PDF《新型磁流变胶的流变性能》

1 2 ・ 第32 卷第7期2008 年7月机械工程材料Materials for Mechanical Engineering Vol.

32 No.

7 J ul.

2008 1 试样制备与试验方法 1.

1 试样制备 试验用磁性颗粒为德国 BASF 公司的平均粒 径为 3. 5μm 的羰基铁粉 ,铁粉的质量分数为

80 %;

明胶(化学纯) 和丙三醇(分析纯) 均为市售. 将5mL 水和

15 mL 的丙三醇混合均匀 ,再加 入0.

5 g 明胶 ,将混合液加热至

80 ℃ 左右 ,同时不 停搅拌直至明胶完全溶解 ,得到淡黄色溶胶溶液 ;

在 溶胶凝结前将 95.

6 g 羰基铁粉分批加入 ,机械搅拌 至均匀 ,然后放入

0 ℃ 的冷藏室中冻成凝胶. 1.

2 试验方法 用配备了磁流变附件 PS2DC2MR/ 5A 及PP20 测 量头的 Physica MCR

301 型流变仪测试磁流变胶的 流变性能 ,测试原理见图

1 ,试验在

25 ℃ 下进行.将 试样置于半径为

10 mm 的两片平行圆盘中 ,间距为

1 mm ,上盘片为动片(非导磁材料) ,可以对试样施加各 种载荷 ,通过传感器测量动盘片受到的扭矩和角位移 信息 ,分析得到相应试样的应力、 应变等信息 ;

磁场垂 直通过试样 ,对其在稳态剪切和动态剪切下的流变性 能测试按如下方案进行 : (1) 固定剪切率γ=

10 s-

1 , 外加磁场强度 H 从0增加到 102.

8 kA ・m-

1 ,测试 剪切应力τ与H之间的关系 ;

(2) 分别将磁场强度 H 固定在

0 ,26.

7 和57.

1 kA ・ m-

1 ,剪切率γ在1~100 s-

1 变化 ,测试不同 H 下剪切应力τ与剪切率γ之间 的关系 ;

(3) 分别将磁场强度 H 稳定在 1.

72 ,57.

1 , 102.

8 ,142.

8 kA ・ m-

1 ,固定角频率ω为10 s-

1 ,应变 值γ

0 从0.

01 %~2 %连续变化 ,测试储能模量 G ′ 与应 变幅值γ

0 的关系 ,确定不同磁场下线性粘弹性区域 临界应变值γ L .在固定角频率ω和H条件下作应变 扫描 ,观察 G ′ 的变化 ,当G′出现明显变化时 ,说明材 料已经进入非线性区 ,此时的应变值即为线性粘弹性 区域临界应变γ L ;

(4) 将应变值γ

0 稳定为 0.

01 % ,固 定角频率ω为10 s-

1 ,磁场强度在 0~102.

8 kA ・ m-

1 变化 ,测试储能模量G ′ 、 损耗模量 G ″ 和损耗因子 图1流变仪测试原理示意 Fig.

1 Principle of the magnetorheological test device tanδ与H的关系.为了保证试验在不破坏试样本身 结构的条件下进行 ,采用在小应变下(应变值γ

0 ≤ γ L ) 的磁场扫描模式来测量.

2 试验结果与分析 2.

1 磁流变胶稳态剪切流变性能 由图

2 可见 ,当外加磁场为零时 ,剪切应力为 0.

9 kPa ;

随着外加磁场的增加 ,剪切应力快速增大 ;

但当 H 达到

30 kA ・m-

1 以后 ,剪切应力虽然随着 外加磁场的增加也增大 ,但是增大速率已经明显变 缓 ;

在 H 为102.

8 kA ・m-

1 时剪切应力可达到 87.

6 kPa.此时磁流变胶内部已经形成稳定的链柱结构. 由图

3 可见 ,在零磁场下剪切应力随着剪切率 的增大从 119.

5 Pa 增大到

5 164 Pa ,与剪切率成近 似对数线性关系.随着外加磁场的增大 ,磁性颗粒 在胶体中形成链柱结构的速度加快 ,形成的结构更 加稳定 ,所以在磁场强度为 26.

7 kA ・m-

1 和57.

1 kA ・m-

1 时剪切应力基本不随着剪切率的增大而 变化 ,说明材料在较高磁场下剪切应力对剪切率的 依赖性不大 ,在实际应用中可提供稳定的剪切应力. 图2在剪切率为