一种批量制备硅橡胶基磁流变弹性体的电磁装置及方法

本发明涉及磁流变弹性体制备的，具体涉及一种批量制备硅橡胶基磁流变弹性体的电磁装置及方法。

背景技术：

1、磁流变弹性体是一种重要的磁敏智能材料，通常可以通过将微米级软磁性颗粒分散在非磁性高分子聚合物中来固化制备。当在材料固化时将其置于外磁场中，可以制备得到各向异性磁流变弹性体。固化完成后，磁性颗粒在基体中的相对位置被“锁定”。在外磁场存在的情况下，由于磁性粒子对磁场的敏感响应，磁流变弹性体会产生磁流变效应，即表现出随磁场强度变化的物理或机械特性，例如可控模量和阻尼性能。现有研究表明，各向异性磁流变弹性体磁流变效应比各向同性磁流变弹性体更明显。磁流变弹性体随磁场变化的特性使其在汽车、火车、舰船等运载工具的减振降噪领域具有重要应用。然而，目前批量制备磁流变弹性体或大片层磁流变弹性体制备方面仍然面临一些挑战。尤其是在制备各向异性磁流变弹性体方面，需要在制备过程中为材料提供预结构磁场环境，面临着工艺流程复杂、固化时间过长以及制备效率低下等问题。这些因素导致了制备磁流变弹性体的成本较高而生产效率较低。因此，迫切需要一种高效、稳定且经济的电磁装置来实现磁流变弹性体的批量生产。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种批量制备硅橡胶基磁流变弹性体的电磁装置，结构简单，可以通过控制电磁铁的电流开、断状态，控制圆环状的制样槽中径向预结构电磁场的开、断状态，使磁流变弹性体样品内的磁性颗粒沿径向排列或随机分布，预制出圆环状磁流变弹性体切割母体，降低了制备磁流变弹性体的难度。

2、本发明的目的之二在于提供一种批量制备硅橡胶基磁流变弹性体的方法，方法简单，易于调节。

3、本发明实现目的之一所采用的方案是：一种批量制备硅橡胶基磁流变弹性体的电磁装置，包括套筒、盖设于套筒顶部的顶盖和设置于套筒底部的底盖，所述套筒内设置有电磁铁，所述电磁铁包括电磁铁芯、设置于电磁铁芯内的电磁线圈、及设置于电磁铁芯内的非磁性环状隔断垫片，所述非磁性环状隔断垫片位于所述电磁线圈外围，所述套筒、电磁铁芯、电磁线圈及非磁性环状隔断垫片均为同轴设置；所述电磁铁与套筒内壁之间设置有环状制样槽，用于容纳磁流变弹性体；所述电磁铁与电源电性连接。

4、优选地，所述电磁铁芯包括下电磁铁芯以及上电磁铁芯，所述下电磁铁芯和上电磁铁芯对称装配，所述下电磁铁芯以及上电磁铁芯分别对称设置有第一凹槽和第二凹槽，装配后第一凹槽和第二凹槽配合形成用于容纳所述电磁线圈的环状闭合容纳槽。

