技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料及智能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于改善磁流變液沉降穩(wěn)定性的懸浮粒子，即羰基鐵/PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)復(fù)合磁性顆粒的制備方法。

背景技術(shù)

磁流變液由Rabinow在20世紀(jì)40年代首先發(fā)現(xiàn)，是由磁性顆粒分散在礦物油或其它載液中組成的懸浮體系，該體系可發(fā)生由牛頓流體迅速轉(zhuǎn)化成類固體狀態(tài)的可逆變化，并伴隨其它物理化學(xué)特性的改變，表現(xiàn)為可控的流變性能?；诖帕髯円旱目煽貦C(jī)電耦合性能，可將其應(yīng)用于工程器件中實(shí)現(xiàn)對振動(dòng)的智能控制，已開發(fā)出實(shí)用器件如磁流變減振器，磁流變制動(dòng)閥，磁流變離合器，磁流變阻尼器，磁流變拋光器等，應(yīng)用前景非常廣闊。但是作為磁流變液彌散質(zhì)的磁性顆粒與彌散介質(zhì)之間存在著相當(dāng)大的密度差，使得彌散顆粒必然會(huì)在介質(zhì)中沉降，這勢必影響磁流變液器件的穩(wěn)定性和在工程中的大規(guī)模應(yīng)用。因此解決磁流變液的沉降穩(wěn)定性問題在實(shí)際應(yīng)用中扮演了非常重要的角色。

目前關(guān)于改善磁流變液沉降性能的報(bào)道中，所采用的方法主要包括兩大類：一類是在磁流變液中添加表面活性劑，觸變劑，抗氧化劑，抗磨添加劑等，如專利CN200610124727.6所報(bào)道的水基磁流變液的制備方法；另一類是制備復(fù)合粒子，如專利CN200410084318.9制備空心磁性聚苯乙烯復(fù)合微球，CN200510049380.9用天然多糖大分子作為包覆材料制備復(fù)合磁性粉體。然而這些方法使用的磁性顆粒大多粒徑很小，其磁流變效應(yīng)很低，無法適應(yīng)工程器件對力學(xué)性能的要求。而針對在一般實(shí)用磁流變液中普遍使用的微米級羰基鐵粉表面處理研究較少，因此基于羰基鐵粉表面修飾改性從而改善其沉降穩(wěn)定性的研究顯然非常迫切。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種簡單易行，存在大批量生產(chǎn)前景的羰基鐵/PMMA復(fù)合磁性顆?；帕髯円旱闹苽浞椒?，從根本上克服了磁性粒子在磁流變液載液中沉降穩(wěn)定性差，且易氧化變質(zhì)并板結(jié)的缺點(diǎn)，該法所提供的磁流變液具有良好的抗沉降穩(wěn)定性和磁流變性能。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

羰基鐵/PMMA復(fù)合磁性顆粒基磁流變液用羰基鐵/PMMA復(fù)合磁性顆粒的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)、蒸餾水通氮?dú)庖欢〞r(shí)間以除去其中溶解的氧氣；

(2)、羰基鐵粉用適量冰乙酸活化數(shù)分鐘除去表面的氧化層；

(3)、甲基丙烯酸甲酯用一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaOH溶液精制以除其中影響聚合反應(yīng)的雜質(zhì)；

(4)、將步驟(1)、(2)、(3)得到的甲基丙烯酸甲酯、羰基鐵粉、十二烷基磺酸鈉與蒸餾水按一定比例加入反應(yīng)容器中，保持反應(yīng)容器溫度在一定溫度范圍內(nèi)，在惰性保護(hù)氣氛下，邊攪拌邊將引發(fā)劑過硫酸銨緩慢滴加到反應(yīng)體系中引發(fā)反應(yīng)，并將蒸發(fā)的甲基丙烯酸甲酯冷凝回流至反應(yīng)體系中；

