一种能增强磁流变效应的羰基铁粉及其制备的磁流变液的制作方法
【专利摘要】一种能增强磁流变效应的羰基铁粉及其制备的磁流变液，其应用二元酸作为添加剂，有效地提高了磁流变液的屈服应力和沉降稳定性。其制备方法是：将羰基铁粉加入到二元酸和异丙醇的混合溶液中，通过超声分散、机械球磨和真空干燥得到表面处理的羰基铁粉；依次将触变剂、润滑添加剂加入的基础油中搅拌混合后制得载液；将羰基铁粉加入到载液中，通过超声分散和机械球磨，分离出磨球后即制得稳定高效的磁流变液。该磁流变液在小的磁场下就能获得较高的剪切屈服应力，因而在汽车制造业、测量技术行业、机加工行业、机器人工业领域具有巨大的应用价值。
【专利说明】一种能增强磁流变效应的羰基铁粉及其制备的磁流变液
【技术领域】
[0001]本发明属于智能材料设计与制备【技术领域】，具体涉及磁流变液制备及添加剂应用技术。
【背景技术】
[0002]磁流变效应，即在外加磁场作用下其黏性、塑性等流变特性将发生显著变化，而且这种转变是瞬间的、可逆的，呈现可控的剪切屈服强度。磁流变液的结构和力学行为，尤其是磁场作用下的结构和力学行为，一直是该领域的研究热点和重点，也是其有效应用所必需解决的关键性问题，多年来科学界和工程界均在为此努力。
[0003]磁流变液的磁致屈服应力，代表其固化强度的大小，具有重要的工程意义，是评价这种材料性能的主要指标之一。目前大多数磁流变液的零场粘度较高、稳定性能不理想。为增大磁流变效应，通常采用粘度较高的载液以及提高磁性颗粒体积百分比浓度，这使得磁流变液的零场粘度增大，限制了磁流变液在某些场合的应用，如磁流变液制动器在未施加磁场时要求摩擦阻力尽量小。在相同磁场强度和剪应变率下，基于高磁化强度的铁合金颗粒的磁流变液，其力学强度越大。但是这种高磁饱和强度的合金材料，制备成本较高，不利于推广应用。Tang等人【J.C.Ulicny; K.S.Snavely ;M.A.Golden ;D.J.Klingenberg.Enhancing magnetorheology with nonmagnetizabIe particles.App1.Phys.Lett.2010, 96，231903-231903-3】通过压缩磁场作用下的磁流变液，测得静态屈服应力高达800kpa，然而这种技术可能并不适用于多数磁流变器件。
[0004]有商业前景的磁流变液是既能对中等强度磁场有高的屈服应力，又能保持良好稳定性的液体。本发明 申请人:在研究中发现，使用二元酸作为添加剂可有效的增强磁流变效应以及改善磁流变液的沉降稳定性，并且制备工艺简单，成本低，因而可以被用来产生低密度、高效能的磁流变液。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于是提供一种能增强磁流变效应的羰基铁粉，进而提供一种高效稳定的磁流变液及其制备方法，该羰基铁粉以二元酸作为添加剂，有效地提高了磁流变液的屈服应力和沉降稳定性。
[0006]本发明的技术方案:
[0007]本发明的目的之一是提供一种磁流变液用羰基铁粉，所述羰基铁粉是采用二元酸按以下步骤进行表面处理而获得:
[0008]步骤1、将羰基铁粉干燥，除去表面的吸附水，所述羰基铁粉平均粒径为1-5 μ m，呈球形分布，纯度为99.9%；
[0009]步骤2、将二元酸按羰基铁粉质量的0.2%~2.5%加入到异丙醇中，搅拌均匀，溶解稀释后得到混合液，所述的二元酸是二聚酸、二聚亚油酸、十二烷二酸的一种或多种的组合；[0010]步骤3、将干燥的羰基铁粉加入到步骤2得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散，得到悬浮液；
[0011]步骤4、将步骤3中得到的悬浮液装入球磨罐中，再加入氧化锆磨球，混合物料与磨球的质量比为1:(3~5)，磨好后将球液分离；
[0012]步骤5、将步骤4中得到的悬浮液置于真空干燥箱中干燥，干燥后将所得的块状固体研磨成粉即得表面处理后的羰基铁粉。
[0013]在制备以上磁流变液用羰基铁粉时，步骤I干燥羰基铁粉的真空度为-0.1~
0.2MPa，温度为70~100°C，时间12~16h。步骤5步骤5中干燥的真空度为-0.1~0.2MPa，温度60~80°C，时间6~9h。步骤3中超声波分散时间为15~30min。步骤4中，加入氧化错的直径为5~15mm,最好为IOmm,球磨转速250~600rpm,最好为300rpm,时间6~8h。
[0014]本发明目的之二是提供采用以上的羰基铁粉制备的磁流变液，其由下述组分按质量百分比组成:
[0015]经表面处理的`羰基铁粉:55%~89%
[0016]基础油:10%~42%
[0017]触变剂:0.5% ~1.5%
