一种复配电流变液及其制备方法

一种复配电流变液及其制备方法
【专利摘要】本发明一种复配电流变液，其特征在于，所述复配电流变液由至少一种原位合成的电流变液与至少一种常规制备的固体微粒混合后制成，所述常规制备的固体微粒与原位合成的电流变液中的至少一种微粒相同。原位合成的电流变液避免了微粒的团聚，分散性好，沉降稳定性好，但存在制备浓度偏低的问题，导致阻尼力偏低。在原位合成的电流变液中添加常规制备的同种固体微粒，提高其浓度，均匀混合后得到复配电流变液，该复配电流变液的阻尼力得到了有效增大，能应用于实际应用中。
【专利说明】一种复配电流变液及其制备方法

【技术领域】
[0001 ] 本发明属于电流变液材料领域，具体涉及一种由原位合成的巨电流变液与常规方法制备的电流变液复配的电流变液，本发明还涉及该电流变液的制备方法。

【背景技术】
[0002]电流变液(Electrorheological Fluids简称ERF)是一种重要的智能材料,通常是由高介电常数、低电导率的固体颗粒分散于低介电常数的绝缘油中而形成的悬浮体系。它具有受控变化的品质，其屈服应力、弹性模量随外加电场的变化而变化。
[0003]其中巨电流变液是由可极化微粒分散于基液中形成的一种悬浮液，当对其施加电场时，其粘度、剪切强度瞬间变化，大小连续可调，甚至达到几个数量级，由低粘度流体转换到高粘度流体，直至固体。当电场撤去以后，它又可以在毫秒时间内恢复到流体状态，这种介于液体和固体的属性间发生可控、可逆、连续的转变，可以通过电场实现力矩的可控传递和机构的在线无级、可逆控制，因而能代替传统的电-机械转换元器件，在机电一体化的自适应控制机构工业领域有着广泛的应用前景。特别在国防建设、交通工具、液压设备、机械制造业、传感器技术等领域具有更为广阔的应用基础和应用需求。
[0004]但目前电流变液的实际应用还较少。其根本原因在于，目前几乎所有的巨电流变液材料的剪切强度较低，稳定性差，巨电流变液的动态性能研究罕有报道，巨电流变液机理尚不清楚，巨电流变液在满足工况条件下的力学特性还不清楚，控制方法亟待完善，且无法同时满足高力学性能尤其是动态力学性能、良好温度和悬浮稳定性的实际应用要求。
[0005]同时由于电流变液的制备方法通常是先制备微粒，再将微粒加入到基液中，由于微粒与基液之间的密度差较大，电流变液的稳定性是电流变液发展的关键技术，同时其好坏直接影响其使用。同时，此法不能制备易氧化且粒径很小的纳米微粒；其次，制备出的纳米微粒表面很快会钝化，表面活性下降，影响到和分散剂之间的相互作用，不利于稳定悬浮。
[0006]如公布号为CN 103224831 A的中国发明专利申请《一种电流变液及其制备方法》中公开了一种包覆型的铁基纳米复合颗粒与二甲基硅油配制成的电流变液，该技术先合成铁基纳米离子，并对其进行了包覆形成复合颗粒，在一定程度上提高了纳米粒子的稳定性，但铁基纳米离子在制备过程中难免发生钝化，影响产品的效果，且制备过程较复杂，工艺条件苛刻，给大规模应用带来了一定的困难。
[0007]近年来发展的原位合成技术在一定程度上解决了上述问题，它是在基液中直接合成，避免了微粒的团聚，分散性好，稳定性好，故其沉降稳定性好，基本就不会沉降。但又存在其制备浓度偏低，阻尼力低的问题，距实际应用的距离较大。
[0008]因此，急需一种稳定性好又能使其浓度足够大到满足实际需求，本发明正是利用在溶液中原位合成表面修饰纳米微粒的方法制备电流变液的方法加上与原来常规制备方法一起，即可满足其具有高的稳定性，又能满足高的剪切强度，使其阻尼力达到需求。它既具有高的稳定性，又能满足高的剪切强度，使其阻尼力达到需求，而且浓度可随阻尼力的大小，连续调节。


【发明内容】

