宽的可变阻尼范围的磁流变流体的制作方法

本发明涉及磁流变流体，具体涉及可提供宽范围的可变阻尼的新型磁流变流体。

背景技术：

1、在磁流变技术领域中，传统的磁流变流体的其中一项主要应用是车辆减震场合，这要求磁流变流体的服役温度范围要宽，例如从大约-40℃至140℃。但是，因为对这种较宽使用温度范围的要求，限制了磁流变流体或使用磁流变流体的阻尼装置的阻尼范围，使得其只能在受约束的较小范围内可变。事实上，例如在车辆减震场合中，车辆的磁流变流体阻尼装置的极限工作温度只会在极端的天气/地理位置下的工作环境中才会遇到，平时很少出现。

2、此外，在现有磁流变流体的诸多其它应用场合，例如在智能制造、工业自动化应用中，应用磁流变流体的阻尼装置的工作环境对工作温度的要求并不极端，其工作温度大体上在室温附近且工作温度变化范围很小，对磁流变流体的使用温度和使用温度范围的要求不高，反而是希望磁流变流体的可变阻尼范围尽可能宽，这样越有利于阻尼装置的正确或精确的控制或操作，并可能扩展阻尼装置的应用领域。

3、然而，传统的磁流变流体并未涉及、更未能满足这一点。

4、cn112382457a公开了一种磁流变液及其制备方法，所述磁流变液包括：带有极性基团的表面活性剂、带有同种电荷的磁性颗粒和基液。与现有技术相比，cn112382457a的发明能够提供一下优点：1、可从根本上降低磁流变液的沉降性，提高磁性颗粒的再分散性。2、降低耗能，提高效率，从微观层面提高磁流变液制备技术。3、增加磁性颗粒的耐磨性和耐腐蚀性。4、通过磁性颗粒与极性基团的结合，很大幅度地提高了磁性颗粒贮存电荷的时间。5、有效改善在贮存过程中磁性颗粒间的团聚与粘连对于制备磁流变液样品的沉降、分散及再分散特性的影响。

5、cn112159700a披露了一种磁流变液组合物及其制备方法。所述磁流变液组合物包括磁响应粒子、高触变体系、抗磨减阻剂和抗氧剂，以及，还包括低温性能改进剂；所述低温性能改进剂选自亚甲基二丁基二硫代氨基甲酸酯、氨基磷酸酯、氨基磷酸盐、二硫代氨基甲酸酯、二硫代氨基甲酸盐、二烷基二硫代氨基甲酸酯、氨基琥珀酸酯、有机磺胺酯、工业季戊四醇酯中的一种或几种；优选亚甲基二丁基二硫代氨基甲酸酯；所述低温性能改进剂占所述磁流变液组合物总质量的0.1～6wt％。cn112159700a提供的磁流变液组合物在低温环境下，具有低玻璃化转变温度、高粘度指数、以及在指定温度下具有低的零场屈服应力。

6、cn111653409a披露了一种基于氟碳复配的耐高温磁流变液及其制备方法。它以羰基铁粉作为基材，硅油作为载液，通过使用氟碳表面活性剂和钛酸酯偶联剂作为添加剂进行复配，并辅以硅藻土作为触变剂制备得到耐高温磁流变液。磁流变液由下述组分按质量百分比组成：软磁性颗粒70～86％，载液20～26％，表面活性剂2～5％，触变剂2～3％。复配氟碳表面活性剂和钛酸酯偶联剂并采用基液置换与直接添加相结合的制备方法，有效提高了磁流变液的沉降稳定性和温度使用范围，适用于磁流变液传动装置、磁流变液阻尼装置等场合。cn111653409a旨在提供更高使用温度的磁流变液，而对该磁流变液所提供的阻尼或阻尼范围并未加以任何研究或关注。

7、本田技研工业株式会社的美国专利us10923260b2披露了一种磁流变流体成分和使用该磁流变流体的减振装置。该减振装置(10)在圆柱体(12)中包含有磁流变流体组合物。该磁流变流体组合物包括磁性颗粒和具有分散在其中的磁性颗粒的分散剂；以及摩擦改性剂。该摩擦改性剂是基于酯的添加剂，其具有14至22个碳原子的烃链，优选为烷基链或烯基链。该摩擦改性剂的含量为0.1-5％质量。美国专利us10923260b2旨在为磁流变流体提供改良的抗摩擦性能。

