一種具有磁控負(fù)剛度特性的磁流變彈性體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于應(yīng)用于減振抗震的智能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種擁有磁控負(fù)剛度的 磁流變彈性體及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 地震是自然界中威脅人類生命財產(chǎn)安全的主要災(zāi)害之一。傳統(tǒng)的抗震手段主要是 通過結(jié)構(gòu)隔振的手段在建筑物底部設(shè)立一個橫向剛度遠(yuǎn)低于建筑物的隔振器。通過將地震 波隔斷以保護(hù)建筑物上部的目的。傳統(tǒng)的磁流變彈性體的模量（剛度）、阻尼等性能能夠得 到實(shí)時可逆的控制，目前已有研究者嘗試將磁流變彈性體應(yīng)用于智能抗震中，并設(shè)計出了 一些基于磁流變彈性體的隔振器。但是傳統(tǒng)的磁流變彈性體主要由聚合物基體和軟磁顆粒 組成，它的剛度只能隨磁場增大而增大。但是在地震發(fā)生時候，有時候會需要隔振器剛度變 小以達(dá)到更高效率隔振的目的。因此研制一種能夠磁控負(fù)剛度的磁流變彈性體能夠拓寬磁 流變彈性體在抗震領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于通過將硬磁磁粉加入到橡膠基體中，在固化成型并完成充磁之 后，讓這種永磁磁流變彈性體獲得一個磁控負(fù)剛度的特性。
[0004] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] 本發(fā)明的具有磁控負(fù)剛度的磁流變彈性體，其特征在于：其制備原料包括下述重 量配比的成分：橡膠基體15%~25%，硬磁磁粉70%~80%，增塑劑4%~10%。
[0006] 具體的，所述的橡膠基體為硅橡膠基體、聚氨酯基體或聚氨酯改性體。
[0007] 具體的，所述的硅橡膠基體為雙組份加成型硅橡膠。
[0008] 具體的，聚氨酯基體為多元醇和異氰酸酯反應(yīng)所得；所述多元醇為聚脂多元醇或 聚醚多元醇；所述異氰酸酯選自2, 4-二苯基甲烷二異氰酸酯、4, 4-二苯基甲烷二異氰酸酯 或2, 6-甲苯二異氰酸酯中的至少一種。
[0009] 具體的，所述聚氨酯改性體為聚氨酯/環(huán)氧樹脂互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其中聚氨酯基體 為多元醇和異氰酸酯反應(yīng)所得；所述多元醇為聚脂多元醇或聚醚多元醇；所述異氰酸酯為 2, 4-二苯基甲烷二異氰酸酯、4, 4-二苯基甲烷二異氰酸酯或2, 6-甲苯二異氰酸酯中的至 少一種；環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂、溴化環(huán)氧樹脂或酚醛環(huán)氧樹脂中。
[0010] 具體的，所述硬磁磁粉為銣鐵硼磁粉或鐵氧體顆粒。
[0011] 具體的，所述橡膠基體為硅橡膠基體，所述增塑劑為二甲基硅油。
[0012] 具體的，所述原料還包括固化劑3-二甲胺基甲基苯酚；所述的橡膠基體為聚氨酯 基體或聚氨酯改性體，所述增塑劑為鄰苯二甲酸酯。
[0013] 優(yōu)選的，其制備原料包括下述重量配比的成分：橡膠基體20%，硬磁磁粉73%，增 塑劑5%，固化劑2%。
[0014] 本發(fā)明還提供了所述具有磁控負(fù)剛度的磁流變彈性體的制備方法，其特征在于： 包括如下步驟：準(zhǔn)備如下重量配比的原料，橡膠基體15 %~25 %，硬磁磁粉70 %~80 %，增 塑劑5%~10%;首先將硬磁磁粉加入到液態(tài)橡膠基體中充分?jǐn)嚢?，在形成的均勻分散混?物中加入增塑劑后在真空環(huán)境下抽掉氣泡，在600mT磁場下固化成型，在室溫中深度固化 完成后置于IT磁場下充磁30秒。
[0015] 優(yōu)選的，將所準(zhǔn)備的原料于80°C干燥2小時后使用。
[0016] 本發(fā)明中，在600mT磁場中固化會讓顆粒形成有序結(jié)構(gòu)，充磁的IT磁場方向需與 顆粒的有序結(jié)構(gòu)一致。其中充磁的方向?qū)Σ牧咸匦杂泻艽蟮挠绊懀?dāng)材料完成充磁后，如果 給材料施加一個外在磁場，材料的剛度會隨著磁場的大小和方向發(fā)生變化。當(dāng)測試磁場的 方向與原充磁方向一致的時候，磁流變彈性體的剛度變大；當(dāng)測試磁場的方向與原充磁方 向相反的時候，磁流變彈性體的剛度變小。
