聚硅氧烷基磁流变粘弹性材料制备与性能测试

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冲击在我们的生活中无处不在,现有的被动缓冲装置不能根据冲击载荷的强度与冲击类型调节缓冲装置的参数,以保护装置的结构健康和人员的生命安全。磁流变材料是一种力学性能受磁场控制的智能材料,以磁流变材料研制的磁流变器件能够为冲击载荷缓冲带来新的解决方法,但是现有的磁流变材料存在一定的缺陷,限制了其在冲击缓冲领域的应用。针对磁流变液沉降稳定性差、磁流变脂的温度稳定性及载体分离、磁流变弹性体可控范围窄等有待的解决问题,提出本文的研究现实意义和学术价值。针对上述问题,结合线性聚硅氧烷的特性,提出以线性聚硅氧烷为基体的新型磁流变材料—磁流变粘弹性材料。具体如下:(1)阐述磁流变材料在冲击载荷缓冲领域的工程应用及磁流变材料在高速下的研究成果,表明磁流变材料在冲击载荷缓冲领域具有广阔的发展前景。对现有的磁流变材料的制备工艺及在冲击载荷缓冲领域存在不足进行了分析,针对有待解决的问题,结合线性聚硅氧烷的特性,提出以线性聚硅氧烷为基体的新型磁流变材料—磁流变粘弹性材料。(2)分析了线性聚硅氧烷的特性,阐述了制备磁流变粘弹性材料的制备工艺与实验装置;剖析了可磁化颗粒选取原则,选取BASF-SQ系列羰基铁粉作为分散相;选取表面活性剂对可磁化颗粒的表面进行处理,并运用球磨分散法制备了12种样品;通过VHX-600电子显微镜观察了其微观分散形态,可磁化颗粒均匀分散于基体中,未出现板结现象。(3)分析比较了常用的流变学特性测试原理,推导了平板式流变仪的剪切应力与转矩、剪切率的关系。采用MCR-301测试了磁流变粘弹性材料的稳态力学性能与动态力学性能,并观察了其的沉降稳定性。结果表明:羰基铁粉的含量是影响磁流变粘弹性材料剪切应力、第一法相应力差、剪切模量主要因素,含量越高,调节范围越宽,调节倍数越大但剪切模量的相对调节倍数减小;基体的分子聚合度和羰基铁粉的含量共同决定磁流变粘弹性材料的初始粘度;在剪切率为200s-1,磁感应强度为0~1T,剪切屈服应力的调节范围为14.1~128kPa,采用H-B模型描述本构关系并识别出模型参数;经6个月静置沉降观察,未见明显的沉降;磁场可拓宽磁流变粘弹性材料的线性区;在线性性区,频率为0~80Hz范围内变化时,对其的动态力学特性影响较小。(4)采用HH-15振动磁强计测试基体粘度为20wcp的磁流变粘弹性材料磁化特性,并测试比较了所选的羰基铁粉与XX厂商的羰基铁粉的磁化特性,结果表明:磁流变粘弹性材料所含羰基铁粉浓度越高,对应比磁化强度越高,即是饱和磁化强度越高;所选的羰基铁粉的饱和磁化强度高、矫顽力小,分散相所用羰基铁粉选取合理。(5)对本文的研究工作及特色之处进行了总结,阐述了本文仍需进一步研究的问题。
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