一種復配電流變液及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明一種復配電流變液，其特征在于，所述復配電流變液由至少一種原位合成的電流變液與至少一種常規(guī)制備的固體微?；旌虾笾瞥?，所述常規(guī)制備的固體微粒與原位合成的電流變液中的至少一種微粒相同。原位合成的電流變液避免了微粒的團聚，分散性好，沉降穩(wěn)定性好，但存在制備濃度偏低的問題，導致阻尼力偏低。在原位合成的電流變液中添加常規(guī)制備的同種固體微粒，提高其濃度，均勻混合后得到復配電流變液，該復配電流變液的阻尼力得到了有效增大，能應用于實際應用中。
【專利說明】一種復配電流變液及其制備方法

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電流變液材料領域，具體涉及一種由原位合成的巨電流變液與常規(guī)方法制備的電流變液復配的電流變液，本發(fā)明還涉及該電流變液的制備方法。

【背景技術】
[0002]電流變液(Electrorheological Fluids簡稱ERF)是一種重要的智能材料,通常是由高介電常數(shù)、低電導率的固體顆粒分散于低介電常數(shù)的絕緣油中而形成的懸浮體系。它具有受控變化的品質(zhì)，其屈服應力、彈性模量隨外加電場的變化而變化。
[0003]其中巨電流變液是由可極化微粒分散于基液中形成的一種懸浮液，當對其施加電場時，其粘度、剪切強度瞬間變化，大小連續(xù)可調(diào)，甚至達到幾個數(shù)量級，由低粘度流體轉(zhuǎn)換到高粘度流體，直至固體。當電場撤去以后，它又可以在毫秒時間內(nèi)恢復到流體狀態(tài)，這種介于液體和固體的屬性間發(fā)生可控、可逆、連續(xù)的轉(zhuǎn)變，可以通過電場實現(xiàn)力矩的可控傳遞和機構的在線無級、可逆控制，因而能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電-機械轉(zhuǎn)換元器件，在機電一體化的自適應控制機構工業(yè)領域有著廣泛的應用前景。特別在國防建設、交通工具、液壓設備、機械制造業(yè)、傳感器技術等領域具有更為廣闊的應用基礎和應用需求。
[0004]但目前電流變液的實際應用還較少。其根本原因在于，目前幾乎所有的巨電流變液材料的剪切強度較低，穩(wěn)定性差，巨電流變液的動態(tài)性能研究罕有報道，巨電流變液機理尚不清楚，巨電流變液在滿足工況條件下的力學特性還不清楚，控制方法亟待完善，且無法同時滿足高力學性能尤其是動態(tài)力學性能、良好溫度和懸浮穩(wěn)定性的實際應用要求。
[0005]同時由于電流變液的制備方法通常是先制備微粒，再將微粒加入到基液中，由于微粒與基液之間的密度差較大，電流變液的穩(wěn)定性是電流變液發(fā)展的關鍵技術，同時其好壞直接影響其使用。同時，此法不能制備易氧化且粒徑很小的納米微粒；其次，制備出的納米微粒表面很快會鈍化，表面活性下降，影響到和分散劑之間的相互作用，不利于穩(wěn)定懸浮。
[0006]如公布號為CN 103224831 A的中國發(fā)明專利申請《一種電流變液及其制備方法》中公開了一種包覆型的鐵基納米復合顆粒與二甲基硅油配制成的電流變液，該技術先合成鐵基納米離子，并對其進行了包覆形成復合顆粒，在一定程度上提高了納米粒子的穩(wěn)定性，但鐵基納米離子在制備過程中難免發(fā)生鈍化，影響產(chǎn)品的效果，且制備過程較復雜，工藝條件苛刻，給大規(guī)模應用帶來了一定的困難。
[0007]近年來發(fā)展的原位合成技術在一定程度上解決了上述問題，它是在基液中直接合成，避免了微粒的團聚，分散性好，穩(wěn)定性好，故其沉降穩(wěn)定性好，基本就不會沉降。但又存在其制備濃度偏低，阻尼力低的問題，距實際應用的距離較大。
