close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4973

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 4973
(13) C1
(19)
7
(51) H 01F 1/28
(12)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
МАГНИТОРЕОЛОГИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
(21) Номер заявки: 950439
(22) 1995.04.28
(31) 07/968, 734 (32) 1992.10.30 (33) US
(86) PCT/US 93/09517, 1993.10.06
(46) 2003.03.30
(71) Заявитель: Лорд Корпорейшн (US)
(72) Авторы: КАРЛСОН, Дж. Дэвид; ВЕЙСС,
Кит Д. (US)
(73) Патентообладатель: Лорд Корпорейшн
(US)
BY 4973 C1
(57)
1. Магнитореологический материал, содержащий компонент, состоящий из частиц
диаметром 0,1-500 мкм железного сплава, выбранного из железокобальтовых сплавов с
соотношением железо:кобальт от около 30:70 до 95:5, и железоникелевых сплавов с соотношением железо:никель от около 90:10 до 99:1, и жидкость-носитель при следующем соотношении компонентов, об. %:
компонент
5-50
жидкость-носитель
50-95.
2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что он содержит железокобальтовый сплав с
соотношением железо:кобальт от около 50:50 до 85:15, а железоникелевый сплав с соотношением железо:никель от около 95:6 до 97:3.
3. Материал по п. 1, отличающийся тем, что железный сплав дополнительно содержит менее чем около 3 мас. % ванадия или хрома.
4. Материал по п. 1, отличающийся тем, что частицы компонента имеют диаметр от
около 0,5 до 100 мкм.
BY 4973 C1
5. Материал по п. 4, отличающийся тем, что частицы компонента имеют диаметр от
около 1 до 50 мкм.
6. Материал по п. 1, отличающийся тем, что он содержит жидкость-носитель из
группы, включающей минеральные масла, силиконовые масла, силиконовые сополимеры,
вазелиновое масло, масла для гидравлических систем, хлорированные углеводороды,
трансформаторные масла, галогенированные ароматические жидкости, галогенированные
парафины, сложные диэфиры, полиоксиалкилены, перфторированные полиэфиры, фторированные углеводороды, фторированные кремнийорганические соединения, затрудненные
сложные эфиры, цианоалкилсилоксановые гомополимеры, модифицированные жидкостиносители, имеющие электропроводность приблизительно менее 1⋅10-7 См/м, и их смеси.
7. Материал по п. 6, отличающийся тем, что он содержит жидкость-носитель с вязкостью от около 2 до 1000 сП.
8. Материал по п. 7, отличающийся тем, что он содержит жидкость-носитель с вязкостью от около 3 до 200 сП.
9. Материал по п. 8, отличающийся тем, что он содержит жидкость-носитель с вязкостью от около 5 до 100 сП.
10. Материал по п. 6, отличающийся тем, что он содержит жидкость-носитель из
группы, включающей минеральные масла, парафиновые масла, силиконовые масла, силиконовые сополимеры и перфорированные полиэфиры.
11. Материал по п. 10, отличающийся тем, что в качестве жидкости-носителя он содержит силиконовое масло или минеральное масло.
12. Материал по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит поверхностно-активное вещество.
13. Материал по п. 12, отличающийся тем, что он содержит поверхностно-активное
вещество из группы, включающей олеат и нафталинат железа, алюминиевые мыла, щелочные мыла, сульфонаты, сложные эфиры фосфорной кислоты, стеариновую кислоту,
моноолеат глицерина, сорбитансесквиолеат, стеараты, лаураты, жирные кислоты, жирные
спирты, полимеры фтороалифатических сложных эфиров, гидрофильный коллоидальный
диоксид кремния, осажденный силикагель и такие связующие агенты, как титанаты, алюминаты и цирконаты.
14. Материал по п. 13, отличающийся тем, что в качестве поверхностно-активного
вещества он содержит гидрофобный коллоидальный диоксид кремния, осажденный силикагель, сложный эфир фосфорной кислоты, полимер фтороалифатического сложного эфира или связующий агент.
15. Материал по п. 14, отличающийся тем, что он содержит осажденный силикагель,
осушенный в конвекционной печи при температуре от около 110 до 150°С в течение от
около 3 до около 24 ч.
