本發(fā)明屬于智能材料與功能材料領域，涉及一種磁流變液及其制備方法，具體涉及一種再分散性優(yōu)越的磁流變液及其濕式制備方法。

背景技術(shù)：

磁流變液(magnetorheologicalfluid,簡稱mrf)是一種在磁場作用下能夠快速、可逆地由流動性良好的牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦唣ざ?、低流動性的bingham彈塑性體的智能材料。由于磁流變液在磁場作用下的流變是瞬間的、可逆的，而且其流變后的剪切屈服強度與磁場強度具有穩(wěn)定的對應關(guān)系，因此是一種性能優(yōu)良、用途廣泛的智能材料，在汽車、機械、航空航天、建筑、醫(yī)療等領域具有廣闊的應用前景。

但是磁流變液的諸多性能如沉降穩(wěn)定性、零場粘度、剪切屈服強度并不穩(wěn)定，導致磁流變液尚未達到理想工程應用程度。其中沉降穩(wěn)定性是制約磁流變液應用的一個主要因素。圍繞改善磁流變液沉降穩(wěn)定性，不同的學者進行了大量研究。主要包括改變磁流變液添加劑，改變顆粒表面形貌等。其中通過對顆粒進行包覆可較為明顯的提高磁流變液的沉降穩(wěn)定性。但是在進行顆粒包覆時，研究者大多是對含有鐵粉的包覆物溶液進行烘干、蒸發(fā)，并研磨，從而制備出包覆后的鐵粉顆粒。然而由于高分子包覆物在冷卻到室溫過程中通常會凝結(jié)成塊，而制備磁流變液所需的1-10微米級的磁性顆粒通常通過煅燒獲取，普通的機械研磨無法將結(jié)塊后的大顆粒分散到原來的微米級，以致最終制備出的磁流變液中含有大塊的鐵顆粒，易結(jié)塊團聚，其沉降穩(wěn)定性和再分散性變差。

因此，提供一種可避免產(chǎn)生大塊鐵顆粒的磁流變液的制備方法成為亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供了一種再分散性優(yōu)越的磁流變液的濕式制備方法，可以避免使用烘干再研磨的步驟，從而不會形成包覆后的大顆粒團聚磁性顆粒，縮短了制備時間和勞動力，從而提高磁流變液的沉降穩(wěn)定性和再分散性。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用上述方法制備的磁流變液。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種再分散性優(yōu)越的磁流變液的制備方法，包括如下步驟：

1)將包覆材料以水或乙醇或4％苯酚水溶液為溶劑浸泡2-4h，混合均勻，制成質(zhì)量分數(shù)為1％-10％的包覆材料溶液；

使用水或4％苯酚水溶液為溶劑溶解包覆材料時可以采取加熱(60-80℃)20-40min的方式促進包覆材料的溶解。

2)在包覆材料溶液中加入羰基鐵粉，在膠體磨中攪拌2h，使羰基鐵粉均勻分布在包覆材料溶液中，其中；

3)將含羰基鐵粉的包覆材料溶液取出并盛于燒杯中室溫條件下靜置24h；

4)去除含羰基鐵粉的包覆材料溶液的上層清液，此時剩下僅含少量包覆材料溶液的包覆后的羰基鐵粉；

5)將載液、添加劑混合均勻，加入膠體磨中攪拌20-30min；

6)將步驟4)制成的僅含少量包覆材料溶液的包覆后的羰基鐵粉加入膠體磨中，攪拌2h-4h，制成磁流變液。

其中，所述包覆材料溶液與羰基鐵粉與載液與添加劑的質(zhì)量比為100:(65-85):(14.5-34.5):(0.5-6)。

優(yōu)選地，所述羰基鐵粉d50為1-10μm，優(yōu)選d50為2.5μm。

優(yōu)選地，所述包覆材料為聚乙烯醇(pva)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、正硅酸乙酯(teos)、甲醛丙烯酸甲酯(mma)、聚乙烯醇縮丁醛(pvb)或天然多糖大分子。

其中，不溶包覆材料根據(jù)理化性質(zhì)不同可使用不同溶劑分散，如所述聚乙烯醇使用水為溶劑，聚甲基丙烯酸甲酯使用4％的苯酚水溶液為溶劑，正硅酸乙酯使用乙醇為溶劑、甲醛丙烯酸甲酯使用乙醇為溶劑、聚乙烯醇縮丁醛使用乙醇為溶劑、天然多糖大分子使用水為溶劑。

優(yōu)選地，所述載液為合成礦物油、甲基硅油、乙基硅油或聚α‐烯烴，所述合成礦物油優(yōu)選為汽車用減震液。

其中，所述添加劑包含表面活性劑、再分散劑，還可以進一步加入抗氧化劑。

優(yōu)選地，所述表面活性劑為油酸、硬脂酸及其鹽、磺酸鹽(或酯)、單油酸丙三醇、吐溫80、硅烷偶聯(lián)劑、op乳化劑、亞油酸氟醚酸、硅烷偶聯(lián)劑、苯氧基十一烷、超細無定形硅膠、聚乙二醇、聚乙烯醇、有機黏土、含氫鍵的低聚物中的一種、兩種或三種。