[0008]因此，急需一種穩(wěn)定性好又能使其濃度足夠大到滿足實際需求，本發(fā)明正是利用在溶液中原位合成表面修飾納米微粒的方法制備電流變液的方法加上與原來常規(guī)制備方法一起，即可滿足其具有高的穩(wěn)定性，又能滿足高的剪切強度，使其阻尼力達到需求。它既具有高的穩(wěn)定性，又能滿足高的剪切強度，使其阻尼力達到需求，而且濃度可隨阻尼力的大小，連續(xù)調(diào)節(jié)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供了一種復配電流變液，具有高的穩(wěn)定性，又能滿足高的剪切強度，同時本發(fā)明還提供了該復配電流變液的制備方法。
[0010]本發(fā)明通過下述技術方案得以解決:一種復配電流變液，其特征在于，所述復配電流變液由至少一種原位合成的電流變液與至少一種常規(guī)制備的固體微?；旌虾笾瞥桑龀Ｒ?guī)制備的固體微粒與原位合成的電流變液中的微粒構成相同。
[0011]原位合成的電流變液避免了微粒的團聚，分散性好，沉降穩(wěn)定性好，但存在制備濃度偏低的問題，導致阻尼力偏低。在原位合成的電流變液中添加常規(guī)制備的同種固體微粒，提高其濃度，均勻混合后得到復配電流變液，該復配電流變液的阻尼力得到了有效增大，能應用于實際應用中。
[0012]作為優(yōu)選，所述原位合成的電流變液為在硅油基的復合基液中直接合成的電流變液，所述電流變液中具有以納米鈦氧微粒為核心的鈦氧基微粒。且進一步的，所述鈦氧基微粒為外層經(jīng)過包覆，或極性分子修飾，或稀土摻雜改性的鈦氧基微粒。
[0013]作為優(yōu)選，所述原位合成的電流變液所用的復合基液為氧化石蠟、氟化硅油的復配液，或氧化石蠟、氟化硅油、二甲基硅油的復配液。進一步的，復合基液為體積分數(shù)30%氧化石蠟與70%氟化硅油的復配液，或體積分數(shù)30%氧化石蠟、30%氟化硅油、40% 二甲基硅油的復配液，或體積分數(shù)30%氧化石蠟、20%氟化硅油、50% 二甲基硅油的復配液。
[0014]合適的復合基液的組分配比能保證其中的納米微粒的形貌規(guī)則，微粒分散性好。
[0015]作為優(yōu)選，所述原位合成的電流變液中鈦氧基微粒的質(zhì)量分數(shù)為20%。
[0016]作為優(yōu)選，所述復配電流變液還包括表面活性劑，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉與烷基酚聚氧乙烯醚混合制備的復合表面活性劑。
[0017]加入表面活性劑來復配電流變液防止微粒團聚，提高電流變液的性能和穩(wěn)定性。
[0018]一種復配電流變液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)原位合成鈦氧基電流變液；(2)常規(guī)方法制備與原位合成的電流變液中的微粒相同的固體微粒；(3)將原位合成的電流變液與常規(guī)方法制備的固體微?；旌稀?br> [0019]作為優(yōu)選，所述原位合成的鈦氧基電流變液所用的復合基液為氧化石蠟、氟化硅油的復配液，或氧化石蠟、氟化硅油、二甲基硅油的復配液。
[0020]作為優(yōu)選，所述復配電流變液中，原位合成鈦氧基微粒與常規(guī)方法制備的鈦氧基微粒的重量比為1:0.2~1:1。
[0021]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明的復配電流變液分散性好，克服了原有電流變液分散性差的弊端；部分采用原位合成的方法，簡化了工藝，同時避免了雜質(zhì)的混入，影響產(chǎn)品性能；同時，通過對原位合成工藝條件的調(diào)整，可以實現(xiàn)微粒大小、濃度的調(diào)控；且本發(fā)明的復配電流變液易于保存。

【具體實施方式】
[0022]下面結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述:實施例1:原位合成鈦氧基電流變液，步驟如下:(I)配置復合活性基液，按體積分數(shù)計該復合活性基液中包括30%氧化石蠟、70%氟化硅油；(2)添加表面活性劑，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)與烷基酚聚氧乙烯醚(TXlO)按體積比1:1混合形成的復合表面活性劑，將該復合表面活性劑按體積比為0.01%添加到步驟(1)中的復合活性基液，進行混合，超聲處理后得到溶液A ; (3)將步驟(2)所得溶液A加入反應釜中，再將質(zhì)量比10%的羰基鎳、鈦酸四丁酯、Tween-80、環(huán)己烷、正丁醇混合溶液注入上述反應釜中，加熱至120°C，反應時間40分鐘得到溶液B ;