16. Материал по п. 12, отличающийся тем, что он содержит поверхностно-активное
вещество в количестве от около 0,1 до 20,0 мас. % по отношению к массе компонента, состоящего из частиц.
17. Материал по п. 1, отличающийся тем, что в нем путем образования тиксотропной
сетчатой пространственной структуры минимизируют осаждение частиц.
18. Материал по п. 17, отличающийся тем, что для образования тиксотропной сетчатой структуры он дополнительно содержит низкомолекулярное соединение, образующее
водородные связи и содержащее гидроксильные, карбоксильные или аминные функциональные группы.
19. Материал по п. 18, отличающийся тем, что он содержит низкомолекулярное соединение из группы, включающей воду; метиловый, этиловый, пропиловый, изопропиловый, бутиловый и гексиловый спирты; этиленгликоль; диэтиленгликоль; пропиленгликоль;
глицерин; алифатические, ароматические и гетероциклические амины, включая первичные, вторичные и третичные аминоспирты и сложные аминоэфиры, имеющие в молекуле
2
BY 4973 C1
1-16 атомов углерода; метил-, бутил-, октил-, додецил-, гексадецил-, диэтил-, диизопропил- и дибутиламины; этаноламин; пропаноламин; этоксиэтиламин; диоктиламин; триэтиламин; триметиламин; трибутиламин; этилен-диамин; припилен-диамин; триэтаноламин;
триэтилентетрамин; пиридин; морфолин; имидазол; и их смеси.
20. Материал по п. 1, отличающийся тем, что он содержит компонент, состоящий из
частиц железного сплава, в количестве от около 10 до 45 об. %, а жидкость-носитель в количестве от около 55 до 90 об. %.
21. Материал по п. 20, отличающийся тем, что он содержит компонент, состоящий из
частиц железного сплава, в количестве от около 20 до 35 об. %, а жидкость-носитель в количестве от около 65 до 80 об. %.
(56)
US 5147573 A, 1992.
US 5013471 A, 1991.
US 3917538 A, 1975.
Настоящее изобретение относится к жидким материалам, которые обнаруживают значительное увеличение гидродинамического сопротивления под воздействием магнитных
полей. В частности, настоящее изобретение относится к магнитореологическим материалам, которые, благодаря использованию частиц некоторых сплавов железа, обладают повышенным пределом текучести.
Жидкие композиции, кажущаяся вязкость которых изменяется под воздействием магнитного поля, обычно называют магнитными жидкостями Бингама или магнитореологическими материалами. Эти магнитореологические материалы, как правило, состоят из
ферромагнитных или парамагнитных частиц (диаметр которых обычно составляет более
0,1 микрона), диспергированных в жидкости-носителе и находящихся под воздействием
магнитного поля, в присутствии которого указанные частицы становятся поляризованными и выстраиваются в цепочки внутри жидкости. Эти цепочки частиц способствуют увеличению кажущейся вязкости или гидродинамического сопротивления всего материала;
причем, в отсутствии магнитного поля, частицы возвращаются в свое хаотическое или
свободное состояние, а кажущаяся вязкость или гидродинамическое сопротивление всего
материала, соответственно, снижается. Описанные магнитные жидкие композиции Бингама обнаруживают регулируемое поведение, аналогичное поведению, наблюдаемому для
электрореологических материалов, которые являются восприимчивыми к воздействию
электрического поля.
Как электрореологические, так и магнитореологические материалы используются для
индуцирования демпфирующих сил в различных устройствах, таких как демпферы, амортизаторы, и эластомерные опоры, а также для регулирования вращающего момента и/или
уровней давления в различных устройствах типа муфт, а также в тормозных и вентильных
устройствах. По сравнению с электрореологическими материалами, использование магнитореологических материалов в указанных целях имеет некоторые преимущества. Магнитореологические жидкости обладают более высоким пределом текучести по сравнению с
электрореологическими материалами, а поэтому они способны генерировать большую
демпфирующую силу. Кроме того, магнитореологические материалы активируются посредством магнитных полей, которые могут быть легко индуцированы с помощью катушек электромагнита низкого напряжения, тогда как для эффективного использования
электрореологических материалов требуются дорогостоящие источники высокого напряжения. Более подробное описание устройств, в которых могут быть использованы магнитореологические материалы, приводится в одновременно рассматриваемых патентных
заявках США 07/900 571 и 07/900 567, озаглавленных "Magnetorheological Fluid Dempers"
3
BY 4973 C1
и "Magnetorheological Fluid Devices", соответственно, и поданных 18 июня 1992 г., при
этом полное содержание указанных заявок вводится в настоящее описание посредством
ссылки.
