇分散于分析純的乙醇中超聲波攪拌振蕩25~35分鐘，丙三醇與乙醇 摩爾比為1:2~6,得到攪拌均勻的丙三醇乙醇溶液。
[0028] ③向上述兩種溶液中加入含有去離子水和極性分子的乙醇混合溶液，其中，去離 子水：極性分子：無水乙醇的體積比為1 :3~5 :7~13。
[0029] ④在超聲攪拌條件下將上述兩種溶液混合，待反應(yīng)完全后將所得的沉淀物通過抽 濾，在80°C的干燥箱中干燥80小時；將得到的微粒在研缽中研磨后即得到氧化石墨烯與丙 三醇復(fù)合微粒；氧化石墨烯的修飾摻雜量分別為鈦酸四丁酯和丙三醇總重的15~25%，將 得到的復(fù)合微粒在105~120°C真空環(huán)境下干燥40~80mins ;
[0030] 所述的極性分子為尿素或三乙醇胺。
[0031] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明設(shè)計采用單一納米微粒、極性分子修 飾的適合做流體計時器的電流變體，采用無定形單一納米二氧化鈦為核心，外層采用多功 能層包覆、極性分子聯(lián)合修飾、稀土摻雜改性的微粒，在復(fù)合基液中合成電流變液，按規(guī)定 要求選擇合理黏度，黏度范圍在：500~1000mm2/s。
【具體實施方式】
[0032] 以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0033] 實施例1
[0034] 基液：
[0035] 三氟丙基甲基環(huán)三娃氧焼 55v% 二乙基硅油(聚二乙基硅氧烷） 15v% 氯化石蠟 25 v% 礦物油 5v%
[0036] 復(fù)合微粒以無定形納米二氧化