5、优选地，所述下电磁铁芯以及上电磁铁芯分别对称设置有第三凹槽和第四凹槽，装配后所述有第三凹槽和第四凹槽形成用于容纳所述非磁性环状隔断垫片的环状容纳槽。

6、优选地，所述非磁性环状隔断垫片的内径与所述电磁线圈的外径相同，所述非磁性环状隔断垫片的外径与所述电磁铁的外径相同。

7、优选地，所述电磁铁芯设置有两个第一穿线孔，用于导通所述电磁线圈和电源的正、负两条供电电线。

8、优选地，所述外部套筒沿轴线剖分为左、右对称两部分，并通过管卡固定。

9、优选地，所述制样槽的宽度为2-6mm。

10、优选地，所述底盖和顶盖均分别设置有第一凸台和第二凸台，所述第一凸台和第二凸台的宽度均与制样槽的宽度一致。

11、本发明实现目的之二所采用的方案是：一种批量制备硅橡胶基磁流变弹性体的方法，采用所述的电磁装置进行制备，包括如下步骤：

12、方法a：批量制备各向同性硅橡胶基磁流变弹性体

13、a1、按比例称取双组份液体硅橡胶的组份a、组份b和羰基铁颗粒，并充分混合均匀；

14、a2、将步骤a1得到的混合体系进行脱气；

15、a3、将脱气后的混合物倒入所述电磁装置的制样槽中，并使制样槽密封；

16、a4、将制样槽中的混合物进行固化，制备出具有宏观环状外形的各向同性硅橡胶基磁流变弹性体；

17、方法b：批量制备各向异性硅橡胶基磁流变弹性体

18、b1、按比例称取双组份液体硅橡胶的组份a、组份b和羰基铁颗粒，并充分混合均匀；

19、b2、将步骤b1得到的混合体系进行脱气；

20、b3、将脱气后的混合物倒入所述电磁装置的制样槽中，并使制样槽密封；

21、b4、将所述电磁装置的电磁铁线连接稳流直流电源，产生径向穿过状制样槽的匀强磁场，并通电一段时间对磁流变弹性体进行预结构化；

22、b5、将预结构化后的磁流变弹性体原料进行固化，获得具有宏观环状外形的各向异性硅橡胶基磁流变弹性体。

23、具体的，方法a：批量制备各向同性硅橡胶基磁流变弹性体：

24、(1)将所述内部电磁铁芯(11)、电磁线圈(1-2)和隔断垫片(1-3)同轴心装配，搭建内部电磁铁(1)；

25、(2)将所述电磁线圈(1-2)的两根电源线通过上部电磁铁芯(112)所设有的两个穿线孔(1-121)穿出；

26、(3)将搭建好的内部电磁铁(1)与外套筒(4)同轴心装配，并利用所述底部封盖(2)的凸台进行卡位固定，形成圆环状制样槽；

27、(4)分别按一定比例称取双组份液体硅橡胶的组份a、组份b和羰基铁颗粒，并充分混合均匀；

28、(5)将步骤(4)得到的混合体系放入真空箱进行脱气；

29、(6)将脱气后的混合物倒入步骤(3)搭建的圆环状的制样槽中；

30、(7)将步骤(2)穿出的电源线由内而外穿出所述上端封盖(5)的两个穿线孔(5-1)，并利用其凸台封盖住圆环状制样槽槽口；

31、(8)将含有磁流变弹性体原料的制备装置整体放入干燥箱中加热进行固化，获得各向同性硅橡胶基磁流变弹性体；

32、(9)将电磁装置外套筒、上部端盖、下部端盖以及电磁铁进行拆解，使固化完成的样品脱模，制备出具有宏观环状外形的磁流变弹性体，并沿其母线剪开，展开为大片矩形磁流变弹性体；

33、(10)将步骤(9)大片矩形各向同性磁流变弹性体进行激光切割，分割成批量各向同性磁性弹性体试样。

34、方法b：批量制备各向异性硅橡胶基磁流变弹性体

35、(1)将所述内部电磁铁芯(11)、电磁线圈(1-2)和隔断垫片(1-3)同轴心装配，搭建内部电磁铁(1)；

36、(2)将所述电磁线圈(1-2)的两根电源线通过上部电磁铁芯(112)所设有的两个穿线孔(1-121)穿出；

37、(3)将搭建好的内部电磁铁(1)与外套筒(4)同轴心装配，并利用所述底部封盖(2)的凸台进行卡位固定，形成圆环状制样槽；

38、(4)分别按一定比例称取双组份液体硅橡胶的组份a、组份b和羰基铁颗粒，并充分混合均匀；

39、(5)将步骤(4)得到的混合体系放入真空箱进行脱气；

40、(6)将脱气后的混合物倒入步骤(3)搭建的圆环状的制样槽中；

41、(7)将步骤(2)穿出的电源线由内而外穿出所述上端封盖(5)的两个穿线孔(5-1)，并利用其凸台封盖住圆环状制样槽槽口；

42、(8)将所述内部电磁铁(1)的电源线连接稳流直流电源(6)，产生径向穿过圆环状制样槽的匀强磁场，并通电一段时间对磁流变弹性体进行预结构化；

43、(9)将含有预结构化磁流变弹性体原料的制备装置整体放入干燥箱中加热进行固化，获得各向异性硅橡胶基磁流变弹性体；

44、(10)将电磁装置外套筒、上部端盖、下部端盖以及电磁铁进行拆解，使固化完成的样品脱模，制备出具有宏观环状外形的磁流变弹性体，并沿其母线剪开，展开为大片矩形磁流变弹性体；

45、(11)将大片矩形各向异性磁流变弹性体进行激光切割，分割成批量各向异性磁性弹性体结构件。

46、优选地，所述方法a1和b1中，羰基铁颗粒占双组份液体硅橡胶与羰基铁颗粒的总质量的20％80％。

47、双组份液体硅橡胶的组份a、组份b(北京海贝思科技有限公司生产的hbs630双组份硅橡胶组份a和组份b的配比为1：1。硅橡胶a、b组份都为可流动性的液体，其中a组份含铂金触媒催化剂或其它助剂，b组份为含氢硅油，a、b双组份混合后可室温固化也可加温固化。)

48、本发明具有以下优点和有益效果：

49、本发明的电磁装置通过设计具有环状制样槽，并通过控制电磁铁的电流开、断状态，控制圆环状的制样槽中径向预结构电磁场的开、断状态，使磁流变弹性体样品内的磁性颗粒沿径向排列或随机分布，预制出圆环状磁流变弹性体切割母体，减少了搭建特定制备模具所耗费的时间与成本，降低了制备磁流变弹性体的难度。

50、本发明中的电磁装置，由于电磁铁的两个铁芯内部相连可以将线圈的磁场向外部传导，而外缘配置非磁不锈钢隔断垫片，同时配置在外套筒，使整个装置能够产生由内部电磁铁的外径指向外部套筒内径方向的径向匀强磁场，从而制备大片各向异性磁流变弹性体。

51、本发明的电磁装置将加磁单元和制样槽巧妙地设计为一体，在简化制备装置结构的同时，也简便了操作流程，制备方法可操作性强，制备过程所消耗的时间短。

52、本发明的方法，操作简单，能够实现批量制备各向同性或异性硅橡胶基磁流变弹性体，成本低，适于工业化生产。