一種耐高溫磁流變液及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于智能材料領(lǐng)域，具體涉及一種適用于車輛減振、傳動、制動的穩(wěn)定、耐高溫的磁流變液及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁流變液(Magetorheological Fluids，MRF)是一種新型智能材料。它是由易磁化顆粒(微米級)分散在基液中而形成的穩(wěn)定懸浮液，其物理及流變性能隨外加磁場發(fā)生變化，呈現(xiàn)連續(xù)、迅速、可逆、精確可控的優(yōu)良特性。磁流變液器件正廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空航天、機(jī)械制造、土木工程、醫(yī)療等行業(yè)。在土木工程中磁流變液器件用于預(yù)防地震時，沉降穩(wěn)定性是磁流變液的關(guān)鍵因素之一;磁流變液器件用于汽車減振、離合器、剎車時，由于磁流變液器件必然長期處于工作狀態(tài)，因而磁流變液器件中電磁線圈的長期充電將會產(chǎn)生大量熱量并傳遞給磁流變液，導(dǎo)致磁流變液溫度升高；同樣，磁流變液器件工作時，磁流變液與器件壁和活動部件之間的磨擦、磁性粒子之間的摩擦，也會產(chǎn)生大量熱量，同樣會導(dǎo)致磁流變液溫度升高。對于目前現(xiàn)有的磁流變液，溫度升高均會導(dǎo)致其屈服應(yīng)力大幅下降，嚴(yán)重影響磁流變液器件的正常工作，也給磁流變液器件的控制造成很大困難，嚴(yán)重時，會造成磁流變液器件失效。溫度升高導(dǎo)致磁流變液屈服應(yīng)力下降的問題，嚴(yán)重制約著磁流變液在很多領(lǐng)域的工程應(yīng)用，如汽車領(lǐng)域的磁流變液剎車、磁流變液離合器等;如果能有效地提高磁流變液的抗熱程度，解決由于溫度升高而大幅降低磁流變液屈服應(yīng)力的難題，將會大大拓寬磁流變液的應(yīng)用范圍。
[0003]目前，制備磁流變液采用的基液為硅油、乙二醇、礦物油、水等，這些基液隨著溫度升高，揮發(fā)度和膨脹率會越來越大，導(dǎo)致磁流變液組成發(fā)生變化，最直接的結(jié)果是屈服應(yīng)力急劇下降，磁流變液穩(wěn)定性下降，使得磁流變液器件工作效果下降，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致磁流變液器件工作失效。如基液為水時，水基磁流變液的工作溫度只能在0°C?100°C范圍內(nèi)，實(shí)際上工作溫度應(yīng)該控制在0°c?70°C范圍之內(nèi)；常用的基液二甲基硅油，沸點(diǎn)135?220°C，閃點(diǎn)為155?300°C且，隨著溫度升高，特別是當(dāng)溫度高于100°C后，有小分子分解，產(chǎn)生氣相，體積膨脹等問題，導(dǎo)致磁流變液屈服應(yīng)力無規(guī)律變化，嚴(yán)重影響磁流變液的流變特性和磁流變效應(yīng)的發(fā)揮和控制，甚至損傷磁流變器件導(dǎo)致其完全失效，因此硅油基磁流變液的最高工作溫度只能在100?130°C。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供一種耐高溫磁流變液及其制備方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種耐高溫磁流變液，各組分按重量百分比計為:高溫導(dǎo)熱油基液10%?30%，磺化聚苯乙稀改性微米磁性粒子50%?85%，納米磁性粒子0.5%?10%，磺化聚苯乙稀
0.1%?10%，添加劑0.1%?5%。
[0007]上述方案中，所述高溫導(dǎo)熱油為聯(lián)苯-聯(lián)苯醚導(dǎo)熱油、烷基聯(lián)苯醚導(dǎo)熱油、烷基苯型導(dǎo)熱油、烷基聯(lián)苯型導(dǎo)熱油和烷基萘型導(dǎo)熱油中的一種或幾種。
[0008]上述方案中，所述磺化聚苯乙稀(SPS)改性微米磁性粒子是由磺化聚苯乙稀(SPS)接枝在鐵微米粒子、氧化鐵微米粒子、四氧化三鐵微米粒子、羰基鐵微米粒子或鐵鈷合金微米粒子的表面形成的復(fù)合磁性微米粒子。其中微米粒子的粒徑范圍在I Um?50um O
[0009]上述方案中，所述磺化聚苯乙烯的分子量為50?200KDa，磺化度為10%?60%。
[0010]上述方案中，所述納米磁性粒子的粒徑為50nm?500nm。
[0011]上述方案中，所述納米磁性粒子為鐵納米粒子、羰基鐵納米粒子、氧化鐵納米粒子、四氧化三鐵納米粒子或鐵鈷合金納米粒子。
[0012]上述方案中，所述添加劑包括抗氧劑和耐磨劑，所述抗氧化劑為N-苯基-α-萘胺、二苯胺、Ν，Ν-二仲丁基對苯二胺、受阻酚抗氧劑264，Ν-異丙基-N苯基對苯二胺(4010ΝΑ)、或Τ504硫化烷基酚;所述耐磨劑為亞磷酸二正丁酯、丁基異辛基磷酸十二胺鹽、二烷基二硫代磷酸鋅、苯并噻唑、苯并三噻唑、或甲基苯并三噻唑。
[0013]上述耐高溫磁流變液的制備方法，包括如下步驟:
[0014](I)制備磺化聚苯乙烯改性微米磁性粒子:將磺化聚苯乙烯(SPS)溶于四氫呋喃中，調(diào)節(jié)混合溶液的pH至9?13，充分?jǐn)嚢韬笙蚱渲屑尤氪判晕⒚琢Ｗ?，維持?jǐn)嚢璨⒃诘獨(dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行表面改性反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，磁分離得到改性粒子，所述改性粒子經(jīng)洗滌，真空干燥后即為磺化聚苯乙烯改性羰基鐵磁性粒子；
[0015](2)按各組分配比稱取高溫導(dǎo)熱油基液、磺化聚苯乙烯、添加劑，將高溫導(dǎo)熱油基液、磺化聚苯乙烯和添加劑混合均勻，在室溫下高速乳化后，得到均勻乳液A;
[0016](3)稱取磺化聚苯乙烯改性微米磁性粒子，加入到步驟(2)所述的均勻乳液A中，混合均勻，再在室溫下高速乳化、分散均勻后，得到磁流變液。
[0017]上述方案中，步驟(I)所述磺化聚苯乙稀與磁性微米粒子的質(zhì)量比為I?10:90?99 ο
[0018]上述方案中，步驟(I)所述表面改性反應(yīng)的溫度為20°C?60°C，時間為1h?50h。
[0019]上述方案中，步驟(I)所述真空干燥的溫度為60°C?80°C，時間為12h?24h。
[0020]上述方案中，步驟(2)所述乳化的時間為3h?5h，步驟(3)所述乳化的時間為3h?