[0018]润滑添加剂:0.5%~1.5%
[0019]所述基础油为甲基硅油、矿物油；
[0020]所述触变剂为纳米二氧化硅、高岭土粉末或有机粘土 ；
[0021]所述润滑添加剂是石墨，二硫化钥，氮化硼，聚四氟乙烯，硬脂酸，月桂酸或油酸中的一种或多种的组合。
[0022]制备步骤为:
[0023]步骤1、将触变剂按磁流变液总质量的0.5%~1.5%加入基础油中，搅拌均匀后超声波分散，得到混合液；
[0024]步骤2、将润滑添加剂按磁流变液总质量的0.5%~1.0%加入到步骤I得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散，得到混合液；
[0025]步骤3、将表面处理后的羰基铁粉加入到步骤2得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散，得到悬浮液；
[0026]步骤4、将步骤3中得到的悬浮液置于球磨罐中，按混合物料与磨球的质量比为1:3加入氧化锆磨球，磨好后将球液分离，即得磁流变液，装入干燥的塑料容器中密封即可长期保存。
[0027]以上的磁流变液的制备中，步骤1-步骤3的超声波分散时间15~30min。步骤4的磨球转速为250~600rpm,最好为300rpm,时间10~16h,最好为12h。
[0028]本发明提供了一种新的方法来增强磁流变效应，通过使用二元酸作为添加剂，显著提高了磁流变液的屈服应力。此外，作为一种有效的分散剂，二元酸与触变剂复配使用，有利于提闻磁流变液的沉降稳定性，
[0029]本发明的磁流变液具有显著的磁流变效应、优异的沉降稳定性、摩擦磨损性能和化学稳定性，以及低零场黏度等特点，并且制备工艺简单，成本较低，可广泛应用于机械、汽车、航空、精密加工、建筑、医疗等领域。【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1:本发明的磁流变液零场黏度与剪切速率的关系曲线。
[0031]图2-1:没有添加二元酸的磁流变液(对比样)在不同磁场强度下剪切应力与剪切速率的关系曲线。
[0032]图2-2:实施例1的磁流变液在不同磁场强度下剪切应力与剪切速率的关系曲线。
[0033]图2-3:实施例2的磁流变液在不同磁场强度下剪切应力与剪切速率的关系曲线。
[0034]图3:本发明的磁流变液静置后沉淀物占总量的体积分数随时间的变化曲线。
【具体实施方式】
[0035]为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐述本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0036]本发明采用奥地利安东帕公司的MCR301模块化智能型高级流变仪测量磁流变液的流变特性。
[0037]本发明是将20ml磁流变液加入有刻度的试管中，长时间静置，观察沉淀物随时间`的变化表征磁流变液的沉降性能。
[0038]以下例子中采用的羰基铁粉平均粒径为1-5 μ m,呈球形分布，纯度为99.9%。
[0039]实施例1
[0040]制备100毫升(I 18.3克)硅油基磁流变液，制备步骤为:
[0041]步骤1、将78.4g羰基铁粉在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥12h，除去表面的物理吸附水；
[0042]步骤2、将1.2g 二聚酸加入到35ml异丙醇中，搅拌均匀，溶解稀释后得到混合液；
[0043]步骤3、将干燥的羰基铁粉加入到步骤2得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到悬浮液；
[0044]步骤4、将步骤3中得到的悬浮液装入球磨罐中，再加入直径为IOmm的氧化锆磨球，混合物料与磨球的质量比为1:3，以300rpm的转速球磨6~8h，磨好后将球液分离；
[0045]步骤5、将步骤4中得到的悬浮液置于电热真空干燥箱中，在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥6h，干燥后将所得的块状固体研磨成粉即得表面处理后的羰基铁粉。
[0046]步骤6、将0.8g纳米二氧化硅加入到42.5ml甲基硅油中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到混合液；
[0047]步骤7、将表面处理后的羰基铁粉加入到步骤6得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min，得到悬浮液；
[0048]步骤8、将步骤7中得到的悬浮液置于球磨罐中，按混合物料与磨球的质量比为1:3加入氧化锆磨球，以300rpm的转速球磨12h，磨好后将球液分离，即得磁流变液。