[0017] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的磁流變彈性體將開始沒有磁性的磁粉顆粒加到具有 彈性的聚合物基體中。在固化完成之后，磁粉顆粒能夠均勻地鑲嵌在基體中。在強(qiáng)磁場下對 樣品進(jìn)行充磁，這時磁粉顆粒的磁疇會向外磁場方向轉(zhuǎn)動。在完成充磁后，樣品內(nèi)部的磁粉 顆粒保留了具有一定方向的剩磁，且剩磁方向與充磁磁場方向一致。由于強(qiáng)磁場的作用，內(nèi) 部顆粒在基體的約束下會形成一些定向結(jié)構(gòu)，同時顆粒之間由于靜磁力會發(fā)生相互吸引， 顆粒與顆粒之間的作用力和基體對顆粒的約束力使得磁流變彈性體相比未充磁前具有更 高的剛度。對完成充磁的樣品外加磁場，根據(jù)外加磁場的方向，內(nèi)部磁粉將完成退磁或者充 磁。顆粒之間和顆粒與基體之間的相互作用力也將隨著外加磁場的大小和方向而改變。因 此可以達(dá)到通過外加磁場控制磁流變彈性體模量增大或者減小的目的。傳統(tǒng)的磁流變彈性 體剛度只能隨著磁場增大而增大。本發(fā)明制備出的磁流變彈性體具有磁控負(fù)剛度特性。能 夠拓展所述磁流變彈性體在智能減振抗震領(lǐng)域的應(yīng)用。同時本發(fā)明工藝簡單，材料成品易 于成型，容易產(chǎn)業(yè)化和商品化。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 實(shí)施例1制備涉及的具有磁控負(fù)剛度環(huán)氧樹脂/聚氨酯互穿網(wǎng)絡(luò)基的磁流變彈性 體
[0019] 原料準(zhǔn)備：橡膠基體15 % (雙酚A型環(huán)氧樹脂所占質(zhì)量比5%，聚氨酯預(yù)聚體 10% )，硬磁磁粉79. 5% (銣鐵硼磁粉79. 5% )，增塑劑5% (鄰苯二甲酸二丁酯5% )，固 化劑0.5% (3-二甲胺基甲基苯酚）。
[0020] 制備方法如以下步驟：
[0021] 步驟一、按質(zhì)量比稱量各組分原材料，并在真空干燥箱中80°C干燥2小時除水；
[0022] 步驟二、將2, 4-二苯基甲烷二異氰酸酯和4, 4-二苯基甲烷二異氰酸酯的混合物 (各占50% )和蓖麻油混合攪拌聚合反應(yīng)生成聚氨酯預(yù)聚體；
[0023] 步驟三、將銣鐵硼磁粉加入環(huán)氧樹脂中充分?jǐn)嚢栊纬删鶆蚧旌衔铮?br>[0024] 步驟四、將步驟二所制聚氨酯預(yù)聚體和步驟三中混合物混合攪拌形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)，加入增塑劑鄰苯二甲酸二丁酯和固化劑3-二甲胺基甲基苯酚在80°C條件下真空排氣 泡；
[0025] 步驟五、將混合物倒入模具中，在600mT磁場下讓顆粒形成有序結(jié)構(gòu)。然后在 l〇〇°C條件下深度固化；
[0026] 步驟六、最后將樣品置于IT的磁場下30秒充磁制得具有磁控負(fù)剛度的環(huán)氧樹脂 /聚氨酯互穿網(wǎng)絡(luò)基磁流變彈性體。
[0027] -般的聚氨酯基磁流變彈性體的儲能模量只能隨著磁場增大而增大，而本實(shí)施例 制得的磁流變彈性體，測得當(dāng)外加磁場和充磁磁場方向相反時候并逐步增大過程中，其儲 能模量最大從〇. 61MPa減小到0. 12MPa;當(dāng)磁場在800mT強(qiáng)度下從與充磁方向相同瞬間變 為相反時候，儲能模量從I. 69MPa變小為0. 71MPa.因此該磁流變彈性體具有明顯的磁控負(fù) 剛度特性，能夠拓寬磁流變彈性體在抗震領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0028] 實(shí)施例2制備涉及的具有磁控負(fù)剛度聚氨酯基的磁流變彈性體
[0029] 原料準(zhǔn)備：橡膠基體20 % (聚氨酯預(yù)聚體20 % )，硬磁磁粉70 % (銣鐵硼磁粉 70% )，增塑劑10% (鄰苯二甲酸二丁酯5% )。
[0030] 步驟一、按質(zhì)量比稱量各組分原材料，并在真空干燥箱中80°C干燥2小時除水；
[0031] 步驟二、將將2, 4-二苯基甲烷二異氰酸酯和4, 4-二苯基甲烷二異氰酸酯的混合 物（各占50% )和蓖麻油混合攪拌聚合反應(yīng)生成聚氨酯預(yù)聚體；
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