一种高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料及其制备方法

本发明属于磁流变智能材料，尤其涉及一种高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料及其制备方法。

背景技术：

1、磁流变智能材料是一种能够根据磁场强度来改变自身流变特性的快速响应型智能材料。其中，磁流变液作为最先被发明出来的磁流变智能材料，在施加外接磁场激励下，流体形态由液体切换为近似固态，材料的输出阻尼随磁场强度会产生可变可逆的变化。基于磁流变液的快速响应特性和良好的可控流变特性，磁流变液被广泛运用在阻尼器、制动器、离合器、液压阀和柔性夹具等器件中。

2、然而由于羰基铁粉与基载液之间密度不匹配而产生的沉降问题始终未能得到解决，造成磁流变液的进一步发展与应用受到限制。为了更好的满足实际工程需求，研究人员着眼于具有高沉降稳定性的磁流变智能材料的研制工作。目前，研究员们在磁流变液的基础上研制了磁流变脂和磁流变弹性体等新型磁流变智能材料。

3、磁流变弹性体是一种具有高沉降稳定性的磁流变材料，其载体为固化的弹性基体。然而由于载体自身的特性，磁流变弹性体在克服了沉降稳定性难题的同时，限制了羰基铁粉的自由运动，降低了材料的可流动性和磁流变效应的稳定性，无法满足高强度和高灵敏性的使用工况要求。磁流变脂兼顾了磁流变弹性体和磁流变液的优点，是一种由羰基铁粉、润滑脂和添加剂构成的半固体分散体系磁流体。润滑脂作为载体，其内部皂化纤维构成的三位网状骨架结构减缓了羰基铁粉沉降速度。

4、然而，现有的磁流变脂存在零场粘度与沉降稳定性之间的矛盾。即磁流变脂的高沉降稳定性往往伴随着高零场粘度，然而较高的零场粘度缩小了磁流变的粘度可调范围，限制了其在工程上的应用。

技术实现思路

1、为了克服磁流变脂存在的沉降稳定性和零场粘度之间的矛盾问题，本发明提出了一种高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料及其制备方法，实现了磁流变脂在保持低零场粘度的同时，仍能保证具有高沉降稳定性。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料，包括以下质量百分比的原料：羰基铁粉30-85％、金属皂基稠化剂10-53％，海泡石0.05-0.75％，石墨烯1.5-6％，二苯胺0.15-0.3％。

4、进一步地，所述金属皂基稠化剂为单一金属皂基、复合金属皂基或混合金属皂基。所述单一金属皂基为锂皂基、钙皂基或铝皂基；所述复合金属皂基为复合锂皂基、复合钙皂基或复合铝皂基；所述混合金属皂基为锂铝皂基、锂钙皂基或铝钙皂基。如氢氧化锂、氢氧化钙、异丙醇铝等。

5、进一步地，所述金属皂基稠化剂的制备方法为：将二甲基硅油与高分子酸混合，在70-95℃下搅拌15-30min，然后加入金属源，在70-95℃下皂化2-4h，得到金属皂基稠化剂。

6、更进一步地，所述高分子酸为12-羟基硬脂酸、癸二酸和苯甲酸中的一种或多种；所述金属源为锂、钙和铝中的一种或两种。

7、本发明还提供一种所述的高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料的制备方法，包括以下步骤：

8、将金属皂基稠化剂中加入二苯胺，在120-140℃下高温除水30min，然后加入羰基铁粉，在150-180℃下低温稠化45min，之后在180-220℃下高温稠化15min，待温度冷却至110-130℃后，加入石墨烯和海泡石，恒温搅拌，冷却至室温，得到海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料。

9、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

10、本发明在成分中加入了海泡石，海泡石助于增加混合磁流变脂内皂化纤维的稠度，填充羰基铁粉颗粒之间、皂化纤维之间、羰基铁粉与皂化纤维之间的空隙，进而避免羰基铁粉颗粒与颗粒之间形成团聚结构以降低羰基铁粉的悬浮性。同时，在微观层面，海泡石纤维与磁流变脂内皂化纤维形成三维网状结构，微米甚至纳米级别大小的羰基铁粉被嵌入网状结构中，或嵌入海泡石内部通道和孔洞中，或被海泡石纤维包覆。改性后的海泡石具有良好的亲油性，其本身也具有良好的分散性和悬浮性，进一步增强了网状结构对羰基铁粉的支撑悬浮作用。最终使得磁流变脂具有在低零场黏度下保持高沉降稳定性的特点。

11、本发明以二甲基硅油、高分子酸和金属源为原料制备皂化纤维网状基体金属皂基稠化剂，能够起到润滑和作为磁流变脂基体的作用。

12、石墨烯的添加有助于能够有助于磁流变脂内部的热传导，改善磁流变脂的热稀释特性。

技术特征：

1.一种高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料，其特征在于，包括以下质量百分比的原料：羰基铁粉30-85％、金属皂基稠化剂10-53％，海泡石0.05-0.75％，石墨烯1.5-6％，二苯胺0.15-0.3％。

2.根据权利要求1所述的高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料，其特征在于，所述金属皂基稠化剂为单一金属皂基、复合金属皂基或混合金属皂基。

3.根据权利要求2所述的高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料，其特征在于，所述单一金属皂基为锂皂基、钙皂基或铝皂基。

4.根据权利要求2所述的高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料，其特征在于，所述复合金属皂基为复合锂皂基、复合钙皂基或复合铝皂基。

5.根据权利要求2所述的高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料，其特征在于，所述混合金属皂基为锂铝皂基、锂钙皂基或铝钙皂基。

6.根据权利要求2所述的高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料，其特征在于，所述金属皂基稠化剂的制备方法为：将二甲基硅油与高分子酸混合，在70-95℃下搅拌15-30min，然后加入金属源，在70-95℃下皂化2-4h，得到金属皂基稠化剂。

7.根据权利要求6所述的高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料，其特征在于，所述高分子酸为12-羟基硬脂酸、癸二酸和苯甲酸的中的一种或多种；所述金属源为锂、钙和铝中的一种或两种。

8.一种如权利要求1-7任一项所述的高沉降稳定性的海泡石-金属皂混合基磁流变脂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种高沉降稳定性的海泡石‑金属皂混合基磁流变脂材料及其制备方法，属于磁流变智能材料技术领域。本发明以羰基铁粉、金属皂基稠化剂、海泡石、石墨烯和二苯胺为原料，实现了磁流变脂在保持低零场粘度的同时，仍能保证具有高沉降稳定性。

技术研发人员：李延成,李少琪
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23