close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 10460

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.04.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 10460
(13) C1
(19)
C 09K 3/00
ТЕКУЧАЯ КОМПОЗИЦИЯ С ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКИМИ
СВОЙСТВАМИ
(21) Номер заявки: a 20051205
(22) 2005.12.07
(43) 2007.08.30
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Коробко Евгения Викторовна; Ещенко Людмила Семеновна; Бедик Наталья Александровна;
Жук Галина Михайловна; Глеб Владимир Константинович (BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси"
(BY)
(56) SU 1685968 A1, 1991.
SU 898574, 1982.
SU 1654312 A1, 1991.
BY 2405 C1, 1998.
JP 8-41473 A, 1996.
BY 10460 C1 2008.04.30
(57)
Текучая композиция с электрореологическими свойствами, содержащая минеральное
масло и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя содержит гидратированный оксид алюминия в форме псевдобемита состава Al2O3 ⋅ nH2O, где n означает
1,46-2,80, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
10
Al2O3 ⋅ nH2O
минеральное масло
90.
Изобретение относится к составам текучих композиций, реагирующих на действие
электрического поля изменением реологических свойств, в частности возрастанием эффективной вязкости, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении,
робототехнике и других областях техники.
BY 10460 C1 2008.04.30
Известна рабочая среда для электростатических двигателей на основе непроводящих
жидкостей [а.с. СССР 898574, МПК Н 02N 1/10, 1982], где в качестве наполнителя использована окись алюминия, активированная водой, которую предварительно высушивают или увлажняют (в парах воды или замачиванием) до требуемых значений содержания
воды, при следующем количественном соотношении компонентов, вес %:
окись алюминия
0,5-4,0
вода
0,05-0,4
моноолеат глицерина
0,5-6,0
вакуумное масло
89,6-98,95.
Недостатком данной композиции является то, что вода, входящая в состав гидратированного оксида алюминия, при повышении температуры десорбируется, что уменьшает
активность наполнителя и, следовательно, снижает электрореологический эффект.
Известна электрореологическая суспензия [а.с. СССР 1685968, МПК С 09К 3/00,
1991], применяемая в гидравлических системах и представляющая собой текучую композицию, приготовленную на основе трансформаторного (минерального) масла и содержащую в качестве наполнителя модифицированный воздушно-сухой (безводный) оксид
алюминия, получаемый в виде волокон путем термоокисления алюминированных углеродных волокон при 700-900 °С, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
модифицированный оксид алюминия
2,6-5,4
трансформаторное масло
остальное.
Недостатком данной композиции является то, что получение волокнистого оксида
алюминия является дорогостоящим, трудоемким процессом, требующим больших энергозатрат.
Известна текучая композиция с электрореологическими свойствами [а.с. СССР 1685968,
МПК С 09R 3/1, 1991 - прототип] на основе минерального масла и воздушно-сухого наполнителя - оксида алюминия, образующих суспензию. И дополнительно содержащую воздушно-сухой фосфат целлюлозы, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
оксид алюминия
1-7
фосфат целлюлозы
1-13
минеральное масло
остальное.
Максимальное увеличение эффективной вязкости (порядка 150 раз при напряженности электрического поля 4,5 кВ/мм) указанной композиции в электрическом поле наблюдается при соотношении компонентов, мас. %: оксид алюминия - 3,3; фосфат целлюлозы 6,7; минеральное масло - 90.
Однако рассматриваемая электрореологическая суспензия обладает относительно невысоким приростом эффективной вязкости, кроме того, использование фосфата целлюлозы усложняет состав композиции, что приводит к увеличению ее стоимости.
Задачей изобретения является улучшение электрореологических свойств текучей композиции за счет повышения прироста эффективной вязкости в электрическом поле и упрощение состава электрореологической жидкости, что приведет к снижению ее
себестоимости.
Поставленная задача решается следующим образом. В известной текучей композиции
с электрореологическими свойствами, содержащей минеральное масло и наполнитель, согласно изобретению в качестве наполнителя используют гидратированный оксид алюминия в форме псевдобемита состава Аl2О3 ⋅ nН2О, где n означает 1,46-2,80, при следующем
соотношении компонентов, мас. %:
10
Аl2О3 ⋅ nН2O
минеральное масло
90.
Количество молей воды 1,46-2,8 обеспечивает прирост эффективной вязкости в 1,2-1,4
раза выше, чем у прототипа, а за счет введения в состав наполнителя химически связанной
воды снижается расход химических компонентов.
2
BY 10460 C1 2008.04.30
Необходимость применения гидратированного оксида алюминия именно в форме
псевдобемита обусловлена тем, что эта форма содержит именно такое количество воды,
которое приводит к наибольшему приросту эффективной вязкости в электрическом поле.