[0049]实施例2
[0050]制备100毫升(I 18.3g)硅油基磁流变液，制备步骤为:
[0051]步骤1、将78.4g羰基铁粉在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥12h，除去表面的物理吸附水；
[0052]步骤2、将1.2g十二烷二酸加入到35ml异丙醇中，搅拌均匀，溶解稀释后得到混合液；
[0053]步骤3、将干燥的羰基铁粉加入到步骤2得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到悬浮液；
[0054]步骤4、将步骤3中得到的悬浮液装入球磨罐中，再加入直径为IOmm的氧化锆磨球，混合物料与磨球的质量比为1:3，以300rpm的转速球磨6~8h，磨好后将球液分离；
[0055]步骤5、将步骤4中得到的悬浮液置于电热真空干燥箱中，在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥6h，干燥后将所得的块状固体研磨成粉即得表面处理后的羰基铁粉。
[0056]步骤6、将0.8g纳米二氧化硅加入42.5ml甲基硅油中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到混合液；
[0057]步骤7、将表面处理后的羰基铁粉加入到步骤6得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min，得到悬浮液；
[0058]步骤8、将步骤7中得到的悬浮液置于球磨罐中，按混合物料与磨球的质量比为1:3加入氧化锆磨球，以300rpm的转速球磨12h，磨好后将球液分离，即得磁流变液。
[0059]实施例3
[0060]制备100毫升(117.5g)硅油基磁流变液，制备步骤为:
[0061]步骤1、将78.4g羰基铁粉在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥12h，除去表面的物理吸附水；
[0062]步骤2、将1.2g 二聚酸入到35ml异丙醇中，搅拌均匀，溶解稀释后得到混合液；
[0063]步骤3、将干燥的羰基铁粉加入到步骤2得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到悬浮液；
[0064]步骤4、将步骤3中得到的悬浮液装入球磨罐中，再加入直径为IOmm的氧化锆磨球，混合物料与磨球的质量比为1:3，以300rpm的转速球磨6~8h，磨好后将球液分离；
[0065]步骤5、将步骤4中得到的悬浮液置于电热真空干燥箱中，在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥6h，干燥后将所得的块状固体研磨成粉即得表面处理后的羰基铁粉。
[0066]步骤6、将表面处理后的羰基铁粉加入到42.5ml甲基硅油中，搅拌均匀后超声波分散20min，得到悬浮液；
[0067]步骤7、将步骤6中得到的悬浮液置于球磨罐中，按混合物料与磨球的质量比为1:3加入氧化锆磨球，以300rpm的转速球磨12h，磨好后将球液分离，即得磁流变液。
[0068]实施例4
[0069]制备102.3g硅油基磁流变液，制备步骤为:
[0070]步骤1、将65g羰基铁粉在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥12h，除去表面的物理吸附水；
[0071]步骤2、将1.0g二聚亚油酸加入到35ml异丙醇中，搅拌均匀，溶解稀释后得到混合液；
[0072]步骤3、将干燥的羰基铁粉加入到步骤2得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到悬浮液；
[0073]步骤4、 将步骤3中得到的悬浮液装入球磨罐中，再加入直径为IOmm的氧化锆磨球，混合物料与磨球的质量比为1:3，以300rpm的转速球磨6~8h，磨好后将球液分离；
[0074]步骤5、将步骤4中得到的悬浮液置于电热真空干燥箱中，在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥6h，干燥后将所得的块状固体研磨成粉即得表面处理后的羰基铁粉。
[0075]步骤6、将0.6g高岭土粉末加入到40ml甲基硅油中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到混合液；