5h0
[0021]本發(fā)明的有益效果如下:(1)本發(fā)明所述磁流變液是以耐高溫的高溫導(dǎo)熱油為基液，所述高溫導(dǎo)熱油的使用溫度最高可達(dá)到約300°C?400°C，粘度在1cP?300cP，具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、低熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)；本發(fā)明采用表面改性的方法在磁性微米粒子表面接枝尚分子化合物，有效提尚了磁性粒子與基液的相容性以及磁性粒子在基液中的沉降穩(wěn)定性；同時，本發(fā)明還通過添加抗氧化劑、耐磨劑，有效提高了磁流變液的抗氧化性、耐磨性和穩(wěn)定性；(2)本發(fā)明所述制備方法操作簡單、成本低廉，所述耐高溫磁流變液具有耐高溫、低沉降、低零場粘度等特點(diǎn)，同時具有優(yōu)良的磁流變性能，適用于航天、汽車、機(jī)械、土木建筑結(jié)構(gòu)、精密加工、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0022]圖1為實(shí)施例1制備的耐高溫磁流變液與對比同濃度硅油基磁流變液在150°C下靜置72h的沉降狀態(tài)照片，其中:MRFI為實(shí)施例1所制備的磁流變液的沉降狀態(tài);CMRFI為對比硅油基磁流變液的的沉降狀態(tài)。
[0023]圖2為實(shí)施例2制備的耐高溫磁流變液與對比同濃度硅油基磁流變液在150°C下靜置72h的沉降狀態(tài)照片，其中:MRF2為實(shí)施例2所制備的磁流變液的沉降狀態(tài);CMRF2為對比硅油基磁流變液的的沉降狀態(tài)。
[0024]圖3為實(shí)施例3制備的耐高溫磁流變液與對比同濃度硅油基磁流變液在150°C下靜置72h的沉降狀態(tài)照片，其中:MRF3為實(shí)施例3所制備的磁流變液的沉降狀態(tài);CMRF3為對比硅油基磁流變液的的沉降狀態(tài)。
[0025]圖4為實(shí)施例4制備的耐高溫磁流變液與對比同濃度硅油基磁流變液在150°C下靜置72h的沉降狀態(tài)照片，其中:MRF4為實(shí)施例4所制備的磁流變液的沉降狀態(tài);CMRF4為對比硅油基磁流變液的的沉降狀態(tài)。
[0026]圖5為實(shí)施例5制備的耐高溫磁流變液與對比同濃度硅油基磁流變液在150°C下靜置72h的沉降狀態(tài)照片，其中:MRF5為實(shí)施例5所制備的磁流變液的沉降狀態(tài);CMRF5為對比硅油基磁流變液的的沉降狀態(tài)。
[0027]圖6為實(shí)施例6制備的耐高溫磁流變液與對比同濃度硅油基磁流變液在150°C下靜置72h的沉降狀態(tài)照片，其中:MRF6為實(shí)施例6所制備的磁流變液的沉降狀態(tài);CMRF6為對比硅油基磁流變液的的沉降狀態(tài)。
[0028]圖7為磁流變液剪切粘度隨溫度的變化曲線，其中:MRF2為實(shí)施例2所制備的磁流變液粘度隨溫度的變化曲線;MRF3為實(shí)施例3所制備的磁流變液粘度隨溫度的變化曲線；MRF4為實(shí)施例4所制備的磁流變液粘度隨溫度的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
[0030]實(shí)施例1
[0031 ] —種耐高溫磁流變液，通過如下方法制備得到:
[0032](I)將10g(6.7%)分子量為100?200KDa、磺化度為20%的磺化聚苯乙烯(SPS)溶于50g( 33.3 % )的四氫呋喃中，然后滴加NaOH溶液調(diào)節(jié)混合溶液的pH = 9?10，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝螅蚱渲屑尤?0g(60% )平均粒徑為30um的羰基鐵粉微米