[发明专利]一种多功能复合材料

说明书

技术领域

本发明属于智能材料技术领域，具体涉及一种具有优异冲击变硬性能和磁流变性能的多功能复合材料的制备方法。

背景技术

智能材料是一类能够对外界刺激(如光、电、磁、声等)作出响应，并及时地改变自身性能的复合材料。其中，磁流变材料是一种将磁性颗粒分散到适当的载体中而制备成的智能材料。由于磁性粒子之间的偶极-偶极相互作用，所以磁流变材料的性能可以通过外界磁场加以改变。目前，磁流变材料已被广泛运用于阻尼器、振动控制、隔振器和磁动电阻器传感器等领域。

其中，最常见的磁流变材料是磁流变液。由于其磁流变性能较为优良，所以得到了广泛青睐，但是由于磁性颗粒与悬浮介质存在较大的密度差，故磁流变液存在着很难被解决的颗粒沉降问题，因而严重影响了其实用性。随后被开发出的磁流变弹性体避免了粒子沉降等问题。中国专利200620154712.X公开了一种磁流变弹性体阻尼器。专利号为ZL20082002729.2的中国专利公开了一种作为隔振器的磁流变弹性体的制备方案。但是由于高分子基体较为坚硬，粒子被牢牢固定在基体中，所以其力学性能已大为降低。所以开发出没有粒子沉降、易于存储和优良力学性能的磁流变材料对于工程应用至关重要。

剪切增稠或者剪切变硬是一种常见于许多粘稠悬浮液中的有趣现象，即当所施加的剪切应力的速率超过某个临界值时，液体的粘度会急速上升，使液体表现出固态性能。由于这种剪切增稠性能是可逆的，所以剪切增稠材料可以被运用于能量吸收和防护等领域。例如，专利号为201220258314.8的中国专利报道了一种剪切增稠液体护膝护肘装置。中国专利申请201310026114.9公开了运用剪切增稠液制备的减震拐杖。中国专利201010299423.X公开了一种基于剪切增稠液体的可移动式防爆墙。

到目前为止，剪切增稠液体主要是将如二氧化硅、碳酸钙等微纳米无机粒子分散于非挥发性分散介质中而制备成的。在制备过程中，需要对粒子经过球磨、超声、多次洗涤等处理，而且由于无机粒子易于团聚，所以配制成的液体材料稳定性能较差，无法长期保存，且制备步骤繁多，成本较高。基于上述问题，液体剪切增稠材料的实际使用已受到很大限制。

目前，对于剪切增稠的研究已逐渐转向固体材料。申请号为201210459036.7的中国专利公开了一种具有剪切增稠性能的分子胶体的制备方法。英国D3O公司也报道了一种聚氨酯基剪切增稠复合材料，其已被广泛运用于人体防护领域。申请号为201310088223.3的中国专利申请也公开了一种聚氨酯吸能材料的制备方法。

从目前所公开的专利来看，上述固体剪切增稠材料性能单一，制备工艺复杂。另外上述固体剪切增稠材料只能被动地对外界刺激做出响应，即其剪切增稠性能无法定向人为控制。基于上述缺点，其大规模生产应用也受到了相应的限制。

发明内容

本发明成功地将磁流变性能和剪切增稠性能结合起来，提供一种具有优异剪切增稠性能和磁流变性能的多功能复合材料的制备方案。本发明成功解决了磁流变材料的粒子沉降和低力学性能等问题，同时赋予了传统剪切增稠材料无法拥有的磁场可控性能，且磁场和剪切应变率的刺激可大大提高该多功能材料的力学性能。另外，由于该材料是柔软的固态物质，所以无需密封处理。该材料制备工艺简单，成本低廉，材料性能稳定、优良，可长期存储，适合于大规模生产，可广泛运用于阻尼器、振动控制、隔振器和磁动电阻器传感器等领域，也可以作为能量吸收和防护材料使用，且依赖于其智能可控性，其使用范围会得到更大扩展。

本发明的一个方面提供一种具有剪切变硬和磁流变性能的复合材料，所述复合材料包含硼硅氧烷基体、磁性粒子、固化剂、增塑剂的混合物经热处理得到的产物。

在本发明的一个实施方案中，热处理在50℃至200℃的温度，优选60℃至190℃的温度，再优选60℃至170℃的温度，再优选65℃至160℃的温度，最优选70℃至160℃的温度进行。

在本发明的一个实施方案中，所述硼硅氧烷基体是有机硅氧烷、硼化物和一种或多种添加剂的混合物经在100℃至480℃，优选110℃至450℃，再优选130℃至370℃，再优选160℃至330℃，最优选180℃至300℃的热处理的产物。