一种稳定的水基磁流变液及其制备方法技术

一种稳定的水基磁流变液及其制备方法，该磁流变液由下述组分按质量份数组成，磁性粒子６０～９０份，水基复配载液１０～４０份，添加剂１～１０份，其中，所述的磁性粒子为羰基铁粉、还原铁粉、铁钴合金粒子或铁氧体粒子，其平均粒径为１～１０微米，水基复配载液包括按质量百分比计的水７０％～９０％，螯合型表面活性剂１０％～３０％，所述的添加剂包括下述按磁流变液总质量百分比计的组分：０．０５～２％触变剂，０．１％～１％抗氧化剂，１％～３％抗磨添加剂，０．１％～１％ｐＨ值调节剂，０．１％～１％表面活性剂。该磁流变液具有较好的磁流变效应，特别是具有较好的静置稳定性。可用于磁流变抛光，土木工程和汽车的磁流变减振器等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁流变液及其制备方法，具体为。
技术介绍
磁流变抛光(magnetorheological finishing，MRF)是近十几年发展的一种先进光学抛光技术，可以实现对加工元件的不同抛光区域的高精度定量抛光，使表面粗糙度可达到亚纳米级。实现磁流变抛光技术的重要关键技术之一是磁流变液的制备技术。在各种磁流变液中，水基磁流变液具有如下优点1.基液对加工元件的表面具有良好的浸润性、无毒，水能促进抛光材料表面的水解；2.零磁场粘度低；3.磁致剪切应力和动态模量高，在相同磁场下水基磁流变液的磁致剪切应力是油基磁流变液的2～3倍。实验证明水基磁流变液有助于提高抛光液的抛光效率和抛光精度，被认为是磁流变抛光液的最佳选择。但是，但由于水基磁流变液中的磁性粒子极易被氧化，易沉降，易结块。所以，水基磁流变液在磁流变抛光技术中的实际应用受到严重的限制。目前已公开发表的有关水基磁流变液的3篇专利中，美国Lord公司的有关水基磁流变液的二篇专利(USP6,132,633和USP5,670,077)，其中公开的方法是在水和磁性粒子的混合液中加入纤维素醚等水溶性悬浮剂或蒙脱土等抗凝剂配制水基磁流变液用以改善水基磁流变液的抗沉降稳定性能，但这种方法对磁性粒子在水中的电化学腐蚀考虑不够，所以在使用中仍然出现了因氧化而降低磁流变抛光效果、因沉降而妨碍磁流变抛光的严重问题。另一篇关于水基磁流变液的专利是武汉理工大学的(专利号ZL200410060854.5)，采用溶胶-凝胶法在羰基铁表面包覆二氧化硅层和接枝亲水性高分子刷，可以改善水基磁流变液的抗氧化性和沉降稳定性。但这种溶胶-凝胶法需要高温烧结使包覆二氧化硅层致密化，其工艺比较繁多，同时需要采用较贵的诸如乙氧基硅烷之类的化学试剂，造成生产成本升高。本专利技术用一种复配的基液惊人地改善了磁流变液的抗氧化性和抗沉降性，制备了高性能水基磁流变液，而且制备工艺简单，成本低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，克服磁性粒子在水中悬浮稳定性差、易氧化变质并结块的缺点，所提供的磁流变液具有良好的抗氧化性能，抗沉降稳定性、良好的磁流变效应。本专利技术的一种水基磁流变液，由下述组分按质量份数组成磁性粒子60～90份，水基复配载液10～40份，添加剂1～10份；其中，所述的磁性粒子为羰基铁粉，或还原铁粉，或铁钴合金粒子，或铁氧体粒子，其平均粒径为1～10微米；优选磁性粒子为1～5微米的羰基铁粉；所述的水基复配载液包括下述按质量百分比计的组分水70％～90％，螯合型表面活性剂10％～30％，其中螯合型表面活性剂为带有螯合基团头和亲水性的长链尾的N-聚氧化乙烯(10)醚基乙二胺三乙酸钠、N-聚氧化丙烯(10)醚基乙二胺三乙酸、N-对磺酸基苯基聚氧乙烯(5)醚乙二胺三乙酸或者2-聚氧乙烯(5)醚乙二胺三乙酸萘磺酸；所述的添加剂包括下述按磁流变液总质量百分比计的组分 触变剂0.05％～2％，成份为纳米硅酸镁锂、多聚糖、纤维素衍生物或膨润土；抗氧化剂0.1％～1％，成份为亚硝酸钠、苯甲酸钠或乙醇胺磷酸盐；抗磨添加剂1％～3％，成份为石墨、纳米氧化铝粉或纳米氧化铈粉。