8、如上所述的这些文献，都未披露或涉及对磁流变流体的可变阻尼范围的研究，即，对磁流变流体及其阻尼装置的工作温度范围并没有提出特别的要求，反而是希望磁流变流体及其阻尼装置的可变阻尼范围尽可能宽，以满足对阻尼装置的工作性能的要求。

9、因此，随着技术和应用场合的发展和变化，本领域急需改进的新型磁流变流体，提供具有更宽范围的可变阻尼的新型磁流变流体，以克服现有技术中的上述技术缺陷，以及其它技术问题。

10、本发明说明书的此背景技术部分中所包括的信息，包括本文中所引用的任何参考文献及其任何描述或讨论，仅出于技术参考的目的而被包括在内，并且不被认为是将限制本发明范围的主题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述以及其它更多的构思而提出了本发明。

2、根据本发明的一方面的构思，旨在提供一种主要在室内应用其阻尼可变范围更宽的新型磁流变流体，这种新型磁流变流体的表现之一就在于它具有相对较低的初始粘度，同时其它性能指标，例如相同磁场下的初始剪切应力、最大剪切应力(剪切应力在此处可表征此流变流体的抗剪切强度)指标，无实质性降低或者其变化对其应用并无实质性影响。

3、这种新型磁流变流体其使用温度可变范围可以更窄，但不影响其预期的应用场合，比如室内应用，等等。

4、传统的磁流变流体温度范围通常在大约-40-140℃之间，因此对磁流变流体的基液(或称载液)的限制大，要求磁流变流体的服役温度范围宽，例如在大约40-140℃的范围内。这就要求磁流变流体的基液的高分子链够长，高分子链结构足够稳定，因此通常基液的密度(比重)在大约0.8以上，并且运动粘度在大约15-50mm2/s的较高范围内。

5、如果要求基液的密度不能太大，则磁流变流体中的磁粉相对于基液的体积百分比就不能太大，否则磁流变流体会变得很粘稠，而使得应用磁流变流体的阻尼装置的初始阻尼力会变大。然而，在磁流变流体中的磁粉相对于基液的体积百分比不能太大的情形下，磁流变阻尼装置的最大阻尼力就会降低而可能无法达到其最大阻尼力设计要求，这大大限制了阻尼装置的应用场合或操作范围。

6、如果磁流变流体的基液的运动粘度比较高，则会直接影响应用磁流变流体的阻尼装置的初始阻尼力，而使磁流变流体的初始阻尼力更大。磁流变流体的更大的初始阻尼力会导致其阻尼可变范围更小，这在很多的应用中是不利的。

7、本技术的发明人出人意料地发现，初始阻尼力的大小与磁流变流体的基液的第二牛顿区的大体恒定的运动粘度值正相关，而基液的第二牛顿区的大体恒定的运动粘度值的高低主要受到基液的运动粘度的影响。

8、非牛顿流体，从概念上讲，是指不满足牛顿粘性实验定律的流体，即，其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。也就是说，只要流体的流动特征不符合牛顿粘性定律，它就是非牛顿流体。非牛顿流体不满足牛顿粘性定律：或者粘度不为常数，或者粘度不符合“梯度正比”定律。但是，非牛顿流体在某些条件下会处于第二牛顿区，表现出牛顿流体的行为。

9、对于基于聚合物的流变流体而言，可以参见r.s.伦克编著的“聚合物流变学”。

10、根据“缠结理论”，可以解释基于聚合物的流变流体的缠结破坏与形成的动态过程。基于聚合物的流变流体在被加载不同的剪切速率下，处于不同的区且呈现不同的流变状态如下。

11、第一牛顿区：此时的剪切速率足够小，流体中的高分子聚合物处于相互缠结的结构，流动阻力大；内部无规则相互缠结的状态虽然会被破坏，但是破坏的速率大致等于相互缠结结构的生成速率，因而粘度表现为不变，而且粘度最高；

12、假塑区：剪切速率(破坏)增大，无规则缠结的破坏与生成平衡被打破，破坏的速率大于相互缠结结构的生成速率，故流体中的高分子聚合物的内部缠结点越来越少，表现为粘度逐渐下降；

13、第二牛顿区：剪切速率(破坏)进一步增大，流体中的高分子聚合物的无规则缠结完全被破坏，来不及形成新的缠结，此时高分子聚合物的内部分子取向达到极限状态，高分子链间相对运动变得很容易，粘度变得恒定且此时粘度最低，表现出牛顿流动行为。此时，基液的第二牛顿区的运动粘度是大体上恒定的。基液的第二牛顿区的大体恒定的运动粘度值，就决定了基液的初始阻尼力。