所述再分散劑為超細無定形硅膠、聚乙二醇、聚乙烯醇、有機黏土、含氫鍵的低聚物、石墨的一種、兩種或三種。

所述抗氧化劑優(yōu)選為亞硝酸鹽，如亞硝酸鈉、亞硝酸鉀等。

使用時不同添加劑以等質(zhì)量分數(shù)加入。

其中，步驟4)去除含羰基鐵粉的包覆材料溶液的上層清液的方法為：使用注射器將含羰基鐵粉的包覆材料溶液上層清液抽取并去除，使得羰基鐵粉pva水溶液的上層清液高度為1-2mm。

本發(fā)明還提供一種采用上述制備方法制備的磁流變液。

制成后的磁流變液中磁性顆粒(包覆的羰基鐵粉)65-85％；載液14.5-34.5％；添加劑0.5-6％。磁性顆粒以羰基鐵粉重量計。

本發(fā)明的改進之處在于：

1.本發(fā)明提出的磁流變液的濕式制備方法相比于傳統(tǒng)的處理磁性顆粒包覆的方法，無需對含有包覆物的羰基鐵粉溶液進行干燥、研磨，從而避免了形成大顆粒團聚物，以及包覆后的顆粒粒徑不能恢復到包覆前顆粒粒徑同一數(shù)量級的缺點，保證了顆粒包覆前后粒徑?jīng)]有發(fā)生數(shù)量級的改變，同時減少了步驟，節(jié)省了大量的時間。

2.制備磁流變液時，膠體磨的攪拌作用會使液體溫度升高，正好可以去除包覆后的磁性顆粒中殘余的溶劑，同時由于包覆材料不溶于普通的合成礦物油，在這一高溫攪拌作用下，進一步對磁性顆粒表面進行形貌修飾，使表面光滑。

3.這一濕式法對磁性顆粒進行修飾以及配制磁流變液的過程中，不需要干燥設備和環(huán)境，不需要機械研磨設備，從而制備方法成本低，安全系數(shù)高，對設備和環(huán)境依賴小，制備周期短，易實施。制備出的包覆型磁性顆粒相比傳統(tǒng)的干燥研磨方法性能更優(yōu)越，沒有大顆粒團聚物的形成，從而磁流變液的沉降穩(wěn)定性和再分散性更好，沉降量僅為傳統(tǒng)干燥研磨法的50-60％，使用再分散磁流變液定量測試儀使沉降后的磁流變液再次分散，經(jīng)測試表明，本發(fā)明的濕式法制備出的磁流變液消耗的功為傳統(tǒng)方法制備出的70-80％，更加適合工業(yè)生產(chǎn)。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明提供了一種再分散性優(yōu)越的磁流變液的濕式制備方法，可以避免使用烘干再研磨的步驟，從而不會形成包覆后的大顆粒團聚磁性顆粒，縮短了制備時間和勞動力，從而提高磁流變液的沉降穩(wěn)定性和再分散性。

附圖說明

圖1a和圖1b分別為羰基鐵粉包覆前后的電鏡照片。

圖2為本發(fā)明提供的制備方法與現(xiàn)有制備方法的沉降量對比圖。

具體實施方式

以下僅以實施例說明本發(fā)明的技術(shù)方案，然并非用以限制本發(fā)明請求保護的范圍。

實施例1

本實施例中以聚乙烯醇(pva)為包覆材料制備磁流變液。

1.將5gpva用95g水浸泡2h，混合均勻，制成質(zhì)量分數(shù)為5％的pva水溶液。

浸泡后用80℃加熱30min用于促進混合。

2.在pva水溶液中加入70g羰基鐵粉(d50＝2.5μm)，在膠體磨中攪拌2h，使羰基鐵粉均勻分布在pva水溶液中。

3.將含羰基鐵粉的pva水溶液取出并盛于燒杯中室溫條件下靜置24h。

4.去除含羰基鐵粉的pva水溶液的上層清液，此時剩下僅含少量pva水溶液的包覆后的羰基鐵粉。

去除上清液的方法為：使用注射器，將靜置24小時后的含羰基鐵粉的pva水溶液上層清液抽取并去除，使得羰基鐵粉pva水溶液的上層清液高度為1-2mm。

5.將汽車用減震液(長城牌4609戰(zhàn)車減震器油)28.5g、油酸0.5g、十二烷基苯磺酸鈉0.5g、石墨0.5g混合均勻，加入膠體磨中攪拌20min。

