close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY 02405

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2405
(13)
C1
6
(51) C 09K 3/00
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
ТЕКУЧАЯ КОМПОЗИЦИЯ С ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКИМИ
СВОЙСТВАМИ
(72) Авторы: Колик В.Л., Коробко Е.В., Глоба И.И.
(21) Номер заявки: 960043
(BY), Л.Цоу (CN), Чан-Хо Ким (KR)
(22) 06.02.1996
(73) Патентообладатель: Академический
научный
(46) 30.09.1998
комплекс "Институт тепло- и массообмена им.
(71) Заявитель: Академический научный комплекс
А.В. Лыкова" НАН Беларуси (BY)
"Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова" НАН Беларуси (BY)
(57)
Текучая композиция с электрореологическими свойствами на основе минерального масла, диатомита и
карбонильного железа, образующих суспензию, отличающаяся тем, что она содержит карбонильное железо, предварительно обработанное 2,5-7,5%-ным раствором полистирола в толуоле, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
диатомит
2,5-12,5
карбонильное железо, предварительно обработанное
2,5-7,5%-ным раствором полистирола в толуоле
до 7,5
минеральное масло
остальное.
(56)
1. А.с. СССР 336755, МПК1 Н 02n 1/10, 1972.
2. А.с. СССР 1685968, МПК5 С 09 К 3/00, 1991.
3. Весцi АН БССР, сер. физ.-энерг. навук, 1976, № 4.-С.123-127 (прототип).
4. Реология полимерных и дисперсных систем и реофизика: Материалы VIII Всесоюзного симпозиума по
реологии (Гомель, 27-31 мая 1974). Часть 2. - Минск, 1975.-С.40-47.
Изобретение относится к составам текучих композиций, реагирующих на действие электрического поля
возрастанием эффективной вязкости, и используемых в машиностроении, приборостроении, робототехнике
для управления течением рабочей жидкости в гидравлических устройствах (демпферах, вибраторах, приводах и т.д.).
Надежная работа гидравлической системы с использованием текучих композиций, реагирующих на действие электрического поля (так называемых электрореологических суспензий - ЭР-суспензий), может быть
обеспечена при том условии, что такая композиция в отсутствие электрического поля имеет вязкость, обеспечивающую в процессе транспорта прохождение через демпферы, задвижки и другие устройства. В то же
время вязкость такой композиции в рабочем органе (клапане, демпфере, вибраторе и др.) должна под действием поля существенно возрастать, чем обеспечивается стабильная работа гидравлической системы.
Известно рабочее вещество для диэлектрических двигателей [1], состоящее из диатомита (10-0,5%) и
авиационного масла гидравлического (90-99,5 %). Эта ЭР-суспензия может применяться в гидравлических
системах.
Недостатком данной ЭР-композиции является то, что даже при максимально возможных напряженностях
электрического поля, которые способна выдержать композиция до электрического пробоя, эффективная вязкость ее возрастает на более чем в 2,5 раза, а электрореологическая чувствительность в 1,5 раза. Причина
этого состоит в том, что вода, как активатор, уходит с поверхности частиц диатомита, тем самым снижая количество связанных электрических зарядов и общий заряд частиц. ЭР-суспензия теряет свои электрореологические свойства.
Под электрореологической чувствительностью ЭР-суспензии понимают величину К = ∆τ(с)/∆Е, где ∆τ - приращение напряжения сдвига, Па, соответствующее приращению электрического напряжения ∆Е, В, с - концентрация наполнителя, мас.%.
Известна текучая композиция с электрореологическими свойствами, не содержащая воду и приготовленная на основе минерального масла и воздушно-сухого наполнителя - оксида алюминия, образующих ЭР-
BY 2405 C1
суспензию [2]. В эту суспензию входят оксид алюминия (1-7 мас.%), фосфат целлюлозы (1-13 мас.%), остальное - минеральное масло.
Такое сочетание компонентов является наиболее приемлемым и обеспечивает в лучшем случае возрастание
эффективной вязкости в 2 раза по сравнению с вязкостью без электрического поля. Электрореологическая чувствительность такой суспензии (К) также повышается незначительно. Попытки увеличения суммарного содержания наполнителя свыше 20 мас.% приводит к резкому возрастанию вязкости без поля и потере текучести, что
является серьезным недостатком электрореологических композиций, используемых в качестве гидроносителя.