(5)、反應(yīng)持續(xù)數(shù)小時(shí)；

(6)、反應(yīng)產(chǎn)物用蒸餾水、乙醇洗滌數(shù)次，磁分離，真空干燥得羰基鐵/聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合磁性顆粒。

所述的羰基鐵/PMMA復(fù)合磁性顆?；帕髯円旱闹苽浞椒?，其特征在于所述的甲基丙烯酸甲酯(ml)、羰基鐵粉(g)、十二烷基磺酸鈉(g)、過硫酸銨(g)與蒸餾水(ml)的比例約為：

甲基丙烯酸甲酯???????????10-40

羰基鐵粉?????????????????10-200

十二烷基磺酸鈉???????????0.1-2.0

過硫酸銨?????????????????0.2-0.8

蒸餾水???????????????????200-500

所述的羰基鐵/PMMA復(fù)合磁性顆?；帕髯円旱闹苽浞椒ǎ磻?yīng)溫度在70—95℃范圍內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間大于7小時(shí)。

所述的羰基鐵/PMMA復(fù)合磁性顆?；帕髯円旱闹苽浞椒?，反應(yīng)所得的羰基鐵/PMMA復(fù)合磁性顆粒與礦物油按照一定體積分?jǐn)?shù)配制成羰基鐵/PMMA復(fù)合磁性顆粒基磁流變液。

本發(fā)明以化學(xué)穩(wěn)定性良好，毒性低微的高分子材料作為保護(hù)層包裹在羰基鐵粉表面上，形成聚合物表面復(fù)合顆粒。這種密度相對較小的顆粒可以在很大程度上改善彌散質(zhì)與溶劑的匹配性，從而提高磁流變液的沉降穩(wěn)定性，同時(shí)表面修飾層可以防止磁性顆粒的相互作用而導(dǎo)致的團(tuán)聚和板結(jié)。此外，復(fù)合粒子中的羰基鐵顆粒表面僅有高分子薄層，修飾對其磁流變液的力學(xué)性能影響較小。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

本發(fā)明羰基鐵/PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)復(fù)合磁性顆粒相對于純羰基鐵粉密度小，基于此復(fù)合粒子的磁流變液即使不加任何添加劑，仍可呈現(xiàn)極好的抗沉降性能和剪切應(yīng)力。

附圖說明

圖1為羰基鐵/PMMA復(fù)合磁性顆粒制備過程實(shí)驗(yàn)裝置圖；

圖中標(biāo)號：1分液漏斗，2導(dǎo)管，3三口燒瓶，4恒溫水浴鍋，5攪拌棒，6球形冷凝管。

圖2為純羰基鐵粉和羰基鐵/PMMA復(fù)合磁性顆粒SEM照片比較：

(a)、(b)為純羰基鐵粉SEM照片，放大倍數(shù)分別為10000，5000；

(c)、(d)為羰基鐵/PMMA復(fù)合磁性顆粒SEM照片，放大倍數(shù)分別為15000和3000倍。

圖3為磁流變液沉降性能圖：

(a)圖為沉降速率相對于時(shí)間關(guān)系圖，(a)圖右上角的插入圖為體積分?jǐn)?shù)3％的磁流變液沉降平衡狀態(tài)圖(為了更好觀察沉降性能，將體積分?jǐn)?shù)為30％的磁流變液原液稀釋10倍)；

(b)圖為體積分?jǐn)?shù)為30％的磁流變液原液沉降平衡狀態(tài)圖；

(c)圖為體積分?jǐn)?shù)3％的磁流變液沉降過程圖示。

圖4為磁流變液剪切應(yīng)力圖：

其中(a)圖為剪切應(yīng)力對剪切速率關(guān)系圖，(b)圖為剪切應(yīng)力對磁場強(qiáng)度關(guān)系圖，從(a)、(b)圖中可以看出，隨著磁場強(qiáng)度升高，剪切應(yīng)力增加，當(dāng)磁場強(qiáng)度為0.6T時(shí)，該磁流變液剪切應(yīng)力可達(dá)60KPa。