[0076]步骤7、将表面处理后的羰基铁粉加入到步骤6得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min，得到悬浮液；
[0077]步骤8、将步骤7中得到的悬浮液置于球磨罐中，按混合物料与磨球的质量比为1:3加入氧化锆磨球，以300rpm的转速球磨12h，磨好后将球液分离，即得磁流变液。
[0078]实施例5
[0079]制备103.7g硅油基磁流变液，制备步骤为:
[0080]步骤1、将65g羰基铁粉在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥12h，除去表面的物理吸附水；
[0081]步骤2、将0.8g二聚亚油酸加入到35ml异丙醇中，搅拌均匀，溶解稀释后得到混合液；
[0082]步骤3、将干燥的羰基铁粉加入到步骤2得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到悬浮液；
[0083]步骤4、将步骤3中得到的悬浮液装入球磨罐中，再加入直径为IOmm的氧化锆磨球，混合物料与磨球的质量比 为1:3，以300rpm的转速球磨6~8h，磨好后将球液分离；
[0084]步骤5、将步骤4中得到的悬浮液置于电热真空干燥箱中，在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥6h，干燥后将所得的块状固体研磨成粉即得表面处理后的羰基铁粉。
[0085]步骤6、将1.0g有机黏土加入到40ml甲基硅油中，搅拌均匀后超声波分散20min，得到混合液；
[0086]步骤7、将1.2g聚四氟乙烯加入到步骤6得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到混合液；
[0087]步骤8、将表面处理后的羰基铁粉加入到步骤7得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min，得到悬浮液；
[0088]步骤9、将步骤8中得到的悬浮液置于球磨罐中，按混合物料与磨球的质量比为1:3加入氧化锆磨球，以300rpm的转速球磨12h，磨好后将球液分离，即得磁流变液。
[0089]实施例6
[0090]制备112.9g硅油基磁流变液，制备步骤为:
[0091]步骤1、将70g羰基铁粉在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥12h，除去表面的物理吸附水；
[0092]步骤2、将1.0g十二烷二酸加入到35ml异丙醇中，搅拌均匀，溶解稀释后得到混合液；
[0093]步骤3、将干燥的羰基铁粉加入到步骤2得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到悬浮液；
[0094]步骤4、将步骤3中得到的悬浮液装入球磨罐中，再加入直径为IOmm的氧化锆磨球，混合物料与磨球的质量比为1:3，以300rpm的转速球磨6~8h，磨好后将球液分离；
[0095]步骤5、将步骤4中得到的悬浮液置于电热真空干燥箱中，在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥6h，干燥后将所得的块状固体研磨成粉即得表面处理后的羰基铁粉。[0096]步骤6、将0.75g高岭土粉末加入到45ml甲基硅油中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到混合液；
[0097]步骤7、将1.0g石墨加入到步骤6得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到混合液；
[0098]步骤8、将表面处理后的羰基铁粉加入到步骤7得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min，得到悬浮液；
[0099]步骤9、将步骤8中得到的悬浮液置于球磨罐中，按混合物料与磨球的质量比为1:3加入氧化锆磨球，以300rpm的转速球磨12h，磨好后将球液分离，即得磁流变液。`
【权利要求】
1.一种磁流变液用羰基铁粉，其特征在于，所述羰基铁粉是采用二元酸按以下步骤进行表面处理而获得: 步骤1、将羰基铁粉干燥，除去表面的吸附水，所述羰基铁粉平均粒径为1-5 μ m，呈球形分布，纯度为99.9%； 步骤2、将二元酸按羰基铁粉质量的0.2%~2.5%加入到异丙醇中，搅拌均匀，溶解稀释后得到混合液，所述的二元酸是二聚酸、二聚亚油酸、十二烷二酸的一种或多种的组合；步骤3、将干燥的羰基铁粉加入到步骤2得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散，得到悬浮液； 步骤4、将步骤3中得到的悬浮液装入球磨罐中，再加入氧化锆磨球，混合物料与磨球的质量比为1: (3~5)，磨好后将球液分离； 步骤5、将步骤4中得到的悬浮液置于真空干燥箱中干燥，干燥后将所得的块状固体研磨成粉即得表面处理后的羰基铁粉。