Магнитореологические или магнитные жидкости Бингама отличаются от коллоидных
магнитных жидкостей или феррожидкостей. В коллоидных магнитных жидкостях диаметр
частиц обычно составляет 5-10 нм. После наложения магнитного поля, в коллоидной феррожидкости не наблюдается структурирования частиц или увеличения сопротивления потоку. Вместо этого коллоидальные магнитные жидкости, как материал в целом, испытывают
действие массовой силы, которая пропорциональна градиенту магнитного поля. Эта сила
вызывает притяжение всей коллоидальной феррожидкости к областям высокой напряженности магнитного поля.
Магнитореологические жидкости и соответствующие устройства обсуждались в различных патентах и публикациях. Например, в патенте США 2 575 360 приводится описание устройства для регулирования вращающего момента, в котором используется
магнитореологический материал в целях обеспечения приводного соединения между двумя независимо вращающимися элементами, например, в тормозных и муфтовых устройствах. Было установлено, что жидкая композиция, которая может быть эффективно
использована для этих целей, на 50 % (по объему) состоит из опилок мягкого железа
(обычно называемых "порошком карбонильного железа"), диспергированных в соответствующей жидкой среде, такой как легкое смазочное масло.
Другое устройство для регулирования скольжения между движущимися элементами
посредством использования магнитных или электрических жидкостей описано в патенте
США 2 661 825. В этом устройстве пространство между движущимися деталями заполнено средой, восприимчивой к наложению поля. Возникновение электрического или магнитного потока через указанную среду способствует регулированию скольжения. В
данном патенте указывается, что жидкость, восприимчивая к наложению магнитного поля, содержит порошок из карбонильного железа и легкое минеральное масло.
В патенте США 2 886 151 описываются устройства для силовой передачи, такие как
муфты и тормозные устройства, в которых используется взаимодействие жидкостных
пленок, восприимчивых к действию электрического или магнитного поля. В этом патенте
приводится пример жидкости, восприимчивой к воздействию магнитного поля и содержащей порошок восстановленной окиси железа и высококачественное смазочное масло,
имеющее вязкость от 2 до 20 сантипуаз при 25 °С.
В патентах США 2 670 749 и 3 010 471 описаны вентильные устройства, используемые для регулирования потока магнитореологических жидкостей. Указанными магнитными жидкостями, используемыми в раскрываемых вентильных конструкциях, являются
ферромагнитные, парамагнитные и диамагнитные материалы. В частности, композиция
магнитной жидкости, описанная в патенте США 3 010 471, представляет собой суспензию
карбонильного железа в легком углеводородном масле. Смеси магнитных жидкостей,
описанные в патенте США 2 670 749, представляют собой порошок карбонильного железа, диспергированный либо в силиконовом масле, либо в хлорированной или фторированной суспензионной жидкости.
В патенте США 2 667 237 раскрываются смеси различных магнитореологических материалов. Описанные смеси представляют собой дисперсию мелких парамагнитных и
ферромагнитных частиц либо в охлаждающем противоокислительном агенте в виде сжиженного газа, либо в полутвердой консистентной смазке. Предпочтительная композиция
для магнитореологического материала состоит из железного порошка и легкого машинного масла. При этом указывается, что особенно предпочтительным магнитным материалом
является порошок карбонильного железа со средним размером частиц 8 мкм. Другими
возможными компонентами-носителями являются керосин, консистентная смазка и силиконовое масло.
4
BY 4973 C1
В патенте США 4 992 190 раскрывается реологический материал, восприимчивый к
воздействию магнитного поля. Как указывается в патенте, этот материал состоит из частиц, способных к намагничиванию, и силикагеля, диспергированного в жидком носителе.
