丁鹏中;杜成斌;郭斐
【摘 要】根据有无使用固化磁场、不同的铁粉含量、单一粒径或混合粒径的颗粒搭配等要求，控制球磨时间球磨铁粉，制备了各组磁流变弹性体试样。利用旋转流变仪研究磁流变弹性体的储能模量与磁感应强度的关系。由此研究不同制备因素对磁流变弹性体弹性磁流变效应的影响。结果发现，有场制备可以显著提高磁流变弹性体的磁致性能；铁粉含量越高或者使用混合粒径颗粒，都有助于提高磁流变弹性体的磁流变效应。%Different methods for manufacturing magnetorheological elastomers by using different composition ratio is investigated in spectively according to the use of curing magnetic field,magnetic iron content,different plasticizer content,single particle size or mixed particle matching requirements, several groups of magnetorheological elastomers.Using the rotational rheometer to study the relation between storage modulus and magnetic flux density and the effect of preparation conditions on the MRE’ magnetorheological effect is studied.Results showed that,the use of magnetic field curing in the preparation process can 花木水significantly improve the magnetic properties of samples;the higher the content of iron particles or the use of hybrid particles all contribute to the improvement of the magnetorheological effect and mechanical properties of magnetorheological elastomers.
【期刊名称】《电子测试》
顺德大部制【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】3页(P83-85)
【关键词】磁流变弹性体;磁流变效应;单一粒径;两种粒径
【作 者】丁鹏中;杜成斌;郭斐
【作者单位】河海大学力学与材料学院工程力学系，江苏南京，210098;河海大学力学与材料学院工程力学系，江苏南京，210098;河海大学力学与材料学院工程力学系，江苏南京，210098
【正文语种】中 文
0 引言
磁流变弹性体(magnetorheological elastomer,MRE) 是磁流变材料体系中的一个新分支。与磁流变液一样同样具有在磁场作用下流变特性可以发生连续、迅速、可逆的变化。为解决磁流变液的颗粒易沉降、稳定性差、颗粒磨损等问题，科学家开始采用橡胶等高分子材料作为固体基体以取代磁流变液的油基或水基的液态基体,于是逐渐产生了磁流变弹性体。磁流变弹性体是由微米级或纳米级的铁磁性(软磁)颗粒混合在高分子聚合物(如橡胶)中固化形成的，固化过程中添加匀强磁场，使基体中的铁磁颗粒由于磁流变效应形成链状或柱状的结构。
磁流变弹性体相对于磁流变液克服了磁流变液团聚和沉降稳定性差,以及需要在密封状态下工作的缺点,因此受到了相关研究人员的青睐。成为了磁流变材料研究的一个热点。
本文的主要目的是以实验的方法，寻求以高弹高韧类材料为基体的磁流变弹性体的制备方法，研制出满足高磁流变效应,综合性能优良的磁流变弹性体,并将各材料进行合理配比，制备出高性能的磁流变弹性体。
1 磁流变弹性体的制备
1.1 实验原材料及设备
实验所用原材料主要有:（1）广东卡夫特公司生产的704RTV硅橡胶作为基体（2）江苏天一有限公司生产的磁流变液专用羰基铁粉,平均粒径为3.5μm；（3）江苏昆山市绿循化工商行生产发售的二甲基硅油作为增塑剂；（4）表面活性剂有油酸和无水乙醇。制备磁流变液所用仪器主要有:电动搅拌器、双行星式球磨机以及真空干燥箱。
1.2 制备步骤
为了制备不同粒径的磁流变弹性体,先要通过球磨机球磨羰基铁粉一定时间以得到多组不同粒径的羰基铁粉。为了防止球磨的过程中粒子碰撞发生团聚,球磨时需加入适量分散剂和溶剂。磁流变弹性体制备的主要步骤:（1）羰基铁粉400g，无水乙醇80g，油酸8g，每罐合计总质量488g(两罐976g)。搅拌均匀后放入球磨机，按一定比例加入大小球进行球磨；（2）球磨时间控制在6h、12h、24h、36h、48h、60h和72h，每次称取出100g混合物放入真空干燥箱中烘干保存；（3）按表1及表2的配比制备单一粒径及混合粒径的磁流变弹性体；（4）将制备好的磁流变弹性体分别置于0.5T的磁场和无场的条件下进行固化过程。
表1 不同铁粉含量的配比(总量100g，质量比 wt%)?