pH值调节剂0.1％～1％，成份为硼砂、碳酸钠、磷酸钠或氯化铵；表面活性剂0.1％～1％，成份为N-月桂酰基乙二胺三乙酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温、十二胺聚氧乙烯(5)醚、十八胺聚氧乙烯(10)醚、月桂醇醚硫酸钠、N，N-二(3-氨基丙基)十二烷基胺。本专利技术的水基磁流变液的制备方法，其制备步骤为步骤1、按水70％～90％，螯合型表面活性剂10％～30％的质量比例，将螯合型表面活性剂与水混合，在室温下搅拌3～5小时，得到水基复配载液；步骤2、按磁性粒子60％～90％，水基复配载液10％～40％的质量比例，将磁性粒子与水基复配载液混合，在室温下搅拌混合2～5小时，得到悬浮液；步骤3、将表面活性剂按磁流变液总质量0.1％～1％的量加入到步骤2得到的悬浮液中，在室温下搅拌混合3～5小时，得到悬浮液；步骤4、将抗氧化剂按磁流变液总质量0.1％～1％的量加入到步骤3得到的悬浮液中，在室温下搅拌混合2～3个小时，得到悬浮液；步骤5、将pH值调节剂按磁流变液总质量0.1％～1％的量加入到步骤4得到的悬浮液中，在室温下搅拌混合2～3个小时，得到悬浮液；步骤6、将抗磨剂按磁流变液总质量1％～3％的量加入到步骤5得到的悬浮液中，在室温下搅拌混合2～3个小时，得到悬浮液；步骤7、将触变剂按磁流变液总质量0.05～2％的量加入到步骤6得到的悬浮液中，在室温下搅拌混合10～12小时，得到悬浮液；步骤8、将步骤7得到的悬浮液加入球磨罐中，按1∶10质量比加入钢球，用氮气置换罐中空气，以200～300转/分钟的速度球磨3～10小时，分离出钢球，即得到水基磁流变液，装入干燥的塑料瓶中密封保存。本专利技术的水基磁流变液的后处理方法，将按上述方法新制得的水基磁流变液盛于塑料瓶中密封，置于可调节磁场大小的磁场中，磁场强度调节至100～400mT，每10天将磁流变液从磁场中取出，搅拌5～20分钟后，再盛于塑料瓶中密封，置于可调节磁场大小的磁场中，磁场强度调节至100～400mT，重复上述操作，20～60天后将磁流变液从磁场中取出，得到稳定的水基磁流变液，装入干燥的塑料瓶中密封即可长期保存。本专利技术的水基磁流变液利用了螯合型表面活性剂对磁性粒子表面中金属离子的螯合能力，能与磁性粒子作用形成复合磁性粒子，复合粒子的壳层有水的有机分子刷，分散在水中能形成梳状结构，有效地防止粒子的沉降和团聚。同时采用水基复配载液，载液的粘度提高了，有利于提高磁流变液的抗沉降稳定性，特别是载液中的触变剂能形成网络结构，可以阻碍分散相的粒子沉降。本专利技术的水基磁流变液具有较好的抗氧化性、抗沉降稳定性、优异的磁流变效应，可广泛应用于磁流变抛光技术和制作磁流变器件等领域；其制备方法简便、成本低。附图说明图1为本专利技术的磁流变液零磁场粘度随剪切速率变化的关系曲线。图2为本专利技术的磁流变液磁致剪切应力随磁场强度变化的关系曲线。图3为本专利技术的磁流变液静置后载液析出量占总量的体积分数随时间变化的关系曲线。具体实施例方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。实施例中所用的羰基铁粉为江苏天一超细金属粉末有限公司生产。括号中注明的％均为质量百分数。实施例1100g水基磁流变液的配制，其配制步骤为步骤1、将2g(2％)的螯合型表面活性剂N-聚氧化乙烯(10)醚基乙二胺三乙酸钠加入20g(20％)水中，在室温下搅拌混合3小时，得到水基复配载液；步骤2、将75g(75％)平均粒径为1～5微米羰基铁粉加入到步骤1得到的水基复配载液中，在室温下搅拌混合3小时，得到悬浮液；步骤3、将0.3g(0.3％)表面活性剂N-月桂酰基乙二胺三乙酸钠加入到步骤2得到的悬浮液中，在室温下搅拌混合3小时，得到悬浮液；步骤4、将0.5g(0.5％)的抗氧化剂亚硝酸钠加入到步骤3得到的悬浮液中，在室温下搅拌混合2个小时；步骤5、将0.2g(0.2％)的pH值调节剂硼砂加入到步骤4得到的悬浮液中，在室温下搅拌混合3个小时，得到悬浮液；步骤6、将1.5g(1.5％)的抗磨剂石墨加入到步骤5得到的悬浮液中，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水基磁流变液，其特征在于：由下述组分按质量份数组成，磁性粒子６０～９０份，水基复配载液１０～４０份，添加剂１～１０份，其中，所述的磁性粒子为羰基铁粉、还原铁粉、铁钴合金粒子或铁氧体粒子，其平均粒径为１～１０微米； 所述的水基复配载液包括下述按质量百分比计的组分：水７０％～９０％，螯合型表面活性剂：１０％～３０％，其中螯合型表面活性剂为带有螯合基团头和亲水性的长链尾的Ｎ－聚氧化乙烯醚基乙二胺三乙酸钠、Ｎ－聚氧化丙烯醚基乙二胺三乙酸、Ｎ－对磺酸基苯基聚氧乙烯醚乙二胺三乙酸或者２－聚氧乙烯醚乙二胺三乙酸萘磺酸；所述的添加剂包括下述按磁流变液总质量百分比计的组分：触变剂：０．０５％～２％，成分为纳米硅酸镁锂、多聚糖、纤维素衍生物或膨润土；抗氧化剂：０．１％～１％，成分为 亚硝酸钠、苯甲酸钠或乙醇胺磷酸盐；抗磨添加剂：１％～３％，成分为石墨、纳米氧化铝粉或纳米氧化铈粉；ｐＨ值调节剂：０．１％～１％，成分为硼砂、碳酸钠、磷酸钠或氯化铵；表面活性剂：０．１％～１％，成分为Ｎ－月桂酰基乙二胺 三乙酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温、十二胺聚氧乙烯（５）醚、十八胺聚氧乙烯（１０）醚、月桂醇醚硫酸钠、Ｎ，Ｎ－二（３－氨基丙基）十二烷基胺。...

【技术特征摘要】
1.一种水基磁流变液，其特征在于由下述组分按质量份数组成，磁性粒子60～90份，水基复配载液10～40份，添加剂1～10份，其中，所述的磁性粒子为羰基铁粉、还原铁粉、铁钴合金粒子或铁氧体粒子，其平均粒径为1～10微米；所述的水基复配载液包括下述按质量百分比计的组分水70％～90％，螯合型表面活性剂10％～30％，其中螯合型表面活性剂为带有螯合基团头和亲水性的长链尾的N-聚氧化乙烯醚基乙二胺三乙酸钠、N-聚氧化丙烯醚基乙二胺三乙酸、N-对磺酸基苯基聚氧乙烯醚乙二胺三乙酸或者2-聚氧乙烯醚乙二胺三乙酸萘磺酸；所述的添加剂包括下述按磁流变液总质量百分比计的组分触变剂0.05％～2％，成分为纳米硅酸镁锂、多聚糖、纤维素衍生物或膨润土；抗氧化剂0.1％～1％，成分为亚硝酸钠、苯甲酸钠或乙醇胺磷酸盐；抗磨添加剂1％～3％，成分为石墨、纳米氧化铝粉或纳米氧化铈粉；pH值调节剂0.1％～1％，成分为硼砂、碳酸钠、磷酸钠或氯化铵；表面活性剂0.1％～1％，成分为N-月桂酰基乙二胺三乙酸钠、十二烷基苯磺酸钠、吐温、十二胺聚氧乙烯(5)醚、十八胺聚氧乙烯(10)醚、月桂醇醚硫酸钠、N，N-二(3-氨基丙基)十二烷基胺。2.如权利要求1所述的水基磁流变液，其特征在于所述的磁性粒子为1～5微米的羰基铁粉。3.权利要求1所述的水基磁流变液的制备方法，其特征在于制备步骤为步骤1、按水70％～90％，螯合型表面活性剂10％～30％的质量比例，将螯合型表面活性剂与水混合，在室温下搅拌3～5小时，得到水基复...

【专利技术属性】
技术研发人员：程海斌，张清杰，高为鑫，王金铭，赵文俞，袁润章，
申请(专利权)人：武汉理工大学，江苏天匀新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]