Указанными намагничиваемыми частицами могут быть магнетит или порошки из карбонильного железа (например, изоляционный порошок восстановленного карбонильного
железа), производимые GAP Corporation и являющиеся особенно предпочтительными.
Описанный в патенте жидкий носитель имеет вязкость от 1 до 1000 сантипуаз при 100°F.
Конкретными примерами подходящих носителей являются масло Conoco LVT, керосин,
легкое парафиновое масло, минеральное масло и силиконовое масло. Предпочтительным
носителем является силиконовое масло, имеющее вязкость в пределах от около 10 до
1000 сантипуаз при 100 °F (38,8 °С).
Во многих устройствах, требующих использования магнитореологических материалов, например таких, как демпферные или тормозные устройства для автомобилей или вагонеток, предпочтительно, чтобы данные магнитореологические материалы обладали
высоким пределом текучести, что позволяло бы этим материалам выдерживать большие
силовые нагрузки, необходимые для применений указанного типа. Было установлено, что
посредством выбора различных частиц железа, традиционно используемых в магнитореологических материалах, можно получить лишь номинальное увеличение предела текучести. Обычно для увеличения предела текучести данного магнитореологического материала
необходимо увеличение объемной фракции магнитореологических частиц или увеличение
напряженности внешнего магнитного поля. Однако ни один из этих способов не является
приемлемым, поскольку увеличение объемной фракции частиц может привести к дополнительной нагрузке на магнитореологическое устройство, а также способствовать увеличению полной вязкости материала, что налагает определенные ограничения на размер и
геометрию магнитореологического устройства, работающего на этом материале; а действие высоких магнитных полей приводит к значительному повышению энергетических потребностей указанного магнитореологического устройства.
В соответствии с этим возникает потребность в получении такого компонента, состоящего из магнитореологических частиц, который давал бы независимое увеличение
предела текучести магнитореологического материала без необходимого увеличения объемной фракции частиц или увеличения магнитного поля.
Изобретение относится к магнитореологическому материалу, в котором используется
компонент, состоящий из частиц и обладающий способностью к независимому увеличению предела текучести всего магнитореологического материала. В частности, настоящее
изобретение относится к магнитореологическому материалу, включающему в себя жидкость-носитель и компонент в виде частиц, состоящих из сплавов железа, таких как железокобальтовые сплавы, в которых соотношение железо : кобальт составляет от около
30 : 70 до 95 : 5, и железоникелевые сплавы, в которых соотношение железо : никель составляет от около 90 : 10 до 99 : 1. В настоящей заявке раскрывается, что железокобальтовые и железоникелевые сплавы, имеющие определенные соотношения элементов,
являются в высокой степени эффективными при использовании их в качестве твердого,
состоящего из частиц компонента магнитореологического материала. Магнитореологический материал, полученный с использованием железных сплавов настоящего изобретения,
обладает значительно более высоким пределом текучести по сравнению с магнитореологическими материалами, полученными с использованием традиционных частиц из железа.
На фигуре представлен график зависимости динамического предела текучести при 25 °С
от напряженности магнитного поля для магнитореологических материалов, полученных в соответствии с описанием, приведенным в примере 1 и сравнительном примере 2.
Настоящее изобретение относится к магнитореологическому материалу, включающему в себя жидкость-носитель и компонент в виде частиц, состоящих из железокобальтового или железоникелевого сплава. В железокобальтовых сплавах настоящего изобретения
5
BY 4973 C1
отношение железо : кобальт составляет в пределах от около 30 : 70 до 95 : 5, а предпочтительно от около 50 : 50 до 85 : 15, а в железоникелевых сплавах настоящего изобретения
отношение железо : никель составляет в пределах от около 90 : 10, а предпочтительно от
около 94 : 6 до 97 : 3. Для улучшения пластичности и механических свойств сплавов указанные железные сплавы могут содержать небольшие количества других элементов, таких
как ванадий, хром и т.п. Эти элементы обычно присутствуют в количестве, примерно, менее чем 3,0 мас. %. Диаметр частиц, используемых в материалах настоящего изобретения,
составляет от около 0,1 до 500 мкм, предпочтительно от около 0,5 до 100 мкм, а особенно
предпочтительно от около 1,0 до 50 мкм. Для использования в качестве частиц как компонента магнитореологического материала более предпочтительными являются железокобальтовые сплавы, поскольку они дают несколько более высокий предел текучести, чем
железоникелевые сплавы. Примерами предпочтительных железокобальтовых сплавов могут служить промышленные продукты под торговыми марками HYPERCO (Carpenten
Technology), HYPERM (F. Krupp Widiаfabrik), SUPERMENDUR (Arnold Eng.) и 2V PERMENDUR (Western Electric).