表2 不同粒径的颗粒搭配(总量50g，取质量分数 wt%；各组份含量均为：铁磁颗粒60%，硅橡胶 20%，硅油 20%)?
2 实验测试与结果分析
2.1 实验仪器
用MCR-51 旋转流变仪测试磁流变液流变性能,可以测量不同剪切速率和磁感应强度下,磁流变液的剪切强度和表观粘度。用D8 ADVANCE X 射线衍射仪测试球磨制取的羰基铁粉的粒径。
2.2 测试结果及分析
2.2.1 羰基铁粉球磨后粒径测试
通过衍射仪测出了球磨过的7份羰基铁粉的粒径大小。图1给出了羰基铁粉的粒径大小与球磨时间的关系,从图2中可以看出前24h球磨的效果较好,球磨24h后颗粒粒径可以减少到600nm,球磨72h后粒径减少到了300nm。
十年体
图1 羰基铁粉的粒径大小随球磨时间的关系
2.2.2 单一粒径的MRE测试分析后摄影
流变仪在固定应变r=0.1%，频率f=10HZ条件下,调节磁感应强度在B=0～0.75T范围变化，测试储能模量与磁感应强度的关系。分别对无场固化和有场固化条件下的磁流变弹性体试样MRE-1～MRE-5进行测试，得出剪切储能模量与磁场强度的关系曲线，如图2、图3：量与磁感应强度的关系
图2 剪切储能模量与磁感应强度的关系
图3 剪切储能模
MRE试样为单一粒径无场固化 MRE试样为单一粒径有场固化
中国军人核心价值观上图的试验结果显示，有场固化和无场固化制得的试样剪切储能模量都随外加磁场强度的增加而增加。当磁场在0～500mT范围内时，剪切储能模量的曲线变化比较显著，磁流变弹性体在磁场600mT左右即进入磁饱和状态，由此可推测磁场强度为0～500mT的区间可作为磁流变弹性体应用的主要控制范围。
根据龚兴龙教授等人提出的理论观点，磁流变弹性体内部的颗粒与基体之间形成聚集结构，其中部分基体会被颗粒包裹。当施加外加磁场时，铁磁颗粒间产生相互作用力，且作用力随磁场强度的增加而不断增强，被包裹的基体会因周围颗粒作用而更为紧密，改变了弹性体的硬度和刚度等性状，并导致磁致剪切模量随颗粒相互作用力增大而增大。因此在宏观表现上，磁流变弹性体在外加磁场强度增加的条件下，其储能模量逐渐增大，该现象表明磁流变弹性体在磁场作用下体现了显著的磁流变效应。
羰基铁粉含量越大的试样获得的磁致模量也更大，实验结果证明了铁磁颗粒含量的提高对磁流变弹性体的磁致性能有显著的影响。其中，铁粉质量比80%的有场固化的试样MRE-5达到了效果最显著的磁流变效应，其测得的最大剪切储能模量为1.55MPa，磁流变效应115.0%。另外，有场固化的试样剪切模量均大于无场固化的试样剪切模量。由此可证明，在磁流变弹性体的制备过程中进行磁场固化，对磁流变弹性体的磁致模量和磁流变性能具有显著的影响。这是因为在有磁场固化过程中，基体材料中的铁磁颗粒被磁化的同时，自身也会形成一个极化场对其它颗粒产生作用。此时，单个颗粒受到了两种磁场共同作用，产生了耦合效果，因而聚集形成团簇结构，最终排列成有序的链状结构和柱状结构并固定在基体中，该结构促使磁流变弹性体在出现磁流变效应时能发挥更迅速、更显著的作用。
2.2.3 不同粒径的MRE测试分析
dif对不同颗粒粒径搭配的试样MRE-3和MRE-A 到MRE-G进行测试，得出图5、图6
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