В приведенных примерах рассматриваются различные составы заявляемой электрореологической суспензии.
Пример 1.
Смешивают 4 г (10 мас. %) оксида алюминия и 36 г (90 мас. %) минерального масла и
растирают до получения однородной суспензии. В качестве наполнителя используют гидратированный оксид алюминия в форме псевдобемита брутто-состава Аl2О ⋅ 1,46Н2О
(таблица, образец № 2), который получают следующими стадиями: осаждением водным
раствором аммиака соли алюминия; выдержкой при температуре 100 °С; фильтрованием;
отделением и отмыванием осадка; высушиванием на воздухе и последующей термообработкой гидратированного оксида алюминия при 170 °С.
В качестве минерального масла используют осушенное трансформаторное масло,
имеющее диэлектрическую проницаемость ε = 2,3 и электрическое сопротивление
1010 Ом⋅см. Максимальная эффективная вязкость текучей композиции с данным наполнителем составила ηэфф. = 6745 мПа⋅с (это в 1,4 раза больше, чем увеличение эффективной
вязкости у прототипа при том же значении величины приложенного электрического поля)
при напряженности электрического поля Е = 2,2 кВ/мм. Количество молей воды в составе
оксида алюминия менее указанного предела 1,46, входящего в наполнитель, ведет к
уменьшению прироста эффективной вязкости в электрическом поле (таблица, образец
№ 1).
Пример 2.
Смешивают 4 г (10 мас. %) оксида алюминия и 36 г (90 мас. %) минерального масла и
растирают до получения однородной суспензии. В качестве наполнителя используют гидратированный оксид алюминия в форме псевдобемита брутто-состава Аl2О3 ⋅ 2,16Н2О
(таблица, образец № 3), который получают следующими стадиями: осаждением водным
раствором аммиака соли алюминия; выдержкой при комнатной температуре; фильтрованием; отделением и отмыванием осадка; высушиванием на воздухе и последующей термообработкой гидратированного оксида алюминия при 170 °С.
В качестве минерального масла используют осушенное трансформаторное масло,
имеющее диэлектрическую проницаемость ε = 2,3 и электрическое сопротивление
1010 Ом⋅см. Максимальная эффективная вязкость текучей композиции с данным наполнителем составила ηэфф. = 5340 мПа⋅с (это в 1,4 раза больше, чем увеличение эффективной
вязкости у прототипа при том же значении величины приложенного электрического поля)
при напряженности электрического поля Е = 2,45 кВ/мм.
Пример 3.
Смешивают 4 г (10 мас. %) оксида алюминия и 36 г (90 мас. %) минерального масла и
растирают до получения однородной суспензии. В качестве наполнителя используют гидратированный оксид алюминия в форме псевдобемита брутто-состава Аl2О3 ⋅ 2,8Н2О (таблица, образец № 4), который получают следующими стадиями: осаждением водным
раствором аммиака соли алюминия; выдержкой при комнатной температуре; фильтрованием; отделением и отмыванием осадка; высушиванием на воздухе и последующей термообработкой гидратированного оксида алюминия при 105 °С.
В качестве минерального масла используют осушенное трансформаторное масло,
имеющее диэлектрическую проницаемость ε = 2,3 и электрическое сопротивление
1010 Ом⋅см. Максимальная эффективная вязкость текучей композиции с данным наполнителем составила ηэфф. = 5129 мПа⋅с (это в 1,2 раза больше, чем увеличение эффективной
вязкости у прототипа при том же значении величины приложенного электрического поля)
при напряженности электрического поля Е = 2,2 кВ/мм. Количество молей воды в составе
3
BY 10460 C1 2008.04.30
№ п/п
оксида алюминия более указанного предела 2,8, входящего в наполнитель, ведет к отсутствию электрореологического эффекта (таблица, образец № 5 и пример 4).
Пример 4.
Смешивают 4 г (10 мас. %) оксида алюминия и 36 г (90 мас. %) минерального масла
и растирают до получения однородной суспензии. В качестве наполнителя используют
гидратированный оксид алюминия в форме слабоокристаллизованного аморфного псевдобемита брутто-состава Аl2О3 ⋅ 3,6Н2О (таблица, образец № 5), который получают следующими стадиями: осаждением водным раствором аммиака соли алюминия;
выдержкой при температуре 100 °С; фильтрованием; отделением и отмыванием осадка;
высушиванием на воздухе.