Железные сплавы настоящего изобретения обычно используются в виде металлического порошка, который может быть получен хорошо известными методами. Традиционные методы получения металлических порошков включают в себя восстановление
окислов металлов, измельчение или истирание, электролитическое осаждение, разложение
карбонилов металлов, быстрое отверждение или обработку из расплава. Многие компоненты настоящего изобретения, состоящие из частиц железных сплавов, представляют собой промышленные продукты, изготовленные в виде порошков. Таким продуктом
является, например, порошок [48 %] Fe/[50 %] Со/[2 %] V, поставляемый фирмой Ultra
Fine Powder Tehnologies.
Содержание компонента, состоящего из частиц железного сплава, составляет, в основном, от около 5 до 50, предпочтительно от около 10 до 45, а наиболее предпочтительно
от около 20 до 35 % по объему всего магнитореологического материала, в зависимости от
магнитной активности и вязкости, которые необходимо получить для данного материала.
В случае, если в магнитореологическом материале используются жидкость-носитель и
компонент в виде частиц, имеющие удельный вес примерно 0,95 и 8,10, соответственно,
то количество указанного компонента составляет примерно 31,0-89,5, предпочтительно
около 48,6-87,5, а наиболее предпочтительно около 68,1-82,1 мас. %.
В качестве жидкости-носителя для магнитореологического материала настоящего изобретения может быть использован любой жидкий носитель или наполнитель, обычно
применяемый специалистами для изготовления магнитореологических материалов, например такой, как минеральное масло, силиконовое масло и парафиновое масло, которые
были описаны в цитированных выше патентах. Примерами других жидкостей-носителей,
подходящих для использования в настоящем изобретении, могут служить кремнийорганические сополимеры, вазелиновое масло, масло для гидравлических систем, хлорированные углеводороды, масло для трансформаторов, галогенированные ароматические
жидкости, галогенированные парафины, сложные диэфиры, полиоксиалкилены, перфторированные полиэфиры, фторированные углеводороды, фторированные кремнийорганические соединения и их смеси. В связи с вышеуказанными соединениями, следует отметить,
что хорошо известные трансформаторные масла представляют собой жидкости, обладающие характерными электроизоляционными и теплоизоляционными свойствами. Натуральное трансформаторное масло представляет собой рафинированное минеральное
масло, имеющее низкую вязкость и высокую химическую стабильность. Синтетические
трансформаторные масла обычно содержат хлорированные ароматические соединения
(хлорированные бифенилы и трихлорбензолы), которые, в целом, известны как "аскарелы", силиконовые масла и сложноэфирные жидкости, такие как дибутилсебацаты.
6
BY 4973 C1
Другими жидкостями-носителями, которые могут быть использованы в настоящем
изобретении, являются силиконовые сополимеры, затрудненные сложноэфирные соединения и цианоалкилсилоксановые гомополимеры, описанные в одновременно рассматриваемой патентной заявке США 07/942 549, поданной 9 сентября 1992 г. и озаглавленной
"High Strength, Low Conductiviti Electrorheological Materials" (полное содержание этой заявки вводится в настоящее описание посредством ссылки). В качестве жидкости-носителя
настоящего изобретения может быть также использован жидкий носитель, модифицированный путем экстенсивной очистки или путем образования смешиваемого раствора с
жидкостью, имеющей низкую электропроводность, так, чтобы полученная в результате
этого смешивания модифицированная жидкость-носитель имела электропроводность приблизительно менее чем 1×10-7 См/м. Подробное описание указанных модифицированных
жидкостей-носителей приводится в патентной заявке США, поданной заявителями B.C.
