本發(fā)明涉及一種可穩(wěn)定分散型磁流變液的制備方法，屬于制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

磁流變液是一種新型的功能材料，它是以納米級(jí)或微米級(jí)的軟磁性顆粒為分散相，以油或水為分散介質(zhì)制備而成的懸浮液。在外加磁場(chǎng)的作用下，磁流變液能產(chǎn)明顯的磁流變效應(yīng)，軟磁顆粒在磁場(chǎng)作用下磁化后沿磁場(chǎng)方向形成鏈狀或柱狀結(jié)構(gòu)，使磁流變液由牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢羟星?qiáng)度的賓漢姆流體，當(dāng)磁場(chǎng)去除后軟磁顆粒退磁，鏈狀或柱狀結(jié)構(gòu)瓦解恢復(fù)到原來(lái)的牛頓流體狀態(tài)。磁流變效應(yīng)的宏觀表現(xiàn)是磁流變液的粘度及剪切屈服強(qiáng)度可通過(guò)磁場(chǎng)迅速、可逆地調(diào)節(jié)。利用磁流變液的這一智能特性可制成適用于航空航天、機(jī)械工程、汽車(chē)行業(yè)、建筑工程、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的智能器件，包括阻尼器、離合器、變速器、減振器等。

磁流變液粒徑通常大于1.0μm，為了克服懸浮粒子與介質(zhì)間的較大比重差造成的沉降問(wèn)題及團(tuán)聚問(wèn)題，人們采用眾多的表面活性劑或懸浮劑對(duì)懸浮粒子表面進(jìn)行兩親性處理，通常為金屬皂類(lèi)、硬脂酸類(lèi)活性劑等，但這些有機(jī)活性劑的加入往往會(huì)影響磁流變液的穩(wěn)定性，除了沉降板結(jié)等問(wèn)題外的另一限制磁流變液應(yīng)用的問(wèn)題是在高速運(yùn)動(dòng)部件間磨損問(wèn)題，這種磨損造成后果是磁流變液本身的明顯稠化導(dǎo)致零場(chǎng)粘度急劇上升，另外引起運(yùn)動(dòng)零件的損壞。同時(shí)現(xiàn)有的磁流變液采用的分散相一般是微米級(jí)的羰基鐵粉，其密度較大；而常用的分散介質(zhì)是硅油，其密度較小。分散相與分散介質(zhì)間的密度差較大，易引起分散相顆粒的沉降，從而影響磁流變液在長(zhǎng)期工作中的穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)傳統(tǒng)磁流變液在使用過(guò)程中，磁性粒子易相互聚集而絮凝沉淀，且粒子本身密度較大，易沉降而影響磁流變液工作性能的問(wèn)題，提供了一種以聚苯乙烯丙烯酸乳液為空心內(nèi)核，表面包覆納米四氧化三鐵外殼，并配合聚多巴胺網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，制備得到可穩(wěn)定分散型磁流變液的方法。本發(fā)明首先以無(wú)水乙醇和去離子水為分散介質(zhì)，以聚乙二醇4000為穩(wěn)定劑，以過(guò)硫酸鉀為引發(fā)劑，在氮?dú)鈿夥障拢贡揭蚁┖捅┧峋酆闲纬扇橐?，再以納米四氧化三鐵為磁性粒子，利用聚苯乙烯丙烯酸表面的羧酸基團(tuán)吸附納米四氧化三鐵，形成空心的殼核結(jié)構(gòu)，降低密度，使乳液顆?？煞€(wěn)定懸浮分散，再在堿性條件下，利用多巴胺在水中溶解氧的作用下，發(fā)生氧化自聚，并在乳液體系中形成聚合物網(wǎng)絡(luò)，作為支撐結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高納米離子的分散穩(wěn)定性，防止納米顆粒相互聚集及沉降，最終經(jīng)磁場(chǎng)磁化制備得到可穩(wěn)定分散型磁流變液，有效解決了傳統(tǒng)磁流變液易沉淀，分散穩(wěn)定性差的問(wèn)題。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

