一种磁流变弹性体的制备装置、系统和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种磁流变弹性体的制备装置、系统和方法，包括XY平面的水平方向磁路模块、Z轴的垂直方向磁路模块、磁场强度检测线圈和加热模块；所述水平方向磁路模块用于激发X轴方向和Y轴方向的磁场；所述垂直方向磁路模块用于激发三维磁场的Z轴方向的磁场；所述MREs溶液容器被设置于三维磁场的中心；所述磁场强度检测线圈被设置于所述MREs溶液容器的相应位置，用于检测三维磁场的分布；所述加热模块用于加热和固化MREs溶液容器中已被磁化的MREs溶液。本发明专利技术的磁流变弹性体材料的制备装置，通过激发三维磁场的不同维度，可产生一维恒定磁场、平面二维旋转磁场或复合的三维磁场，以满足不同聚链结构磁流变弹性体的制备。

A preparation device, system and method of magnetorheological elastomer

【技术实现步骤摘要】
一种磁流变弹性体的制备装置、系统和方法
本专利技术主要涉及磁流变弹性体的制备
，特别是涉及磁流变材料内磁性颗粒聚合结构的三维磁场诱导的磁流变弹性体的制备装置、系统和方法。
技术介绍
磁流变弹性体(Magneto-rheologicalElastomers,MREs)是通过物理或化学等手段，将尺度在纳米到微米范围的软磁性铁磁颗粒散布在粘塑性态的高分子聚合物基体中，而形成的一种高弹性智能复合材料。MREs在外加磁场作用下，其内部的颗粒被瞬间磁化，颗粒之间产生相互作用，致使MREs的刚度和阻尼等性能发生变化，这使得MREs成为一种力学特性实时可控的新型智能材料。影响MREs材料性能的主要因素包括基体材料、分散剂(铁磁性颗粒)的体积分数、分散剂的特性(颗粒大小、组成、形态等)以及外加磁场强度。在过去几十年里，研究者根据不同的软磁颗粒材料、不同的基体材料、不同的粒径、不同的颗粒体积分数、不同的颗粒链方向以及不同的固化过程，设计和制备了各种类型的MREs材料。磁性颗粒在基体内的聚合方式是影响MREs材料性能的关键因素。目前在磁流变弹性体制备过程中，大多数研究机构普遍采用一维(单方向)的恒定磁场对磁性颗粒进行诱导，使得磁性颗粒在磁场方向上呈直链状结构；少数研究机构采用二维旋转磁场对磁性颗粒进行诱导，使得磁性颗粒呈单一盘状结构。然而，对磁性颗粒的聚合方式实现在三维空间内进行诱导，从而制备新型MREs材料的装置目前还没有。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种磁流变弹性体的制备装置、系统和方法，用于磁流变材料内磁性颗粒聚合结构的三维磁场诱导，以克服以往技术的一些缺点，使得MREs材料内磁性颗粒的聚合结构突破目前的链状和单层盘状结构，从而制备新型MREs材料。为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种磁流变弹性体的制备装置，包括XY平面的水平方向磁路模块、Z轴的垂直方向磁路模块、磁场强度检测线圈、和加热模块；所述水平方向磁路模块用于激发三维磁场的X轴方向和Y轴方向的磁场；所述垂直方向磁路模块用于激发三维磁场的Z轴方向的磁场；MREs溶液容器被设置于三维磁场的中心；所述磁场强度检测线圈被设置于所述MREs溶液容器所处的位置，用于检测三维磁场的分布；所述加热模块用于固化MREs溶液容器中已被磁化的MREs溶液。进一步的，所述水平方向磁路模块包括水平方向磁路铁轭、X方向激磁线圈和Y方向激磁线圈，其中，水平方向磁路铁轭为方形框体结构，框体的四周朝向框体的中心设有延伸段；X方向激磁线圈套接在X轴方向的相向的两个延伸段上，用于激发X轴方向的磁场；Y方向激磁线圈套接在Y轴方向的相向的两个延伸段上，用于激发Y轴方向的磁场。进一步的，所述垂直方向磁路模块包括垂直方向磁路铁轭和垂直方向激磁线圈，所述垂直方向磁路铁轭形成C型结构；该C型结构的开口的两端为沿垂直方向相对的上极头和下极头；所述垂直方向激磁线圈套接于垂直方向磁路铁轭上，用于激发Z方向的磁场；所述加热模块设置于下极头上端，在所述加热模块上方承载所述MREs溶液容器。进一步的，所述上极头是垂直方向可移动极头，所述垂直方向可移动极头可以相对垂直方向磁路铁轭活动。进一步的，所述加热装置包括温度可控极头和极头加热器，温度可控极头设置于下极头上端，用于承载所述MREs溶液容器，并加热固化所述MREs溶液容器中的MREs溶液，所述极头加热器给所述温度可控极头加热，所述加热装置上设有温度检测反馈装置。一种磁流变弹性体的制备系统，包括计算机、信号发生器、功率放大器、信号检测模块和制备装置，所述制备装置是如上述所述的磁流变弹性体的制备装置；所述信号检测模块采集所述制备装置的磁场强度检测线圈所感应的信号；所述计算机连接信号检测模块和信号发生器，所述计算机通过对信号检测模块检测到的信号进行处理，控制信号发生器输出波形的幅值和相位，进而达到控制MREs容器中磁场形状的目的，从而控制MREs材料中磁性颗粒的聚合结构；所述功率放大器用于放大信号控制器输出波形的幅值。一种磁流变弹性体的制备方法，产生一个X、Y、Z轴相互垂直形成一个立体三维坐标系的三维磁场，对置于所述三维磁场中的MREs溶液进行磁化，而后对磁化后的MREs溶液进行固化。进一步的，所述磁化是X、Y、Z轴方向的磁场强度均可单独调整改变。进一步的，通过在Z轴磁场的激磁线圈中输入恒定电流产生一个Z轴方向的恒定磁场，使得MREs溶液中的磁性颗粒呈链状结构，而后对磁化后的MREs溶液进行固化。进一步的，通过在X轴方向和Y轴方向的磁场的激磁线圈中输入存在相位差的正弦交变电流产生一个XY平面的旋转磁场，使得MREs溶液中的磁性颗粒呈盘状聚合结构，而后对磁化后的MREs溶液进行固化。进一步的，通过在X轴方向和Y轴方向的磁场的激磁线圈中输入幅度相等、相位差为90°的正弦交变电流产生一个XY平面的圆形旋转磁场，使得MREs溶液中的磁性颗粒呈圆形的盘状聚合结构。进一步的，通过在X轴方向和Y轴方向的磁场的激磁线圈中输入幅度不相等但相位差为90°，或幅度相等相位差不为90°的正弦交变电流产生一个XY平面的椭圆形旋转磁场，使得MREs溶液中的磁性颗粒呈椭圆形的盘状聚合结构。进一步的，还包括在磁化过程中对所述三维磁场进行磁场强度检测和反馈的步骤，根据所述的检测和反馈，对所处的磁化进行调整。优点和效果：本专利技术的装置中，磁场激励部分采用X、Y、Z轴相互垂直的三维磁场，降低了磁路之间的相互影响；垂直方向铁轭采用C型可移动的铁芯结构，可减少材料，节约成本，降低铁芯重量，减少了由于接缝产生的磁压降；MREs材料的制备过程中，利用该装置既能用于产生单一一维恒定磁场，又能用于产生平面二维旋转磁场，甚至还能将这两种磁场结合，形成复合的三维磁场。实现了一机多用途，简化了装置的结构，节约了制造成本。附图说明图1为本专利技术的制备装置的三维结构示意图；图2为本专利技术的制备装置垂直方向剖面示意图；图3为本专利技术的制备系统进行水平方向二维旋转磁场激励部分示意图。附图标记：1-垂直方向可移动极头；2、8-Y方向激磁线圈；3、9-X方向激磁线圈；4-水平方向磁路铁轭；5-极头加热器；6、11-垂直方向激磁线圈；7、10-垂直方向磁路铁轭；12-MREs溶液容器；13-温度可控极头；14-磁场强度检测线圈。