Munoz, S.R. Wasserman, J.D. Carlson и K.D. Weiss (под названием "Modified Electrorheological Materials Having Minimum Conductivity") 16 октября 1992 г., а также переуступленной данному правоприемнику (полное раскрытие указанной заявки вводится в
настоящее описание посредством ссылки).
В магнитореологических материалах настоящего изобретения могут быть также использованы полисилоксаны и перфторированные полиэфиры, имеющие вязкость приблизительно 3-200 сантипуаз при 25 °С. Подробное описание указанных полисилоксанов и
перфторированных полиэфиров с низкой вязкостью приводится в патентной заявке США,
озаглавленной "Low Viscosity Magnetorheological Materials", поданной заявителями
K.D. Weiss, J.D. Carlson и T.G. Duclos, а также переуступленной данному правоприемнику, причем полное раскрытие этой заявки вводится в настоящее описание посредством
ссылки. Предпочтительными жидкостями-носителями настоящего изобретения являются
минеральные масла, парафиновые масла, силиконовые масла, силиконовые сополимеры и
перфторированные полиэфиры, при этом особенно предпочтительными являются силиконовые масла и минеральные масла.
Жидкость-носитель, используемая в магнитореологическом материале настоящего
изобретения, должна иметь вязкость при 25 °С, составляющую около 2-1000 сантипуаз,
предпочтительно около 3-200 сантипуаз, а особенно предпочтительно около 5-100 сантипуаз. Жидкость-носитель настоящего изобретения может быть использована, в основном,
в количестве, составляющем от около 50 до 95, предпочтительно от около 55 до 90, а особенно предпочтительно от около 65 до 80 % по объему всего магнитореологического материала. Если жидкость-носитель и компонент в виде частиц, используемые в
магнитореологическом материале, имеют удельный вес около 0,95 и 8,10, соответственно,
то количество жидкости-носителя составляет около 10,5-69,0, предпочтительно около
12,5-51,4, а особенно предпочтительно около 17,9-31,9 мас. %.
Для диспергирования компонента, состоящего из частиц, настоящего изобретения,
может быть также использовано (но необязательно) поверхностно-активное вещество
(ПАВ). Такими поверхностно-активными веществами являются известные ПАВ или диспергирующие агенты, такие как олеат или нафталинат железа, металлические мыла (например, тристеарат и дистеарат алюминия), щелочные мыла (например, стеарат лития и
натрия), сульфонаты, сложные эфиры фосфорной кислоты, стеариновая кислота, моноолеат глицерина, сорбитансесквиолеат, стеараты, лаураты, жирные кислоты, жирные спирты,
и другие поверхностно-активные вещества, описанные в патенте США 3 047 507 (содержание которого вводится в настоящее описание посредством ссылки). Кроме того, необязательно используемое поверхностно-активное вещество может состоять из стерических
стабилизаторов, включая полимеры фтороалифатических сложных эфиров, такие как FC-430
(3М Corporation), и титанатные, алюминатные или цирконатные связующие агенты, например такие связующие агенты, как KENPEACT (Kenrich Petrochemicals, Jnc.). В качестве поверхностно-активных веществ могут быть также использованы (но необязательно)
7
BY 4973 C1
гидрофобные порошки окисей металлов, например такие, как AEROSIL R 972, R 974, EPR 976,
R 805 и R 812 (Degussa Corporation), и CABOSIL TS-530, и ТS-610 (Cabot Corporation), поверхностно-активированный гидрофобный коллоидальный диоксид кремния. И наконец,
для диспергирования компонента, состоящего из частиц, может быть использован осажденный силикагель, например описанный в патенте США 4 992 190 (вводимый в настоящее
описание посредством ссылки). Для снижения содержания влаги в магнитореологическом
материале, предпочтительно, чтобы осажденный силикагель (если он используется) был
осушен в конвекционной печи при температуре от около 110 до 150 °С и в течение периода времени, составляющего от около 3 до 24 часов.
Предпочтительными поверхностно-активными веществами (если они используются)
являются гидрофобный коллоидальный диоксид кремния, "осушенный" осажденный силикагель, сложный эфир фосфорной кислоты, полимер фторалифатических сложных эфиров или связующий агент. Указанное необязательное поверхностно-активное вещество
может быть использовано в количестве, составляющем от около 0,1 до 20 мас. %, по отношению к массе компонента из частиц.