В качестве минерального масла используют осушенное трансформаторное масло,
имеющее диэлектрическую проницаемость ε = 2,3 и электрическое сопротивление
1010 Ом⋅см. При наложении электрического поля напряженностью Е = 0,25 кВ/мм происходит пробой - в суспензии регистрируется сквозной ток, т.о. делается вывод, что количество молей воды в составе оксида алюминия более указанного предела 2,8, входящего в
наполнитель, ведет к отсутствию электрореологического эффекта.
На фигуре представлен сравнительный график изменения эффективной вязкости в
электрическом поле для образцов, описанных в прототипе и для заявляемых образцов.
Заявляемые образцы:
10 % суспензия Аl2О3 в минеральном (трансформаторном) масле:
1 - 1,46 моль Н2О на 1 моль Аl2О3;
2 - 2,16 моль Н2О;
3 - 2,8 моль Н2О;
Прототип.
4 - 3,3 % Аl2О3 + 6,7 % фосфата целлюлозы в трансформаторном масле;
5 - 10 % суспензия Аl2О3 в трансформаторном масле.
Сравнительный график показывает, что по сравнению с прототипом (кривые 4, 5)
заявляемые образцы проявляют гораздо более высокий (кривые 1, 2) или сравнимый
(кривая 3) электрореологический эффект при меньших значениях прилагаемого электрического поля. Причем в рецептуру предлагаемых образцов дополнительно не вводится дорогостоящий фосфат целлюлозы, а эффективность суспензии повышается
только за счет присутствия в наполнителе химически связанной координированной воды. Т.е. заявляемые образцы и образец прототипа, описываемый кривой 5, одинаковы
по химическому составу, а прирост эффективной вязкости у заявляемых образцов значительно выше (кривые 1, 2), чем у самого лучшего образца прототипа (кривая 4).
В таблице приведены данные измерений эффективной вязкости текучей композиции с
электрореологическими свойствами ηэфф. [мПа⋅с] при изменении напряженности электрического поля Е [кВ/мм] и скорости сдвига γ = 41,7с-1 для предлагаемых составов.
1
2
3
4
5
Состав наполнителя
Мольное
соотношение
Аl2O3 Н2О
1
1,01
1
1,46
1
2,16
1
2,80
1
3,60
Массовая
доля, %
Аl2O3 Н2O
84,8
15,2
79,4
20,6
72,2
27,8
66,9
33,1
61,5
38,5
Эффективная вязкость ЭРЖ* ηэфф. [мПа·с]
при напряженности электрического поля Е[кВ/мм]
E=0
E = 1,0 E = 1,25 E = 1,96 E = 2,2 E = 2,45
36
43
29
29
43
43
1686
1265
1265
-
* ЭРЖ - электрореологическая жидкость.
4
43
2530
1686
1827
-
43
5762
4075
3865
-
43
6745
4637
-
5340
-
BY 10460 C1 2008.04.30
Испытания композиций проводились на стандартном вискозиметре "Реотест", на
электрореологическую ячейку которого подавали электрическое напряжение от генератора импульсов ГИ-6. В ячейку помещали 40 мл суспензии, замеряли касательное напряжение сдвига γ и рассчитывали эффективную вязкость η = τ/γ, где τ - касательное
напряжение сдвига. Степень электрореологической чувствительности оценивали по изменению вязкости η, соответствующему фиксированному значению напряженности
электрического поля.
Как видно из примеров, характеристики текучей композиции зависят от содержания
Н2О в исследуемых наполнителях и, в частности, от содержания химически связанной координированной воды. Так, наибольшие значения эффективной вязкости (ηэфф. ≈ 53406745 мПа⋅с при Е = 2,2-2,45 кВ/мм) наблюдались в случае использования псевдобемита
состава Аl2О3 ⋅ nН2О, где n = 1,46-2,8 моль, который получали следующими стадиями:
осаждением водным раствором аммиака соли алюминия; выдержкой при комнатной температуре или при температуре 100 °С; фильтрованием; отделением и отмыванием осадка;
высушиванием на воздухе и последующей термообработкой гидратированного оксида
алюминия при 170 °С. Это в 1,4 раза больше, чем увеличение эффективной вязкости у
прототипа при тех же значениях величины приложенного электрического поля. Из примеров и из таблицы 1 видно, что как меньшее (1,01 моль), так и большее (3,6 моль) содержание воды в наполнителе уменьшает электрореологический эффект. Оптимальным является
содержание воды 1,46-2,8 моля на 1 моль оксида алюминия.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать текучую композицию с
повышенными электрореологическими свойствами, упрощает состав текучей композиции
и снижает ее себестоимость за счет замены дорогостоящего фосфата целлюлозы химически связанной водой и решает поставленную задачу увеличения прироста эффективной
вязкости в электрическом поле при уменьшении себестоимости конечного продукта.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
124 Кб
Теги
10460, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа