磁性橡皮泥的力学性能研究

【作者】 宣守虎； 张燕丽； 江万权； 龚兴龙；

【机构】 中国科学技术大学近代力学系,中国科学院材料力学行为与设计重点实验室； 中国科学技术大学化学系；

【摘要】 磁流变材料是由软磁颗粒和非磁性基体(包括液态的硅油及固态的聚合物等)复合而成,在磁场作用下,磁流变材料的流动性能和力学性能可以迅速地对外加磁场产生响应从而发生变化。这种变化响应迅速、可逆性好,可以实现材料力学性能的连续变化。基于这种特殊的磁流变效应,磁流变材料在航空航天、汽车、振动控制、医学、建筑、海洋工程和防灾减灾领域获得了多种应用,展现出广阔的发展前景。随着对该材料需求的迅速增长,高性能磁流变材料的研究得到了不断的深化及拓展,有力地推动了新型磁流变材料的研制设计、机理探索以及相关器件的开发。由于磁流变液稳定性较差,而磁流变弹性体的磁流变效应比较小,因此具有高磁流变效应和高稳定性的新型磁流变材料成为一个新的研究重点。本工作将微米级的羰基铁粉颗粒分散在聚合物基体中,制备了一种新型的磁流变橡皮泥材料。系统地研究了颗粒含量、磁场、应变幅值和温度等对材料动态力学性能的影响。实验结果表明,在室温条件下,本材料具有非溶剂型磁流变胶的物理特性,随着外加磁场的增强,其剪切储能模量明显升高。在最佳铁粉含量条件下,材料的磁致模量可以达到4.23 MPa,相对磁流变效应达到了300%。随着材料中铁粉含量的增加,其应变幅值也相应提高。在高温条件下,由于橡皮泥材料的相变特性,本材料由塑性状态转化成流体状态。其粘度随着外磁场的变化而变化,具有典型的磁流变液特征。该磁流变材料较稳定,沉降性能好,可以随温度变化在磁流变液和磁流变胶之间自由转换,并且保持稳定的力学性能,这为它们在一些特殊条件下的应用提供了保障。更多还原