В магнитореологических материалах настоящего изобретения осаждение частиц может быть минимизировано путем образования тикскотропной пространственной сетчатой
структуры. Указанная тиксотропная пространственная структура может быть определена
как суспензия частиц, которая при низких скоростях сдвига образуют рыхлую сетчатую
структуру или структуру, которую до некоторой степени можно определить как кластерную или флоккулярную структуру. Наличие указанной трехмерной структуры придает
магнитореологическому материалу небольшую степень жесткости, что способствует снижению осаждения частиц. В случае, если сдвигающее усилие прилагается посредством
легкого перемешивания, то указанная структура легко разрушается или диспергируется.
Однако если действие сдвигающего усилия прекращается, то указанная рыхлая сетчатая
структура восстанавливается через определенный промежуток времени.
Тиксотропную сетку или структуру образуют посредством использования тиксотропного агента, образующего водородные связи, и/или модифицированной полимером окиси
металла. Образованию тиксотропной сетчатой структуры может также способствовать использование коллоидальных добавок. Образование тиксотропной сетчатой структуры
с использованием тиксотропных агентов, образующих водородные связи, полимермодифицированных окисей металлов и коллоидальных добавок более подробно описано в
патентной заявке США под названием "Thixotropic Magnetorheological Materials", поданной заявителями K.D. Weiss, D.A. Nixon, J.D. Carlson и A.J. Margida одновременно с настоящей заявкой, а также переуступленной данному правоприемнику, причем полное
раскрытие указанной заявки вводится в настоящее описание посредством ссылки.
Образованию тиксотропной сетчатой структуры настоящего изобретения может способствовать добавление низкомолекулярных соединений, образующих водородные связи,
например таких, как вода и другие молекулы, содержащие гидроксильные, карбоксильные
или аминовые функциональные группы. Помимо воды, типичными низкомолекулярными
соединениями, образующими водородные связи, являются метиловый, этиловый, пропиловый, изопропиловый, бутиловый и гексиловый спирты; этиленгликоль; диэтиленгликоль; припиленгликоль; глицерин; алифатические, ароматические и гетероциклические
амины, такие как первичные, вторичные и третичные аминоспирты и сложные аминоэфиры, имеющие в молекуле 1-16 атомов углерода; метил-, бутил-, октил-, додецил-, гексадецил-,
диэтил-, диизопропил- и дибутиламины; пропаноламин; этоксиэтиламин; диоктиламин;
триэтиламин; триметиламин; трибутиламин; этилен-диамин; пропилен-диамин; триэтаноламин; триэтилентетрамин, пиридин; морфолин; имидазол; и их смеси. Низкомолекулярные
соединения, образующие водородные связи, обычно присутствуют (если они используются) в количестве от около 0,1 до 10,0, а предпочтительно от около 0,5 до 5,0 мас. %, по отношению к массе твердого компонента, состоящего из частиц.
8
BY 4973 C1
Магнитореологические материалы настоящего изобретения могут быть получены сначала путем размешивания ингредиентов вручную (малое сдвиговое усилие) с использованием шпателя, а затем путем более интенсивного размешивания (большое сдвиговое
усилие) с использованием гомогенизатора, механической мешалки или шейкера либо путем диспергирования с использованием соответствующего размалывающего устройства,
такого как шаровая мельница, песочная мельница, фрикционная мельница, коллоидальная
мельница, краскотерка или т.п., в целях образования более стабильной суспензии.
Оценка механических свойств и характеристик магнитореологических материалов настоящего изобретения, а также других магнитореологических материалов может быть
осуществлена путем реометрии с использованием вискозиметра с параллельными дисками
и/или вискозиметра Куэтта с коаксиальным цилиндром. Теория, лежащая в основе указанных методов, подробно описана в работе S, Ока "Rheology, Theory and Application
(volum 3, F.R. Eirich, ed., Academic Press; New York, 1960), полное содержание которой
вводится в настоящее описание посредством ссылки. Данные, которые могут быть получены с помощью вышеуказанных вискозиметров, представляют собой значения механического сдвигового напряжения как функции скорости деформации сдвига. Для
магнитореологических материалов, определение динамического предела текучести и вязкости может быть осуществлено путем моделирования данных зависимости сдвигового
напряжения от скорости деформации сдвига исходя из пластической модели Бингама. В
пределах указанной модели динамический предел текучести для магнитореологического
материала соответствует отрезку с нулевой скоростью, отсекаемому кривой линейной
регрессии на координатной оси, построенной для полученных данных. Магнитореологический эффект при воздействии данного магнитного поля может быть также определен
как разность между динамическим пределом текучести, измеренным при этом магнитном
поле, и динамическим пределом текучести, измеренным при отсутствии магнитного поля.