（1）在三口燒瓶中，依次加入300～500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40～50%聚乙二醇4000溶液，200～300mL無(wú)水乙醇，60～80mL去離子水，3～5g過(guò)硫酸鉀，再將三口燒瓶置于數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至75～80℃，攪拌轉(zhuǎn)速至600～800r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，以8～10mL/min速率向三口燒瓶?jī)?nèi)通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，依次向三口燒瓶中加入200～250mL苯乙烯，50～60mL丙烯酸，隨后繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)8～10h，得聚苯乙烯丙烯酸乳液；

（2）稱(chēng)取3～5g納米四氧化三鐵，倒入盛有600～800mL上述所得聚苯乙烯丙烯酸乳液的燒杯中，再將燒杯置于超聲振蕩儀中，于溫度為45～50℃，頻率為45～60kHz條件下，超聲分散45～60min，隨后滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～15%氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH至8.6～8.8，得堿性乳液，備用；

（3）稱(chēng)取20～30g多巴胺，倒入盛有100～120mL去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至多巴胺完全溶解，得多巴胺溶液；

（4）量取500～600mL步驟（2）備用堿性乳液，倒入三口燒瓶中，再將三口燒瓶移至數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至55～60℃，攪拌轉(zhuǎn)速至300～500r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，通過(guò)滴液漏斗向三口燒瓶中滴加90～100mL上述所得多巴胺溶液，控制在45～60min內(nèi)滴完；

（5）待滴加完畢，以3～5mL/min速率向三口燒瓶中通入氧氣，在氧氣氛圍條件下，繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)2～3h，待自然冷卻至室溫，將三口燒瓶中物料倒入燒杯中，并將燒杯置于強(qiáng)度為200～300mT的磁場(chǎng)中，磁化處理6～8h，即得可穩(wěn)定分散型磁流變液。

本發(fā)明制備的可穩(wěn)定分散型磁流變液靜置24h沉降量低于3%，靜置3個(gè)月，沉降量低于17%，存放3年以上，未出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，室溫零場(chǎng)粘度為0.5～1.2Pa·s，在外加磁場(chǎng)為500mT時(shí)，剪切應(yīng)力達(dá)到26～35kPa。

本發(fā)明的應(yīng)用方法：將本發(fā)明所得可穩(wěn)定分散型磁流變液應(yīng)用于全長(zhǎng)為10～15cm的可控阻尼懸架減振器中，并作為卡車(chē)座位減振器使用，控制磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)磁流變液的有效流體體積為0.3～0.5mL。經(jīng)檢測(cè)，較卡車(chē)使用的普通減振器而言，采用本發(fā)明所得可穩(wěn)定分散型磁流變液制得的減振器可使卡車(chē)座位在行駛過(guò)程中，振幅減小40～50%，有效降低了卡車(chē)司機(jī)在崎嶇道路上駕車(chē)的危險(xiǎn)性，且可長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)揮減振作用，使用壽命可達(dá)3～5年。

本發(fā)明與其他方法相比，有益技術(shù)效果是：

（1）本發(fā)明中制備的可穩(wěn)定分散型磁流變液不易發(fā)生粒子間相互聚集而絮凝的沉淀的現(xiàn)象，具有優(yōu)越的穩(wěn)定性能和分散性能，靜置24h沉降量低于3%，靜置3個(gè)月，沉降量低于17%，存放3年以上，未出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象；

（2）本發(fā)明制備的可穩(wěn)定分散型磁流變液具有較高的剪切強(qiáng)度，在外加磁場(chǎng)為500mT時(shí)，剪切應(yīng)力達(dá)到26～35kPa；

（3）本發(fā)明制備的可穩(wěn)定分散型磁流變液制備步驟簡(jiǎn)單，所需成本低廉，具有廣闊的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