2.根据权利要求1所述的磁流变液用羰基铁粉，其特征在于，所述步骤I干燥羰基铁粉的真空度为-0.1~0.2MPa，温度为70~110°C，时间12~16h ;步骤5步骤5中干燥的真空度为-0.1~0.2MPa，温度60~80°C，时间6~9h。
3.根据权利要求1所述的磁流变液用羰基铁粉，其特征在于，所述步骤3中超声波分散时间为15~30min。
4.根据权利要求1所述的磁流变液用羰基铁粉，其特征在于，所述步骤4中，加入氧化错的直径为5~15mm,最好为IOmm,球磨转速250~600rpm,最好为300rpm,时间6~8h。
5.根据权利要求1所述的磁流变液用羰基铁粉，其特征在于，所述羰基铁粉是采用二元酸按以下步骤进行表面处理而获得: 步骤1、将羰基铁粉在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥12h，除去表面的物理吸附水；所述羰基铁粉平均粒径为1-5 μ m,呈球形分布，纯度为99.9% ； 步骤2、将二元酸按磁流变液总质量的0.5%~2.0%加入到异丙醇中，搅拌均匀，溶解稀释后得到混合液； 步骤3、将干燥的羰基铁粉加入到步骤2得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到悬浮液； 步骤4、将步骤3中得到的悬浮液装入球磨罐中，再加入直径为IOmm的氧化锆磨球，混合物料与磨球的质量比为1:3，以300rpm的转速球磨6~8h，磨好后将球液分离； 步骤5、将步骤4中得到的悬浮液置于电热真空干燥箱中，在真空度为0.1MPa、温度为70°C条件下干燥6h，干燥后将所得的块状固体研磨成粉即得表面处理后的羰基铁粉。
6.采用权利要求1-5之任一项所述的羰基铁粉得到的磁流变液，其特征在于:所述磁流变液由下述组分按质量百分比组成: 经表面处理的羰基铁粉:55%~89% 基础油:10%~42% 触变剂:0.5%~1.5% 润滑添加剂:0.5%~1.5% 所述基础油为甲基硅油、矿物油； 所述触变剂为纳米二氧化娃、闻岭土粉末或有机粘土 ；所述润滑添加剂是石墨、二硫化钥、氮化硼，聚四氟乙烯，硬脂酸，月桂酸或油酸中的一种或多种的组合。
7.权利要求6所述的磁流变液的制备方法，其特征在于，制备步骤为: 步骤1、将触变剂按磁流变液总质量的0.5%~1.5%加入基础油中，搅拌均匀后超声波分散，得到混合液； 步骤2、将润滑添加剂按磁流变液总质量的0.5%~1.0%加入到步骤I得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散，得到混合液； 步骤3、将表面处理后的羰基铁粉加入到步骤2得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散，得到悬浮液； 步骤4、将步骤3中得到的悬浮液置于球磨罐中，按混合物料与磨球的质量比为1:3加入氧化锆磨球，磨好后将球液分离，即得磁流变液，装入干燥的塑料容器中密封即可长期保存。
8.权利要求7所述的磁流变液的制备方法，其特征在于，所述步骤1-步骤3的超声波分散时间15~30min。
9.权利要求7所述的磁流变液的制备方法，其特征在于，所述步骤4的磨球转速为250~600rpm,最好为300rpm,时间10~16h,最好为12h。
10.权利要求7所述的磁流变液的制备方法，其特征在于，制备步骤为: 步骤1、将触变剂按磁流变液总质量的0.5%~1.5%加入基础油中，搅拌均匀后超声波分散20min，得到混合液； 步骤2、将润滑添加剂按磁流变液总质量的0.5%~1.0%加入到步骤I得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min,得到混合液； 步骤3、将表面处理后的羰基铁粉加入到步骤2得到的混合液中，搅拌均匀后超声波分散20min，得到悬浮液； 步骤4、将步骤3中得到的悬浮液置于球磨罐中，按混合物料与磨球的质量比为1:3加入氧化锆磨球，以300rpm的转速球磨12h，磨好后将球液分离，即得磁流变液，装入干燥的塑料容器中密封即可长期保存。
【文档编号】C10M141/00GK103525505SQ201310533365
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】晏华, 杨健健, 胡志德, 王雪梅 申请人:中国人民解放军后勤工程学院