6.將僅含少量pva水溶液的包覆后的羰基鐵粉加入膠體磨中，攪拌2h，制成磁流變液。

圖1a和圖1b分別為采用實施例1中羰基鐵粉包覆前和包覆后的電鏡照片，可以看出，包覆前(圖1a)羰基鐵粉表面光滑，包覆后(圖1b)羰基鐵粉表面包覆有pva材料。

實施例2

本實施例中以聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)為包覆材料制備磁流變液。

1.將5gpmma用質(zhì)量分數(shù)為4％的苯酚水溶液95g浸泡2h，混合均勻，制成質(zhì)量分數(shù)為5％的pmma的苯酚水溶液。

浸泡后以80℃加熱約30min用于促進混勻。

2.在pmma的苯酚水溶液中加入70g羰基鐵粉(d50＝2.5μm)，加入膠體磨中攪拌2h，使羰基鐵粉均勻分布在pmma的苯酚水溶液中。

3.將含羰基鐵粉的pmma苯酚水溶液取出并盛于燒杯中室溫條件下靜置24h。

4.去除含羰基鐵粉的pmma苯酚水溶液的上層清液，此時剩下僅含少量pva水溶液的包覆后的羰基鐵粉。

5.將汽車用減震液(長城牌4609戰(zhàn)車減震器油)28g、油酸0.5g、十二烷基苯磺酸鈉0.5g、石墨0.5g、硬脂酸鈉0.5g混合均勻，加入膠體磨中攪拌30min。

6.將僅含少量pmma的苯酚水溶液的包覆后的羰基鐵粉加入膠體磨中，攪拌2h，制成磁流變液。

實施例3

本實施例中以聚乙烯醇縮丁醛(pvb)為包覆材料制備磁流變液。

1.將5gpvb用95g乙醇中浸泡2h，混合均勻，制成質(zhì)量分數(shù)為5％的含有pvb的乙醇溶液。

2.在含有pvb的乙醇溶液中加入70g羰基鐵粉(d50＝2.5μm)，在膠體磨中攪拌2h，使羰基鐵粉均勻分布在pvb的乙醇溶液中。

3.將含羰基鐵粉的pvb乙醇溶液取出并盛于燒杯中室溫條件下靜置24h。

4.去除含羰基鐵粉的pvb乙醇溶液的上層清液，此時剩下僅含少量pvb乙醇溶液的包覆后的羰基鐵粉。

去除上清液的方法為：使用注射器，將靜置24小時后的含羰基鐵粉的pva水溶液上層清液抽取并去除，使得羰基鐵粉pva水溶液的上層清液高度為1-2mm。

5.將甲基硅油28g、油酸0.5g、十二烷基苯磺酸鈉0.5g、石墨0.5g、亞硝酸鈉0.5g混合均勻，加入膠體磨中攪拌30min。

其中，亞硝酸鈉作為抗氧化劑。

6.將僅含少量乙醇溶劑的pvb包覆后的羰基鐵粉加入膠體磨中，攪拌2h。

實施例4

本實施例以傳統(tǒng)包覆方法制備磁流變液。

1.將5gpva用95g水浸泡2h，以80度溫度加熱30min，制成質(zhì)量分數(shù)為5％的pva水溶液。

2.在pva水溶液中加入70g羰基鐵粉(d50＝2.5μm)，在膠體磨中攪拌2h，使羰基鐵粉均勻分布在pva水溶液中。

3.將含羰基鐵粉的pva水溶液放于電熱鼓風干燥箱中干燥，直至去掉溶劑，并將干燥后得到的塊狀固體研磨至細小顆粒。

4.將汽車用減震液(長城牌4609戰(zhàn)車減震器油)28.5g、油酸0.5g、十二烷基苯磺酸鈉0.5g、研磨后的羰基鐵粉顆?；旌暇鶆?，加入膠體磨中攪拌2h，制成磁流變液。

實施例5

本實施例中為傳統(tǒng)未包覆方法制備磁流變液。

將汽車用減震液(長城牌4609戰(zhàn)車減震器油)28.5g、油酸0.5g、十二烷基苯磺酸鈉0.5g、未包覆羰基鐵粉70g混合均勻，加入膠體磨中攪拌2h，制成磁流變液。

下面以實施例1、實施例4、實施例5來對比采用本發(fā)明的濕式法制備的磁流變液和傳統(tǒng)包覆方法以及未包覆方法制備的磁流變液在沉降性能上的差異，三種磁流變液所使用的配方相同，不同在于兩點：1.是否對羰基鐵粉進行包覆。2.經(jīng)包覆的羰基鐵粉顆粒的制備方法。其中實施例1制備的磁流變液設為#1、實施例4制備的磁流變液設為#2、實施例5制備的磁流變液設為#3，實驗結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯鰧︳驶F粉進行包覆可以提高磁流變液的沉降穩(wěn)定性，而本方法相較于傳統(tǒng)包覆方法效果更好，所制備的磁流變液更穩(wěn)定。

從上述實施例可以看出，本發(fā)明提供的再分散性優(yōu)越的磁流變液的濕式制備方法，通過減少烘干再研磨的步驟，避免了包覆后大顆粒團聚磁性顆粒，縮短了制備時間和勞動力，將磁流變液的沉降穩(wěn)定性提高了40-50％。