[0009]针对现有技术中的不足，本发明提供了一种复配电流变液，具有高的稳定性，又能满足高的剪切强度，同时本发明还提供了该复配电流变液的制备方法。
[0010]本发明通过下述技术方案得以解决:一种复配电流变液，其特征在于，所述复配电流变液由至少一种原位合成的电流变液与至少一种常规制备的固体微粒混合后制成，所述常规制备的固体微粒与原位合成的电流变液中的微粒构成相同。
[0011]原位合成的电流变液避免了微粒的团聚，分散性好，沉降稳定性好，但存在制备浓度偏低的问题，导致阻尼力偏低。在原位合成的电流变液中添加常规制备的同种固体微粒，提高其浓度，均匀混合后得到复配电流变液，该复配电流变液的阻尼力得到了有效增大，能应用于实际应用中。
[0012]作为优选，所述原位合成的电流变液为在硅油基的复合基液中直接合成的电流变液，所述电流变液中具有以纳米钛氧微粒为核心的钛氧基微粒。且进一步的，所述钛氧基微粒为外层经过包覆，或极性分子修饰，或稀土掺杂改性的钛氧基微粒。
[0013]作为优选，所述原位合成的电流变液所用的复合基液为氧化石蜡、氟化硅油的复配液，或氧化石蜡、氟化硅油、二甲基硅油的复配液。进一步的，复合基液为体积分数30%氧化石蜡与70%氟化硅油的复配液，或体积分数30%氧化石蜡、30%氟化硅油、40% 二甲基硅油的复配液，或体积分数30%氧化石蜡、20%氟化硅油、50% 二甲基硅油的复配液。
[0014]合适的复合基液的组分配比能保证其中的纳米微粒的形貌规则，微粒分散性好。
[0015]作为优选，所述原位合成的电流变液中钛氧基微粒的质量分数为20%。
[0016]作为优选，所述复配电流变液还包括表面活性剂，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠与烷基酚聚氧乙烯醚混合制备的复合表面活性剂。
[0017]加入表面活性剂来复配电流变液防止微粒团聚，提高电流变液的性能和稳定性。
[0018]一种复配电流变液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)原位合成钛氧基电流变液；(2)常规方法制备与原位合成的电流变液中的微粒相同的固体微粒；(3)将原位合成的电流变液与常规方法制备的固体微粒混合。
[0019]作为优选，所述原位合成的钛氧基电流变液所用的复合基液为氧化石蜡、氟化硅油的复配液，或氧化石蜡、氟化硅油、二甲基硅油的复配液。
[0020]作为优选，所述复配电流变液中，原位合成钛氧基微粒与常规方法制备的钛氧基微粒的重量比为1:0.2~1:1。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:本发明的复配电流变液分散性好，克服了原有电流变液分散性差的弊端；部分采用原位合成的方法，简化了工艺，同时避免了杂质的混入，影响产品性能；同时，通过对原位合成工艺条件的调整，可以实现微粒大小、浓度的调控；且本发明的复配电流变液易于保存。

【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本发明作进一步详细描述:实施例1:原位合成钛氧基电流变液，步骤如下:(I)配置复合活性基液，按体积分数计该复合活性基液中包括30%氧化石蜡、70%氟化硅油；(2)添加表面活性剂，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与烷基酚聚氧乙烯醚(TXlO)按体积比1:1混合形成的复合表面活性剂，将该复合表面活性剂按体积比为0.01%添加到步骤(1)中的复合活性基液，进行混合，超声处理后得到溶液A ; (3)将步骤(2)所得溶液A加入反应釜中，再将质量比10%的羰基镍、钛酸四丁酯、Tween-80、环己烷、正丁醇混合溶液注入上述反应釜中，加热至120°C，反应时间40分钟得到溶液B ;