(4)向溶液B中注入氨水，攪拌均勻后，在交變電場(0.5飛kV)、溫度場(2(Tl50°C)相結合的條件下反應得到所述的鈦氧基電流變液。
[0023]常規(guī)合成鈦氧基微粒，步驟如下:(I)取15g的鈦酸四丁酯溶解在45g無水乙醇中，用磁力攪拌器攪拌15分鐘后超聲分散10分鐘，繼續(xù)攪拌30分鐘；得到溶液C ;(2)然后量取1g的丙三醇溶解在30g的無水乙醇中，用磁力攪拌器攪拌15分鐘后超聲分散10分鐘，繼續(xù)攪拌30分鐘；得到溶液D ; (3)將D溶液倒入C溶液中，持續(xù)攪拌8至反應完全，停止攪拌，常溫陳化12 h，加入一定量的乙醇洗滌，抽濾，洗滌2-3次；將抽濾得到的顆粒放置在40°C的烘箱中，空氣環(huán)境下干燥72 h ; (4)用研缽將干燥后的濾餅研磨成粉，將研磨好的粉末在40°C烘箱中繼續(xù)干燥24h，得到常規(guī)合成的鈦氧基微粒。
[0024]將上述原位合成鈦氧基電流變液(濃度為20%)與常規(guī)合成的鈦氧基微粒按鈦氧基微粒質(zhì)量比為4:3混合，得到復配電流變液，該復配電流變液穩(wěn)定45天后，沉降穩(wěn)定性大于99.9%，基本無沉降，其剪切強度為168kPa。
[0025]實施例2:
原位合成鈦氧基電流變液，步驟如下:
(O配置復合活性基液，按體積分數(shù)計該復合活性基液中包括30%氧化石蠟、30%氟化硅油、40% 二甲基硅油；
(2)添加表面活性劑，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)與烷基酚聚氧乙烯醚(TXlO)按體積比1:1混合形成的復合表面活性劑，將該復合表面活性劑按體積比為0.3%添加到步驟(1)中的復合活性基液，進行混合，超聲處理后得到溶液A ; (3)將步驟(2)所得溶液A加入反應釜中，再將質(zhì)量比20%的羰基鎳、鈦酸四丁酯、Tween-80、環(huán)己烷、正丁醇混合溶液注入上述反應釜中，加熱至120°C，反應時間80分鐘得到溶液B ; (4)向溶液B中注入氨水，攪拌均勻后，在交變電場(0.5飛kV)、溫度場(2(T150°C)相結合的條件下反應得到所述的鈦氧基電流變液。
[0026]常規(guī)合成鈦氧基微粒，步驟如下:(I)取15g的鈦酸四丁酯溶解在45g無水乙醇中，用磁力攪拌器攪拌15分鐘后超聲分散10分鐘，繼續(xù)攪拌30分鐘；得到溶液C ;(2)然后量取1g的丙三醇溶解在30g的無水乙醇中，用磁力攪拌器攪拌15分鐘后超聲分散10分鐘，繼續(xù)攪拌30分鐘；得到溶液D ; (3)將D溶液倒入C溶液中，持續(xù)攪拌10至反應完全，停止攪拌，常溫陳化15 h，加入一定量的乙醇洗滌，抽濾，洗滌2-3次；將抽濾得到的顆粒放置在60°C的烘箱中，空氣環(huán)境下干燥48 h ; (4)用研缽將干燥后的濾餅研磨成粉，將研磨好的粉末在60°C烘箱中繼續(xù)干燥24h，得到常規(guī)合成的鈦氧基微粒。
[0027]將上述原位合成鈦氧基電流變液(濃度為20%)與常規(guī)合成的鈦氧基微粒按鈦氧基微粒質(zhì)量比為1:1混合，再加入5%尿素修飾鈦氧微粒，得到復配電流變液，該復配電流變液穩(wěn)定45天后，沉降穩(wěn)定性大于99.8%，基本無沉降，其剪切強度為188kPa。
[0028] 實施例3:原位合成鈦氧基電流變液，步驟如下:(1)配置復合活性基液，按體積分數(shù)計該復合活性基液中包括30%氧化石蠟、20%氟化硅油、50% 二甲基硅油；(2)添加表面活性劑，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)與烷基酚聚氧乙烯醚(TXlO)按體積比1:1混合形成的復合表面活性劑，將該復合表面活性劑按體積比為0.5%添加到步驟(1)中的復合活性基液，進行混合，超聲處理后得到溶液A ; (3)將步驟(2)所得溶液A加入反應釜中，再將質(zhì)量比30%的羰基鎳、鈦酸四丁酯、Tween-80、環(huán)己烷、正丁醇混合溶液注入上述反應釜中，加熱至120°C，反應時間100分鐘得到溶液B ; (4)向溶液B中注入氨水，攪拌均勻后，在交變電場(0.5飛kV)、溫度場(2(T150°C)相結合的條件下反應得到所述的鈦氧基電流變液。