具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：实施例一如图1-图3所示，本专利技术公开了一种磁流变弹性体的制备装置，用于磁流变弹性体的制备，定义X、Y、Z轴相互垂直形成一个立体三维坐标系空间，该装置主要由XY平面的水平方向磁路模块100、Z轴的垂直方向磁路模块200、极头加热器5、温度可控极头13和磁场强度检测线圈14构成。其中，Z轴的垂直方向磁路模块200由垂直方向磁路铁轭7、10、垂直方向可移动极头1和垂直方向激磁线圈6、11构成；垂直方向磁路铁轭7、10连接成一整体，形成C型结构，该C型结构开口处形成上、下极头；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁流变弹性体的制备装置，其特征在于：包括XY平面的水平方向磁路模块(100)、Z轴的垂直方向磁路模块(200)、磁场强度检测线圈(14)、和加热模块；所述水平方向磁路模块(100)用于激发三维磁场的X轴方向和Y轴方向的磁场；所述垂直方向磁路模块(200)用于激发三维磁场的Z轴方向的磁场；MREs溶液容器(12)被设置于三维磁场的中心；所述磁场强度检测线圈(14)被设置于所述MREs溶液容器(12)所处的位置，用于检测三维磁场的分布；所述加热模块用于加热固化MREs溶液容器(12)中已被磁化的MREs溶液。

【技术特征摘要】
1.一种磁流变弹性体的制备装置，其特征在于：包括XY平面的水平方向磁路模块(100)、Z轴的垂直方向磁路模块(200)、磁场强度检测线圈(14)、和加热模块；所述水平方向磁路模块(100)用于激发三维磁场的X轴方向和Y轴方向的磁场；所述垂直方向磁路模块(200)用于激发三维磁场的Z轴方向的磁场；MREs溶液容器(12)被设置于三维磁场的中心；所述磁场强度检测线圈(14)被设置于所述MREs溶液容器(12)所处的位置，用于检测三维磁场的分布；所述加热模块用于加热固化MREs溶液容器(12)中已被磁化的MREs溶液。2.如权利要求1所述的磁流变弹性体的制备装置，其特征在于：所述水平方向磁路模块(100)包括水平方向磁路铁轭(4)、X方向激磁线圈(3、9)和Y方向激磁线圈(2、8)，其中，水平方向磁路铁轭(4)为方形框体结构，框体四周的中部朝向框体的中心设有延伸段；X方向激磁线圈(3、9)套接在X方向的相向的两个延伸段上，用于激发X轴方向的磁场；Y方向激磁线圈(2、8)套接在Y方向的相向的两个延伸段上，用于激发Y轴方向的磁场。3.如权利要求1所述的磁流变弹性体的制备装置，其特征在于：所述垂直方向磁路模块(200)包括垂直方向磁路铁轭和垂直方向激磁线圈(6、11)，所述垂直方向磁路铁轭为C型结构，该C型结构的开口的两端为沿垂直方向相对的上极头和下极头；所述垂直方向激磁线圈(6、11)套接于垂直方向磁路铁轭(7、10)上，用于激发Z方向的磁场；所述加热模块设置于下极头上端，在所述加热模块上方承载所述MREs溶液容器(12)。4.如权利要求3所述的磁流变弹性体的制备装置，其特征在于：所述上极头是垂直方向可移动极头(1)，所述垂直方向可移动极头可以相对垂直方向磁路铁轭活动。5.如权利要求3所述的磁流变弹性体的制备装置，其特征在于：所述加热装置包括温度可控极头(13)...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾建斌，郑雪钦，陈志英，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：福建,35