首先在三口燒瓶中，依次加入300～500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40～50%聚乙二醇4000溶液，200～300mL無(wú)水乙醇，60～80mL去離子水，3～5g過(guò)硫酸鉀，再將三口燒瓶置于數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至75～80℃，攪拌轉(zhuǎn)速至600～800r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，以8～10mL/min速率向三口燒瓶?jī)?nèi)通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，依次向三口燒瓶中加入200～250mL苯乙烯，50～60mL丙烯酸，隨后繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)8～10h，得聚苯乙烯丙烯酸乳液；稱(chēng)取3～5g納米四氧化三鐵，倒入盛有600～800mL上述所得聚苯乙烯丙烯酸乳液的燒杯中，再將燒杯置于超聲振蕩儀中，于溫度為45～50℃，頻率為45～60kHz條件下，超聲分散45～60min，隨后滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10～15%氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH至8.6～8.8，得堿性乳液，備用；再稱(chēng)取20～30g多巴胺，倒入盛有100～120mL去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至多巴胺完全溶解，得多巴胺溶液；量取500～600mL備用堿性乳液，倒入三口燒瓶中，再將三口燒瓶移至數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至55～60℃，攪拌轉(zhuǎn)速至300～500r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，通過(guò)滴液漏斗向三口燒瓶中滴加90～100mL上述所得多巴胺溶液，控制在45～60min內(nèi)滴完；待滴加完畢，以3～5mL/min速率向三口燒瓶中通入氧氣，在氧氣氛圍條件下，繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)2～3h，待自然冷卻至室溫，將三口燒瓶中物料倒入燒杯中，并將燒杯置于強(qiáng)度為200～300mT的磁場(chǎng)中，磁化處理6～8h，即得可穩(wěn)定分散型磁流變液。

實(shí)例1

首先在三口燒瓶中，依次加入500mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%聚乙二醇4000溶液，300mL無(wú)水乙醇，80mL去離子水，5g過(guò)硫酸鉀，再將三口燒瓶置于數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至80℃，攪拌轉(zhuǎn)速至800r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，以10mL/min速率向三口燒瓶?jī)?nèi)通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，依次向三口燒瓶中加入250mL苯乙烯，60mL丙烯酸，隨后繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)10h，得聚苯乙烯丙烯酸乳液；稱(chēng)取5g納米四氧化三鐵，倒入盛有800mL上述所得聚苯乙烯丙烯酸乳液的燒杯中，再將燒杯置于超聲振蕩儀中，于溫度為50℃，頻率為60kHz條件下，超聲分散60min，隨后滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH至8.8，得堿性乳液，備用；再稱(chēng)取30g多巴胺，倒入盛有120mL去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至多巴胺完全溶解，得多巴胺溶液；量取600mL備用堿性乳液，倒入三口燒瓶中，再將三口燒瓶移至數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至60℃，攪拌轉(zhuǎn)速至500r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，通過(guò)滴液漏斗向三口燒瓶中滴加100mL上述所得多巴胺溶液，控制在60min內(nèi)滴完；待滴加完畢，以5mL/min速率向三口燒瓶中通入氧氣，在氧氣氛圍條件下，繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)3h，待自然冷卻至室溫，將三口燒瓶中物料倒入燒杯中，并將燒杯置于強(qiáng)度為300mT的磁場(chǎng)中，磁化處理8h，即得可穩(wěn)定分散型磁流變液。

將本發(fā)明所得可穩(wěn)定分散型磁流變液應(yīng)用于全長(zhǎng)為15cm的可控阻尼懸架減振器中，并作為卡車(chē)座位減振器使用，控制磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)磁流變液的有效流體體積為0.5mL。經(jīng)檢測(cè)，較卡車(chē)使用的普通減振器而言，采用本發(fā)明所得可穩(wěn)定分散型磁流變液制得的減振器可使卡車(chē)座位在行駛過(guò)程中，振幅減小50%，有效降低了卡車(chē)司機(jī)在崎嶇道路上駕車(chē)的危險(xiǎn)性，且可長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)揮減振作用，使用壽命可達(dá)5年。