[0029]常規(guī)合成鈦氧基微粒，步驟如下:(I)將9ml水、9g尿素、5g硝酸鈣、40ml無水乙醇混合，超聲振蕩后得到混合液C ; (2)將300ml無水乙醇和30g鈦酸四丁酯混合均勻，并添加少量冰乙酸和硝酸后得到混合液D ; (3)將混合液D在強力攪拌的條件下緩慢滴入到混合液C中；靜置后得到白色凝膠，將得到的凝膠干燥，干燥后多次醇洗水洗，再次干燥后研磨得到白色粉末即常規(guī)合成的鈦氧基微粒。
[0030] 將上述原位合成鈦氧基電流變液(濃度為20%)與常規(guī)合成的鈦氧基微粒按鈦氧基微粒質(zhì)量比為1:0.2混合，再加入10%丙三醇修飾鈦氧微粒，得到復配電流變液，該復配電流變液穩(wěn)定45天后，沉降穩(wěn)定性大于99.8%，基本無沉降，其剪切強度為208kPa。
【權利要求】
1.一種復配電流變液，其特征在于，所述復配電流變液由至少一種原位合成的電流變液與至少一種常規(guī)制備的固體微粒混合后制成，所述常規(guī)制備的固體微粒與原位合成的電流變液中的微粒構成相同。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種復配電流變液，其特征在于，所述原位合成的電流變液為在硅油基的復合基液中直接合成的電流變液，所述電流變液中具有以納米鈦氧微粒為核心的鈦氧基微粒。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種復配電流變液，其特征在于，所述原位合成的電流變液所用的復合基液為氧化石蠟、氟化硅油的復配液，或氧化石蠟、氟化硅油、二甲基硅油的復配液。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種復配電流變液，其特征在于，所述原位合成的電流變液所用的復合基液為體積分數(shù)30%氧化石蠟與70%氟化硅油的復配液，或體積分數(shù)30%氧化石蠟、30%氟化硅油、40% 二甲基硅油的復配液，或體積分數(shù)30%氧化石蠟、20%氟化硅油、50%二甲基硅油的復配液。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種復配電流變液，其特征在于，所述原位合成的電流變液中鈦氧基微粒的質(zhì)量分數(shù)為20%。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種復配電流變液，其特征在于，所述復配電流變液還包括表面活性劑，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉與烷基酚聚氧乙烯醚混合制備的復合表面活性劑。
7.一種復配電流變液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:(I)原位合成鈦氧基電流變液；(2)常規(guī)方法制備與原位合成的電流變液中的微粒相同的固體微粒；(3)將原位合成的電流變液與常規(guī)方法制備的固體微?；旌?。
8.根據(jù)權利要求7所述的一種復配電流變液的制備方法，其特征在于，所述原位合成的鈦氧基電流變液所用的復合基液為氧化石蠟、氟化硅油的復配液，或氧化石蠟、氟化硅油、二甲基硅油的復配液。
9.根據(jù)權利要求8所述 的一種復配電流變液的制備方法，其特征在于，所述復配電流變液中，原位合成鈦氧基微粒與常規(guī)方法制備的鈦氧基微粒的重量比為1:0.2~1:1。
【文檔編號】C10M177/00GK104130838SQ201410316193
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月4日 優(yōu)先權日:2014年7月4日
【發(fā)明者】譚鎖奎, 郭紅燕, 趙紅, 任政, 董旭峰, 張廣明, 紀松 申請人:中國兵器科學研究院寧波分院