Вязкость магнитореологического материала соответствует тангенсу угла наклона кривой
линейной регрессии, построенной для полученных данных.
При использовании вискозиметра с коаксиальными цилиндрами магнитореологический материал помещают в кольцевой зазор, образующий между внутренним цилиндром
радиуса R1 и внешним цилиндром радиуса R2, а при использовании вискозиметра с параллельными дисками материал помещают в плоский зазор, образующийся между верхним и
нижним дисками радиусом R3. Затем один из дисков или цилиндров вращают с угловой
скоростью ω, а другой диск или цилиндр остается неподвижным. Наложение магнитного
поля осуществляют через наполненный жидкостью зазор либо радиально, в случае использования вискозиметра с коаксиальными цилиндрами, либо аксиально, в случае использования вискозиметра с параллельными дисками. Затем, исходя из угловой скорости
и вращающего момента Т, направленного на сохранение угловой скорости или противодействие ей, определяют отношение между сдвиговым напряжением и скоростью
деформации сдвига.
Нижеприведенные примеры представлены для иллюстрации осуществления настоящего изобретения и не должны рассматриваться как некое ограничение его объема.
Пример 1.
Магнитореологический материал получали путем первоначального размешивания
112,00 г порошка железокобальтого сплава, состоящего из [48 %] Fe/[50 %] Co/[2 %] V и
поставляемого Ultra Fine Powder Technologies, 2,24 г стеариновой кислоты (Aldrich Chemical Company), используемой в качестве диспергирующего агента, и 30,00 г силиконового
масла с вязкостью 200 сантистокс (сСт) (L-45, Union Carbide & Plastics Company, Jnc.). В
этом магнитореологическом материале массовое количество частиц железокобальтового
сплава соответствует объемной фракции 0,30. Гомогенности магнитореологического материала достигали путем диспергирования в течение 24 часов на фрикционной мельнице.
9
BY 4973 C1
Перед использованием магнитореологический материал хранили в полиэтиленовом контейнере.
Сравнительный пример 2.
В соответствии с процедурой, описанной в примере 1, получали магнитореологический материал. В данном примере компонент в виде частиц состоял из 117,90 г изоляционного порошка восстановленного карбонильного железа (MICROPOWDER R-2521, GAF
Chemical Corporation; аналогичного порошку с прежним названием GQ 4 и GS 6). Для сохранения объемной фракции компонента из частиц на уровне 0,30 использовали соответствующее количество стеариновой кислоты и силиконового масла. Полученный
магнитореологический материал хранили в полиэтиленовом контейнере вплоть до его использования.
Магнитореологическая активность.
Магнитореологические материалы, полученные в примерах 1 и 2, оценивали путем
реометрии с использованием вискозиметра с параллельными дисками. На фигуре представлены величины пределов текучести в зависимости от напряженности магнитного поля,
полученные для указанных магнитореологических материалов при 25 °С. Магнитореологические материалы, полученные с использованием частиц, состоящих из железокобальтового сплава (пример 1), имеют более высокие значения пределов текучести, чем материалы,
полученные с использованием изоляционного порошка из восстановленного карбонильного железа (пример 2). При напряженности магнитного поля в 6000 Эрстед магнитореологический материал, содержащий частицы из железокобальтового сплава, имеет предел
текучести, который на 70 % превышает предел текучести магнитореологического материала, полученного на основе восстановленного железа.
Как видно из фигуры, использование частиц из железного сплава настоящего изобретения
дает возможность получить магнитореологический материал, имеющий предел текучести,
значительно превышающий пределы текучести магнитореологических материалов, полученных с использованием традиционных частиц из железа.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
173 Кб
Теги
by4973, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа