Диссертация (1150237), страница 5
Текст из файла (страница 5)
МРЖ отличаются от магнитныхжидкостей, устойчивость которых обеспечивается за счет броуновскогодвижения наноразмерных ферромагнитных или ферримагнитных частиц. Этидва типа жидкости имеют разные применения [69-71]. Конкретные областиприложения МРЖ включают системы активного демпфирования, опорыдвигателя, вспомогательных накладок на колени, тактильных дисплеев исистем оптических полировки [72-77].26Рис. 1.2. Принципиальная схема микроструктуры МРЖ до и послеприложения внешнего магнитного поля.[78]Наиболее известный механизм поведения МРЖ представляет собоймодельнамагниченностичастицнаосновемагнитныхдипольныхвзаимодействий между соседними частицами. Индуцируемый магнитнымполем магнитный момент (m) твердых частиц с радиусом a в линейнойобласти намагниченности может быть представлен следующим образом [77]:4m 0 cr a 3 H 0 ,3гдеμ0–магнитнаяпроницаемостьвакуума,μcr–относительнаяпроницаемость непрерывной фазы, β = (μpr – μcr)/(μpr + 2μcr) – факторконтрастности, μpr – магнитная проницаемость частиц, а Н0 – напряженностьмагнитного поля.
Магнитное взаимодействие между двумя частицами в этойобласти пропорционально H02. В области сильных полей, магнитный моментне зависит от напряженности магнитного поля. Ms – намагниченностьнасыщениячастиц,когдавзаимодействиенезависимым от приложенного поля.27междунимистановится4m 0 cr a 3 M s3Предел текучести, кажущаяся сдвиговая вязкость и модуль упругостиМРЖ тесно связанны с ее составом, магнитными свойствами, формой иразмером частиц, а также вязкостью масла-носителя [66, 79].
Хотя,парамагнитные, суперпарамагнитные и ферромагнитные материалы наоснове железа и оксидов железа (Fe3O4, γ-Fe2O3) также пригодны в качестведисперсных частиц в МРЖ, частицы карбонильного железа являютсянаиболее широко применяемыми благодаря своим высоким магнитнымсвойствам. С другой стороны, эти частицы имеют гораздо большуюплотность, чем жидкость-носитель, в результате их суспензии имеют плохуюседиментационную устойчивость.
Основные идеи для решения этойпроблемы можно разделить на два направления: уменьшение разностиплотностей частиц и несущей жидкости посредством модификации частиц, атакже повышение устойчивости частиц к оседанию и предотвращение ихконтактов друг с другом. Типичные методы включают в себя нанесениепокрытий на магнитные частицы [80-84] и внедрения в их поверхностныйслой молекулярных или корпускулярных добавок: олеиновая кислота [85],лецитин[86]илитакихпроизводящихсянаноструктурированныхматериалов, как диоксид кремния [87], органоглины [88] и углеродныенанотрубки(УНТ)[89,90].Полимерныематериалы,например,полиметилметакрилат (ПMMA) [91, 92] и полистирол (PS) были примененыдля инкапсулирования магнитных частиц, что привело к значительномуснижению плотности частиц и их отличной устойчивости химическомуокислению (рис 1.3.).28Рис.
1.3. Схематическое изображение процесса получения полимерногопокрытия на частицах КЖ. [78]Сначала в целях повышения совместимости между частицами КЖ иметилметакрилатом на частицы КЖ прививали молекулы органическихмономеров таких, как акриловая или метакриловая кислоты [91]. Затемчастицы КЖ диспергировали в метаноле, содержащем стабилизаторы,например, поливинилпирролидон, с последующим добавлением мономераметилметакрилата и радикального инициатора 2,2-азобисизобутиронитрила.При добавлении инициатора и нагревании реакционной системы мономерполимеризуется на поверхности КЖ, образуя слой полимера. Оболочка изсшитого ПММА была создана путем добавления в реакционную системусшивающего агента, этиленгликоль диметакрилата [93].
