聚氨酯基磁流變材料研究.pdf

1、磁流變材料是一種新穎的智能材料。磁流變材料包括：磁流變液(MR fluids)、磁流變泡沫(MR foams)、磁流變彈性體(MR Elastomers)以及磁流變膠(MR gels)。加載磁場(chǎng)時(shí)，磁性顆粒沿磁場(chǎng)方向取向形成鏈狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以對(duì)外加剪切破壞起到抵抗的作用。這種變化具有響應(yīng)迅速、可逆性好，材料的力學(xué)性能可連續(xù)變化等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)實(shí)驗(yàn)室承研的國(guó)家自然科學(xué)基金以及教育部博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)研究基金項(xiàng)目，為制備具有較高力學(xué)性能的磁流變材

2、料，本文嘗試以聚氨酯為基體材料制備聚氨酯基磁流變彈性體和磁流變膠，并研究了其力學(xué)性能。
　　 在材料制備方面，本文采用聚氧化丙烯二醇(PPG)和甲苯二異氰酸酯(TDI)為原料通過(guò)聚合反應(yīng)制備了聚氨酯基體，并通過(guò)調(diào)節(jié)二者摩爾比(NCO/OH)以及聚氧化丙烯二醇分子量制備了性能各異的聚氨酯基磁流變彈性體及磁流變膠，并對(duì)它們的性能進(jìn)行了測(cè)試。
　　 磁流變彈性體的性能研究結(jié)果表明：隨著NCO/OH比值的增加，基體內(nèi)鐵顆粒團(tuán)聚現(xiàn)

3、象顯著增強(qiáng)，材料的基礎(chǔ)模量增大，樣品的相對(duì)磁流變效應(yīng)值顯著降低，材料的滯后環(huán)面積以及相對(duì)磁剩余剪切模量(△G0)均增大，材料的損耗因子降低，樣品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度由-16.8℃增大至11.3℃。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，通過(guò)調(diào)節(jié)NCO/OH比值，可以制備出具有不同力學(xué)性能的磁流變彈性體，從而滿足不同的實(shí)際需求。聚氨酯基磁流變彈性體的磁致模量最大值可達(dá)6.7MPa。隨著測(cè)試加載頻率的增加，樣品的剪切模量增大。隨著增塑劑含量的增加樣品的剪切模量顯著降

4、低，相對(duì)磁流變效應(yīng)顯著增大。但是隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，增塑劑含量較高樣品內(nèi)的增塑劑會(huì)向基體外滲出從而影響磁流變彈性體性能的長(zhǎng)效穩(wěn)定性。此外，增塑劑含量過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致磁流變彈性體的機(jī)械強(qiáng)度大幅度下降。
　　 磁流變膠的性能研究結(jié)果表明隨著NCO/OH的增加，聚氨酯基磁流變膠的粘度降低；隨著鐵顆粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)、聚氧化丙烯二醇分子量以及測(cè)試磁場(chǎng)的增加，其粘度增大。此外實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，樣品的粘度受到顆粒含量以及基體的雙重影響。因此我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)鐵

5、顆粒含量，NCO/OH比值以及聚氧化丙烯二醇分子量實(shí)現(xiàn)對(duì)材料粘度的控制。聚氨酯基磁流變膠具有較高的靜態(tài)屈服應(yīng)力(60.8kPa，磁場(chǎng)強(qiáng)度為573mT)和動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力(83.9kPa，磁場(chǎng)強(qiáng)度為573mT)。這些優(yōu)點(diǎn)使材料能夠滿足多種實(shí)際應(yīng)用需求。隨著NCO/OH比值的降低、測(cè)試磁場(chǎng)的增加、顆粒含量的增加以及聚氧化丙烯二醇分子量的增加樣品的動(dòng)態(tài)剪切應(yīng)力和靜態(tài)剪切應(yīng)力值都顯著增大。磁場(chǎng)掃描測(cè)試結(jié)果表明聚氨酯基磁流變膠的剪切應(yīng)力隨著磁場(chǎng)的增加