實(shí)例2

首先在三口燒瓶中，依次加入300mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%聚乙二醇4000溶液，200mL無(wú)水乙醇，60mL去離子水，3g過(guò)硫酸鉀，再將三口燒瓶置于數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至75℃，攪拌轉(zhuǎn)速至600r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，以8mL/min速率向三口燒瓶?jī)?nèi)通入氮?dú)?，在氮?dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，依次向三口燒瓶中加入200mL苯乙烯，50mL丙烯酸，隨后繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)8h，得聚苯乙烯丙烯酸乳液；稱(chēng)取3g納米四氧化三鐵，倒入盛有600mL上述所得聚苯乙烯丙烯酸乳液的燒杯中，再將燒杯置于超聲振蕩儀中，于溫度為45℃，頻率為45kHz條件下，超聲分散45min，隨后滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH至8.6，得堿性乳液，備用；再稱(chēng)取20g多巴胺，倒入盛有100mL去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至多巴胺完全溶解，得多巴胺溶液；量取500mL備用堿性乳液，倒入三口燒瓶中，再將三口燒瓶移至數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至55℃，攪拌轉(zhuǎn)速至300r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，通過(guò)滴液漏斗向三口燒瓶中滴加90mL上述所得多巴胺溶液，控制在45min內(nèi)滴完；待滴加完畢，以3mL/min速率向三口燒瓶中通入氧氣，在氧氣氛圍條件下，繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)2h，待自然冷卻至室溫，將三口燒瓶中物料倒入燒杯中，并將燒杯置于強(qiáng)度為200mT的磁場(chǎng)中，磁化處理6h，即得可穩(wěn)定分散型磁流變液。

將本發(fā)明所得可穩(wěn)定分散型磁流變液應(yīng)用于全長(zhǎng)為10cm的可控阻尼懸架減振器中，并作為卡車(chē)座位減振器使用，控制磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)磁流變液的有效流體體積為0.3mL。經(jīng)檢測(cè)，較卡車(chē)使用的普通減振器而言，采用本發(fā)明所得可穩(wěn)定分散型磁流變液制得的減振器可使卡車(chē)座位在行駛過(guò)程中，振幅減小40%，有效降低了卡車(chē)司機(jī)在崎嶇道路上駕車(chē)的危險(xiǎn)性，且可長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)揮減振作用，使用壽命可達(dá)3年。

實(shí)例3

首先在三口燒瓶中，依次加入400mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為45%聚乙二醇4000溶液，250mL無(wú)水乙醇，70mL去離子水，4g過(guò)硫酸鉀，再將三口燒瓶置于數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至77℃，攪拌轉(zhuǎn)速至700r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，以9mL/min速率向三口燒瓶?jī)?nèi)通入氮?dú)猓诘獨(dú)獗Ｗo(hù)狀態(tài)下，依次向三口燒瓶中加入220mL苯乙烯，55mL丙烯酸，隨后繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)9h，得聚苯乙烯丙烯酸乳液；稱(chēng)取4g納米四氧化三鐵，倒入盛有700mL上述所得聚苯乙烯丙烯酸乳液的燒杯中，再將燒杯置于超聲振蕩儀中，于溫度為47℃，頻率為50kHz條件下，超聲分散47min，隨后滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%氫氧化鈉溶液，調(diào)節(jié)pH至8.7，得堿性乳液，備用；再稱(chēng)取25g多巴胺，倒入盛有110mL去離子水的燒杯中，用玻璃棒攪拌混合直至多巴胺完全溶解，得多巴胺溶液；量取550mL備用堿性乳液，倒入三口燒瓶中，再將三口燒瓶移至數(shù)顯測(cè)速恒溫磁力攪拌器中，調(diào)節(jié)溫度至57℃，攪拌轉(zhuǎn)速至400r/min，在恒溫?cái)嚢锠顟B(tài)下，通過(guò)滴液漏斗向三口燒瓶中滴加95mL上述所得多巴胺溶液，控制在50min內(nèi)滴完；待滴加完畢，以4mL/min速率向三口燒瓶中通入氧氣，在氧氣氛圍條件下，繼續(xù)恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)3h，待自然冷卻至室溫，將三口燒瓶中物料倒入燒杯中，并將燒杯置于強(qiáng)度為250mT的磁場(chǎng)中，磁化處理7h，即得可穩(wěn)定分散型磁流變液。

將本發(fā)明所得可穩(wěn)定分散型磁流變液應(yīng)用于全長(zhǎng)為12cm的可控阻尼懸架減振器中，并作為卡車(chē)座位減振器使用，控制磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)磁流變液的有效流體體積為0.4mL。經(jīng)檢測(cè)，較卡車(chē)使用的普通減振器而言，采用本發(fā)明所得可穩(wěn)定分散型磁流變液制得的減振器可使卡車(chē)座位在行駛過(guò)程中，振幅減小45%，有效降低了卡車(chē)司機(jī)在崎嶇道路上駕車(chē)的危險(xiǎn)性，且可長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)揮減振作用，使用壽命可達(dá)4年。