(4)向溶液B中注入氨水，搅拌均匀后，在交变电场(0.5飞kV)、温度场(2(Tl50°C)相结合的条件下反应得到所述的钛氧基电流变液。
[0023]常规合成钛氧基微粒，步骤如下:(I)取15g的钛酸四丁酯溶解在45g无水乙醇中，用磁力搅拌器搅拌15分钟后超声分散10分钟，继续搅拌30分钟；得到溶液C ;(2)然后量取1g的丙三醇溶解在30g的无水乙醇中，用磁力搅拌器搅拌15分钟后超声分散10分钟，继续搅拌30分钟；得到溶液D ; (3)将D溶液倒入C溶液中，持续搅拌8至反应完全，停止搅拌，常温陈化12 h，加入一定量的乙醇洗涤，抽滤，洗涤2-3次；将抽滤得到的颗粒放置在40°C的烘箱中，空气环境下干燥72 h ; (4)用研钵将干燥后的滤饼研磨成粉，将研磨好的粉末在40°C烘箱中继续干燥24h，得到常规合成的钛氧基微粒。
[0024]将上述原位合成钛氧基电流变液(浓度为20%)与常规合成的钛氧基微粒按钛氧基微粒质量比为4:3混合，得到复配电流变液，该复配电流变液稳定45天后，沉降稳定性大于99.9%，基本无沉降，其剪切强度为168kPa。
[0025]实施例2:
原位合成钛氧基电流变液，步骤如下:
(O配置复合活性基液，按体积分数计该复合活性基液中包括30%氧化石蜡、30%氟化硅油、40% 二甲基硅油；
(2)添加表面活性剂，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与烷基酚聚氧乙烯醚(TXlO)按体积比1:1混合形成的复合表面活性剂，将该复合表面活性剂按体积比为0.3%添加到步骤(1)中的复合活性基液，进行混合，超声处理后得到溶液A ; (3)将步骤(2)所得溶液A加入反应釜中，再将质量比20%的羰基镍、钛酸四丁酯、Tween-80、环己烷、正丁醇混合溶液注入上述反应釜中，加热至120°C，反应时间80分钟得到溶液B ; (4)向溶液B中注入氨水，搅拌均匀后，在交变电场(0.5飞kV)、温度场(2(T150°C)相结合的条件下反应得到所述的钛氧基电流变液。
[0026]常规合成钛氧基微粒，步骤如下:(I)取15g的钛酸四丁酯溶解在45g无水乙醇中，用磁力搅拌器搅拌15分钟后超声分散10分钟，继续搅拌30分钟；得到溶液C ;(2)然后量取1g的丙三醇溶解在30g的无水乙醇中，用磁力搅拌器搅拌15分钟后超声分散10分钟，继续搅拌30分钟；得到溶液D ; (3)将D溶液倒入C溶液中，持续搅拌10至反应完全，停止搅拌，常温陈化15 h，加入一定量的乙醇洗涤，抽滤，洗涤2-3次；将抽滤得到的颗粒放置在60°C的烘箱中，空气环境下干燥48 h ; (4)用研钵将干燥后的滤饼研磨成粉，将研磨好的粉末在60°C烘箱中继续干燥24h，得到常规合成的钛氧基微粒。
[0027]将上述原位合成钛氧基电流变液(浓度为20%)与常规合成的钛氧基微粒按钛氧基微粒质量比为1:1混合，再加入5%尿素修饰钛氧微粒，得到复配电流变液，该复配电流变液稳定45天后，沉降稳定性大于99.8%，基本无沉降，其剪切强度为188kPa。