С другой стороны, увеличение напряженности электрического поля выше, чем 2,6 кВ/мм, приводит к коронному разряду в композиции и потере ЭР-суспензией электрореологических свойств.
Наиболее близкой по составу является текучая композиция, состоящая из диатомита (50 мас.%), размешанного в
веретенном масле с добавками 1,3 и 6 мас.% порошка карбонильного железа [3]. Эта текучая композиция принята нами за прототип. Электрореологическая чувствительность такой суспензии в электрическом поле повышается не более чем в 1,5 раза.
Окисная пленка, которая образуется на частицах карбонильного железа при его изготовлении, чрезвычайно
тонка и, хотя и делает карбонильное железо диэлектриком, но при напряжении 1000 В и зазоре между электродами,
равном 1 мм, наблюдается сквозная электрическая проводимость и наступает электрический пробой, при котором
силовое действие электрического поля на суспензию прекращается. Поэтому такая композиция незначительно повышает свою эффективную вязкость. Кроме того, столь вязкую суспензию затруднительно применять в гидравлических устройствах, поскольку не обеспечивается проток данной суспензии по гидравлическому контуру.
Задачей настоящего изобретения является получение текучей ЭР-суспензии с повышенными электрореологическими свойствами. Она решается созданием текучей композиции с электрореологическими свойствами на основе минерального масла, диатомита и карбонильного железа, образующих ЭР-суспензию, которая
содержит карбонильное железо, предварительно обработанное 2,5-7,5 %-ным раствором полистирола в толуоле, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
диатомит -2,5-12,5;
карбонильное железо предварительно обработанное 2,5-7,5 %-ным раствором полистирола в толуоле - до
7,5;
минеральное масло - остальное.
В эксперименте в качестве минерального масла используют осушенное трансформаторное масло, имеющее диэлектрическую проницаемость ε = 2,3 и электрическое сопротивление 1010Ом.см.
В качестве наполнителя применяется тонко измельченный диатомит (фракции с размерами не выше 25
мкм 6 % влажности) и порошок карбонильного железа (частицы с размерами не больше 25 мкм), обработанный раствором полистирола в толуоле.
Измерение эффективной вязкости проводилось на модифицированной ячейке вискозиметра "Реотест-2" в диапазоне напряженностей электрического поля 0,5-2,5 кВ/мм при постоянной скорости сдвига γ = 27,0 с-1. Рассчитывалась
эффективная вязкость η по формуле η = τ/γ, где τ - касательное напряжение сдвига, и электрореологическая чувствительность К по формуле К = ∆τ(с)/∆Е. Использование в ЭР-суспензии частиц карбонильного железа, обработанных
2,5-12,5 мас.% раствором полистирола в толуоле, показало, что оптимальное содержание последнего ϕ находится в
диапазоне 2,5-7,5 %. Как меньшее, так и большее количество полистирола в толуоле значительно снижают эффективную вязкость при прочих равных условиях (скорость сдвига, интенсивность внешнего электрического поля, температура и др.) (табл. 1). Что касается количества карбонильного железа, то его введение в состав ЭР-суспензии приводит к
увеличению эффективной вязкости при содержании, составляющем не более 7,5 мас.% (табл. 2).
Предлагаемая текучая композиция приготавливается следующим образом. В осушенное минеральное
масло (например трасформаторное) добавляют отмученный в воде и высушенный до влажности ~ 6 % диатомит (плотность 1,5-1,8 г/см3, пористость 75%, диэлектрическая проницаемость ε = 2,2, фракционность 0,325 мкм). После тщательного размешивания на лабораторной мешалке в течение 25-30 минут в нее добавляют
заранее приготовленный порошок карбонильного железа марки Р-10, обработанный раствором полистирола.
Обработку карбонильного железа раствором полистирола выполняют следующим образом. В раствор полистирола заданной концентрации в толуоле при его интенсивном перемешивании добавляют тонкой струйкой порошок карбонильного железа. После внесения всей массы порошка перемешивание продолжают в
течение 1,5-2 часов. Затем смесь отстаивают в течение 30 минут до осаждения карбонильного железа. Раствор
полистирола сливают, а оставшуюся смесь фильтруют через стеклянный фильтр, размер пор которого меньше размера частиц карбонильного железа. Осадок сушат при комнатной температуре в течение 5-6 часов. После этого
частицы железа не слипаются между собой и не образуют комков, а толуол испаряется.
