[发明专利]相变型磁流变材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能材料技术，尤其涉及一种相变型磁流变材料及其制备方法。

背景技术

磁流变材料是当前智能材料研究领域的一个重要分支，通常是由磁性分散相颗粒（μm级）、基体和添加剂等均匀混合而成。在施加外磁场后，该种材料的机械性能（流变性能或粘弹性能等）会迅速发生显著且可逆的变化。基于这一特性，自20世纪40年代末J.Rabinow首先发现磁流变液以来，这种智能材料引发了新的研究热潮并被广泛应用在工程和生物医学等领域。当前磁流变材料主要包括磁流变液、磁流变胶和磁流变弹性体三大种类，各类磁流变材料均具有磁场可控的力学性能，同时也有其独特之处。三者最主要的区别在于基体材料不同，磁性颗粒、基体以及颗粒与基体之间的相互作用都会影响材料的性能，在优化磁性颗粒的含量、改变颗粒在基体中的分布情况、增强颗粒与基体之间的相容性等方面，人们已经做了大量的研究工作，在改善基体的性能方面同样如此。

基体本身的属性在很大程度上影响着磁流变材料的力学性能，目前，基于液态载液为分散介质的磁流变液在外加磁场下具有很高的磁流变效应，可满足实际工程应用的需求，但颗粒与载液之间大的密度差易导致磁性颗粒沉降，难以同时兼顾高的磁致效应和高稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼具高的磁致效应和高稳定性的相变型磁流变材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的相变型磁流变材料，包括基体材料、磁性颗粒、表面活性剂，所述基体材料包括石蜡与白凡士林以1.5∶1-1∶1.5的质量比混合，所述磁性颗粒为羰基铁粉，所述表面活性剂为以下任一种或多种：硬脂酸、油酸、硬脂酸钠、聚乙二醇、硅烷偶联剂、吐温；

所述基体材料、磁性颗粒、表面活性剂按以下质量份配比：

基体材料：38.2－69.1份；

磁性颗粒：30－60份；

表面活性剂：0.9－1.8份。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的相变型磁流变材料，由于包括基体材料、磁性颗粒、表面活性剂以38.2－69.1：30－60：0.9－1.8的质量份混合，基体材料包括石蜡与白凡士林以1.5∶1－1∶1.5的质量比混合，磁性颗粒为羰基铁粉，兼具高的磁致效应和高稳定性，在室温下，该种材料具有非溶剂型磁流变弹性体的物理特性，在稍高的温度时（50℃附近），由于基体材料的相变特性，材料由粘塑性状态转化成流体状态，具有典型的磁流变液的特征，即可以随温度变化在磁流变液和磁流变弹性体之间自由转换。

附图说明

图1为本发明的实施例中50wt％样品的差示扫描量热曲线（DSC）；

图2为本发明的实施例中不同铁粉含量的样品储能模量（G′）随磁场强度的变化曲线；

图3为本发明的实施例中不同铁粉含量的样品储能模量随应变（γ）的变化关系曲线；

图4为本发明的实施例中不同温度下，30wt％样品储能模量随磁场强度的变化关系曲线；

图5a、图5b为本发明的实施例中50℃时，50wt％样品的流变特性曲线，其中：

图5a为剪切应力随剪切速率的变化关系曲线；

图5b为粘度随剪切速率的变化关系曲线；

图6为本发明的实施例中不同温度下50wt％样品的剪切应力随磁场强度变化的关系曲线。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的相变型磁流变材料，其较佳的具体实施方式是：

包括基体材料、磁性颗粒、表面活性剂，所述基体材料包括石蜡与白凡士林以1.5∶1－1∶1.5的质量比混合，所述磁性颗粒为羰基铁粉，所述表面活性剂为以下任一种或多种：硬脂酸、油酸、硬脂酸钠、聚乙二醇、硅烷偶联剂、吐温；

所述基体材料、磁性颗粒、表面活性剂按以下质量份配比：

基体材料：38.2－69.1份；

磁性颗粒：30－60份；

表面活性剂：0.9－1.8份。

所述羰基铁粉的平均粒径为0.1－50μm。

本发明的上述的相变型磁流变材料的制备方法，其较佳的具体实施方式包括以下步骤：

将基体材料和表面活性剂按照上述质量称量后，加入容器中加热融化，并搅拌使其混合均匀；

按照上述用量称取羰基铁粉，加入所述容器中；

停止加热，并持续搅拌至物料冷却至室温，固化后的物料即为制得的相变型磁流变材料。

所述加热融化的加热温度为80℃。