[0028] 实施例3:原位合成钛氧基电流变液，步骤如下:(1)配置复合活性基液，按体积分数计该复合活性基液中包括30%氧化石蜡、20%氟化硅油、50% 二甲基硅油；(2)添加表面活性剂，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)与烷基酚聚氧乙烯醚(TXlO)按体积比1:1混合形成的复合表面活性剂，将该复合表面活性剂按体积比为0.5%添加到步骤(1)中的复合活性基液，进行混合，超声处理后得到溶液A ; (3)将步骤(2)所得溶液A加入反应釜中，再将质量比30%的羰基镍、钛酸四丁酯、Tween-80、环己烷、正丁醇混合溶液注入上述反应釜中，加热至120°C，反应时间100分钟得到溶液B ; (4)向溶液B中注入氨水，搅拌均匀后，在交变电场(0.5飞kV)、温度场(2(T150°C)相结合的条件下反应得到所述的钛氧基电流变液。
[0029]常规合成钛氧基微粒，步骤如下:(I)将9ml水、9g尿素、5g硝酸钙、40ml无水乙醇混合，超声振荡后得到混合液C ; (2)将300ml无水乙醇和30g钛酸四丁酯混合均匀，并添加少量冰乙酸和硝酸后得到混合液D ; (3)将混合液D在强力搅拌的条件下缓慢滴入到混合液C中；静置后得到白色凝胶，将得到的凝胶干燥，干燥后多次醇洗水洗，再次干燥后研磨得到白色粉末即常规合成的钛氧基微粒。
[0030] 将上述原位合成钛氧基电流变液(浓度为20%)与常规合成的钛氧基微粒按钛氧基微粒质量比为1:0.2混合，再加入10%丙三醇修饰钛氧微粒，得到复配电流变液，该复配电流变液稳定45天后，沉降稳定性大于99.8%，基本无沉降，其剪切强度为208kPa。
【权利要求】
1.一种复配电流变液，其特征在于，所述复配电流变液由至少一种原位合成的电流变液与至少一种常规制备的固体微粒混合后制成，所述常规制备的固体微粒与原位合成的电流变液中的微粒构成相同。
2.根据权利要求1所述的一种复配电流变液，其特征在于，所述原位合成的电流变液为在硅油基的复合基液中直接合成的电流变液，所述电流变液中具有以纳米钛氧微粒为核心的钛氧基微粒。
3.根据权利要求2所述的一种复配电流变液，其特征在于，所述原位合成的电流变液所用的复合基液为氧化石蜡、氟化硅油的复配液，或氧化石蜡、氟化硅油、二甲基硅油的复配液。
4.根据权利要求3所述的一种复配电流变液，其特征在于，所述原位合成的电流变液所用的复合基液为体积分数30%氧化石蜡与70%氟化硅油的复配液，或体积分数30%氧化石蜡、30%氟化硅油、40% 二甲基硅油的复配液，或体积分数30%氧化石蜡、20%氟化硅油、50%二甲基硅油的复配液。
5.根据权利要求4所述的一种复配电流变液，其特征在于，所述原位合成的电流变液中钛氧基微粒的质量分数为20%。
6.根据权利要求5所述的一种复配电流变液，其特征在于，所述复配电流变液还包括表面活性剂，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠与烷基酚聚氧乙烯醚混合制备的复合表面活性剂。
7.一种复配电流变液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:(I)原位合成钛氧基电流变液；(2)常规方法制备与原位合成的电流变液中的微粒相同的固体微粒；(3)将原位合成的电流变液与常规方法制备的固体微粒混合。
8.根据权利要求7所述的一种复配电流变液的制备方法，其特征在于，所述原位合成的钛氧基电流变液所用的复合基液为氧化石蜡、氟化硅油的复配液，或氧化石蜡、氟化硅油、二甲基硅油的复配液。
9.根据权利要求8所述 的一种复配电流变液的制备方法，其特征在于，所述复配电流变液中，原位合成钛氧基微粒与常规方法制备的钛氧基微粒的重量比为1:0.2~1:1。
【文档编号】C10M177/00GK104130838SQ201410316193
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】谭锁奎, 郭红燕, 赵红, 任政, 董旭峰, 张广明, 纪松 申请人:中国兵器科学研究院宁波分院