14、本领域的普通技术人员容易理解，通过改变、例如降低磁流变流体的基液的密度/初始粘度，可以影响、例如减小磁流变流体基液的第二牛顿区的大体恒定的运动粘度值，进而影响、例如减小基液的初始阻尼力。基液的初始阻尼力的减小，就使得扩大新型磁流变流体的阻尼的可变范围成为可能。

15、本技术的发明人出人意料地发现，如果对磁流变流体的工作温度范围的要求没那么严格，例如磁流变流体的工作温度范围可缩小至-10℃-100℃或者更窄，则在磁流变流体及阻尼装置正常工作的前提下对基液的包括初始阻尼力在内的部分性能的要求可以适当降低，即，在这种场合下，基液的初始阻尼力的适当减小是可以接受的。这样，例如，通过使基液的密度(比重)选择为更小，例如大约在0.5-0.8区间，比如在0.7-0.75左右或更小，其运动粘度可选择在3-15mm2/s的范围内，就可制备出本专利申请的新型磁流变流体，其温度范围变窄，但初始阻尼力可以更小，阻尼的可变范围可以更宽。

16、在这种情形下，可选择性地在基液中配置合适的添加剂(例如，合适比例的抗沉降剂、分散剂、抗氧化剂等)。

17、更具体而言，根据本发明的一方面，提供了一种低初始粘度的磁流变流体，包括：可磁化的磁颗粒；基液，磁颗粒分散分布在基液中；和添加到基液中的添加剂；其中，磁流变流体的工作温度在-20-110℃的范围内；并且磁流变流体在零磁场和25℃室温下的初始粘度在40-450mpa·s的范围内。

18、根据本发明的一实施例，磁流变流体的比重在0.5-1.5，例如0.5-1.2，0.5-0.8，或者0.7-0.75的范围内。

19、根据本发明的一实施例，基液是有机液体或者水。

20、根据本发明的一实施例，基液选自下列中的一者：聚ɑ-烯烃、白油、矿物油、合成油和它们的组合。

21、根据本发明的一实施例，添加剂选自下列中的一者：表面活性剂、分散剂、防沉降剂、有机触变剂，增稠剂，抗氧化剂，润滑剂，粘度调节剂、阻燃剂、有机粘土类流变性添加剂、含硫化合物以及它们的组合。

22、根据本发明的一实施例，磁颗粒的材料选自下列中的一者：铁、铁合金、铁氧化物、氮化铁、碳化铁、羰基铁、镍、钴、二氧化铬、钐钴、钕铁硼、不锈钢、硅钢，以及它们的组合。

23、根据本发明的一实施例，磁颗粒是大体球形的磁颗粒，并且初始粘度在40-240mpa·s，例如40-50，50-100，100-200mpa·s的范围内。

24、根据本发明的一实施例，磁颗粒的平均粒径或等效粒径在0.5-10μm，例如1-5、3-5或6-10微米的范围内。

25、根据本发明的一实施例，磁颗粒的体积百分比在20-40％、例如22-32％的范围内。

26、根据本发明的一实施例，磁颗粒是各向异性的磁颗粒，并且初始粘度在238–450mpa·s，例如238–350mpa·s的范围内。

27、根据本发明的一实施例，本发明的磁流变流体在150ka/m磁场下的抗剪切强度在20-100kpa、例如在30-80kpa的范围内，可以满足其预设应用场合的要求。

28、与现有技术方案相比，根据本技术的一个或多个技术方案的有益效果包含如下所列举：

29、在磁流体流体的使用温度变化范围不大的应用场合中，磁流变流体的可变阻尼的范围大大增加；

30、对于应用这种新型磁流变流体的阻尼装置或者器械而已，由于阻尼的可变范围增大，所以阻尼装置的行程可以变得更短，因此阻尼装置可以更加小型化。

31、由于应用这种新型磁流变流体的阻尼装置的阻尼的可变范围增加，所以应用场合和用途更广。

32、这种新型磁流变流体的阻尼装置的初始粘度变小成为可能，这对于在例如智能制造中许多要求初始阻尼力更小的应用而言，就可以选择应用这种新型磁流变流体的磁流变阻尼装置。

33、本发明的更多实施例还能够实现其它未一一列出的有利技术效果，这些其它的技术效果在下文中可能有部分描述，并且对于本领域的技术人员而言在阅读了本发明后是可以预期和理解的。