При нанесениипокрытия из полистирола (PS) не происходило образования равномерногоPS-слоя, но на поверхности частиц КЖ формировались наносферы PS.Покрытия из проводящего полимера полианилина (ПАН) широкоприменяются в области электрореологических материалов, они также былиприменены в области МРЖ. В отличие от вышеупомянутых полимеров(ПMMA, PS), которые чувствительны к скорости перемешивания в процессеполимеризации, ПАН воспроизводимо образует оболочку на исходныхчастицах при проведении окислительной полимеризации in situ [94]. Далеепредложено нанесение на слой ПАН многослойных углеродных нанотрубок(МУНТ) методом отливки из раствора для замедления седиментации частицпри диспергировании в среде силиконового масла. Результаты показали, что29осаждениедисперсныхчастицзначительнозамедлилосьблагодаряпониженной плотности и шероховатой структуре поверхности частиц [95].Пленка фторполимера была нанесена на микрочастицы КЖ путемплазмохимического осаждения октафторциклобутана из паровой фазы.Химические изменения состава поверхности после плазменной модификациибылиопределены с использованием рентгеновской фотоэлектроннойспектроскопии высокого разрешения [96].
Результаты показали успешноефторирование частиц КЖ с максимальным содержания фтора в ихповерхностномслоегидрофобизациюдочастиц,6.5%.Пленкаулучшаетихфторполимераобеспечиваеткоррозионнуюстойкостьифрикционные свойства, в результате чего возможно их использование вМРЖ. Авторы полагают, что МРЖ на основе таких частиц проявляютповышенную седиментационную стабильность благодаря взаимодействиюатомов фтора на поверхности частиц с метильными группами силиконовогомасла [97].Отливканаполненныхполимерныхпленокизрастворовспоследующим испарением растворителя – самый простой способ полученияобычных полимерных композитов.
Этот метод применим и для нанесенияполимерных покрытий на магнитные частицы. Его часто используют дляполучения нанокомпозитов полимер/глина или других интеркалированныхнанокомпозитов путем диспергирования слоистых наночастиц и полимеров внизкомолекулярных органических растворителях таких, как хлороформ итолуол. Для получения композиционных частиц, содержащих КЖ частицы,их сначала диспергируют в органическом растворе полимера и приинтенсивном перемешивании переносят в нерастворитель – водный раствор,содержащий стабилизатор и эмульгатор.
В результате формируются каплираствора полимера, стабилизированные ПАВ и содержащие КЖ частицы. Вотличие от частиц ядро-оболочка с покрытием, получаемые после испарениярастворителя частицы намного больше (10÷50 мкм), чем исходные частицыКЖ[98].Крометого,плотность30магнитныхкомпозитныхчастиц,полученных этим методом, значительно ниже, чем у частиц ядро-оболочка всвязи с большим количеством включенного полимера.В работе [99] ультратонкие покрытия из полидиметилсилоксана(ПДМС) со средней толщиной 1 нм наносили на частицы КЖ с помощьюпростого процесса термического испарения. Полученные частицы, покрытыетонким слоем ПДМС, обладали большей термической стойкостью кокислению, чем исходные.
МРЖ на основе таких частиц показали лучшуюстабильность дисперсии в немагнитной жидкости-носителе.МРЖ, изготовленные из полимерных композиционных магнитныхчастиц, получают диспергированием частиц в масле путем встряхиванияи/или обработки ультразвуком. Для измерения магнитореологическиххарактеристик образцов их помещают в зазор между вращающимисякоаксиальнымицилиндрамилибопроводятчастотныйтествконтролируемом и стабильном магнитном поле.При испытаниях, проводимых в режиме контролируемой скоростисдвига, кривые течения МРЖ демонстрируют увеличение напряжения сдвига(τ) и вязкость (η) с ростом скорости сдвига.
МРЖ ведет себя без магнитногополя как ньютоновская (течение и вязкость не зависят от скорости сдвига). Вмагнитном поле МРЖ превращается в Бингамовское твердое тело (τ = τ0 +ηγ). Кроме того, предел текучести и вязкости этих жидкостей тесно связаны снапряженностью магнитного поля (рис. 1.4).Зависимость напряжения сдвига от магнитного поля для двух МРЖпоказывает, что напряжение сдвига увеличивается постепенно с увеличениемнапряженности магнитного поля, когда цепи частиц становятся болеепрочными.Крометого,напряжениясдвигавслучаеполимерныхкомпозитных частиц были ниже, чем для чистых КЖ частиц, в связи свключением немагнитного полимерного компонента. На рисунке 1.4б дляМРЖ как на основе чистых КЖ, так и для композитных частиц КЖ/PSпредставлено типичное поведение с практическим постоянством напряжениясдвига во всем диапазоне скоростей сдвига (0.01-500 1/с) [98].31Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