Суспензию вновь тщательно перемешивают на лабораторной мешалке в течение 10-15 минут до рабочего
состояния.
В состав предлагаемой текучей композиции входят мелкодисперсные частицы диатомита и карбонильного железа (размер до 25 мкм). Сильно развитая поверхность этих частиц имеет высокую адсорбционную
способность, что обеспечивает хорошую седиментационную устойчивость композиции, т.е. она не расслаивается со временем.
2
BY 2405 C1
Известно, что возрастание эффективной вязкости суспензий в электрическом поле происходит вследствие построения прочных структур из частиц дисперсной фазы, ориентированных вдоль силовых линий и связанных с
электродами, расположенными на некотором расстоянии параллельно друг другу. Суспензия диатомита в минеральном масле повышает свою эффективную вязкость при воздействии на нее электрическим полем, т.е. ее электрореологическая чувствительность повышается. Но возрастание электрореологической чувствительности для
диатомитовых суспензий, как показано в [4], не превышает 1,5 раза даже при сильных электрических полях вплоть
до напряжения, при котором происходит электрический пробой ЭР-суспензии.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое решение отличается тем, что частицы карбонильного железа дополнительно содержат пленку полистирола. Это приводит к возрастанию эффективной вязкости композиции в электрическом поле в 91 раз, а электрореологическая чувствительность ее
повышается более чем в 3 раза.
Физическая сущность этого явления состоит в том, что покрытие пленкой из раствора полистирола в толуоле поверхности частиц карбонильного железа, толщина которой увеличивается с ростом концентрации
полистирола, создает оптимальный заряд взаимодействующих частиц. При содержании полистирола в растворе до 5 % тонкая пленка на частицах имеет дефекты, т.е. частицы имеют непокрытые участки. Из-за этого
возникает сквозной ток проводимости в ЭР-суспензии в электрическом поле, и силовое воздействие поля на
суспензию незначительно. Ток проводимости уменьшается с увеличением толщины пленки.
При содержании полистирола в растворе более 5 % происходит дальнейшее утолщение пленки и в результате этого диэлектрические свойства частиц карбонильного железа становятся преобладающими. Частицы как бы
отодвинуты одна от другой двумя толщинами пленки, и цепочки, выстроенные из них в электрическом поле,
действуют слабо и потому легко разрушаются гидродинамическим потоком ЭР-суспензии. Эффективная вязкость суспензии снижается.
Оптимальное количество карбонильного железа в композиции (2,5-7,5 %) объясняется тем, что дальнейшее увеличение массы порошка в суспензии приводит к уплотнению частиц железа между собой, а следовательно, к возникновению электронной проводимости, что снижает электрореологическую чувствительность
ЭР-суспензии. Кроме того, исходная вязкость суспензии возрастает настолько, что текучесть ее снижается и
создает невозможность использования такой композиции в гидросистемах.
Таблица 1
Зависимость эффективной вязкости ЭР-суспензии карбонильного железа Fе2O3, обработанного раствором
полистирола в толуоле, и диатомита в трансформаторном масле от процентного содержания полистирола
в толуоле при подаваемом электрическом напряжении U = 500 В, скорости сдвига γ = 27 с-1 ,
температуре t = 22 °С
ϕ, %
0
2,5
5,0
7,5
10
η, Па⋅с
0,60
0,81
0,95
0,8
0,75
Таблица 2
Зависимость эффективной вязкости ЭР-суспензии карбонильного железа Fе 2 O 3 и диатомита в
трансформаторном масле от концентрации карбонильного железа, обработанного 5%-ным
раствором полистирола в толуоле при подаваемом электрическом напряжении U = 500 В, скорости сдвига γ = 27 с -1 , температуре t = 22 °С
ϕ, %
0
2,5
5,0
7,5
10
12,5
η, Па⋅с
2,65
2,90
3,0
2,62
0,75
0,50
Cоставитель А.Ф. Фильченкова
Редактор Т.А. Лущаковская
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
166 Кб
Теги
патент, 02405
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа