添加剂对TiO2电流变液性能的影响

2003年12月重庆大学学报Dec.2003第26卷第12期Journal of Chongqing UniversityVol.26 No. 12文章编号:1000 - 582X( 2003 )12-0029 -03添加剂对TiO,电流变液性能的影响邓旭东，郑玲,邓兆祥. (重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 )摘要研究不同添加剂对电流变液流变性能的影响，以提高ER液体的电流变活性。对含有不同添加剂的电流变液体进行了电流变性能测试。结果表明:几种添加剂对改善电流变液体的性能均有很好的促进作用。在4kV/mm的电场强度下,含不同添加剂的电流变液体的剪切应力分别提高12%、26%和33%。且ER液体的抗沉淀稳定性明显提高。说明适宜、适量的添加剂能有效地提高ER液体的性能。关键词:Al203 ;TiO2 ;电流变液;添加剂中图分类号:0362文献标识码:A电流变液体( Electrorheological Fluid )简称ER液,电流变液体的悬浮稳定性,还能有效提高电流变液体是近年来发展起来的一类重要的机、电耦合智能材料。的电流变活性7。电流变液体一般分 为单相电流变液体和两相电流变液本文以Al2O,包覆Ti02为固体微粒,以减振器油体'。由于单相液晶高分子的成本高,响应速度慢,为分散介质,通过加入不同的添加剂,如有机羧酸应用.上受到很大的限制。目前研究比较多的是两相电( T1 )脂肪酸多元醇脂I( T2 ),脂肪酸多元醇脂I I流变液体即固体微细粒子分散于低介电常数的绝缘(T3)配制不同的电流变液体测定其电流变性能和液体中形成的悬浮液。根据固体微粒的性质不同，可稳定性,以研究不同添加剂对电流变液体性能的影响。分为无机物、有机物和复合颗粒电流变液体。这些电流变液体的共同特点是在外加电场作用下电流变液1实验方法体能迅速实现液、固态性质的转变能感知环境(外加电场)的变化,并且根据环境的变化自动调节其本身1.1 电流变液配制的性质使其黏度、阻尼和剪切应力都发生相应的变原料采用包覆AL2O3的Ti02固体微粒直径0.4 pum ,化。这种液、固态的之间的转化是快速可逆的整个转减振器油脂肪酸多元醇脂I( T1 ) ,有机羧酸( T2)脂化过程仅需几毫秒并可保持黏度连续无级变化能肪酸多元醇脂I( T3 )。耗极小是智能驱动器的重要材料2。由于电流变液在配制一定浓度的电流变液体以前,将包覆体的特殊性能,使其在汽车制动器、离合器以及各种Al2O3的Ti02固体微粒放入干燥箱中于120 C烘干机、电耦合系统中显示出了日益广阔的发展前景3-41。12h，以除去粉末中的水分。对減振器油进行130C,目前,两相电流变液体的研究多集中在分散颗粒3 h的干燥处理将包覆Al203的Ti02固体微粒、减振的制备.上研制5-6]对分散介质和添加剂的研究相对器油和中国煤化工-定比例进行混合搅较少。实践证明适宜、适量添加剂的加入不仅能改善拌均匀:MYHCNMHG比例见表1所示。收稿日期2003 - 10 -17基金项目国家自然科学基金重点资助项目( 51035030)作者简介:邓旭东( 1974- )男重庆人重庆大学硕士研究生,从事电流变材料的研究。30重庆大学学报2003年表1电流变液体组成 比例样品号粒子类型(体积分数)%分散介质添加剂质量百分数/%Al203包覆Ti0,( 35 )减振器油无Al2O3包覆Ti02( 35 )脂肪酸多元醇脂1脂肪酸多元醇脂I有机羧酸67Al203包覆TiO2( 35 )脂肪酸多元醇脂II)01.2电流变性 能测试关系对比图，随着T2的百分数增加,其电流变效应电流变性能测试采用成都仪器厂生产的NXS -增强。11A型旋转黏度计,转子外径和外筒内壁的间距为(2.0 +0.01 )mm。 采用YB2970型高压电源，,可提800F◆1无添加闸T2在不同质数下的对比图700供交、直流两种电源,调节范围0~ 10 kV。600。6005002实验结果与讨论40000分散颗粒和分散介质是ER液体的基本成分添200106加剂则是为了增加电流变效应而加入的根据添加剂0.61.01.620263.03.64.04.6作用的不同可分为表面活性剂和极化促进剂两类。作EkV.mm-1者将三种不同的添加剂T1 ,T2 ,T3分别加入以Al2O3图2不同含量T2的电流变性能包覆Ti02为分散颗粒的ER液体中进行对比实验,分(T2在不同质量数下的力-电场对比)析其对ER液体性能的影响。其中T2为两性表面活图3是添加剂为T3在质量百分含量为1% 3% ,性剂,T1 ,T3 分别为固态和液态非离子表面活性剂。5%和无添加剂时的剪切屈服应力τ和电场强度E的.图1是添加剂为T1在质量百分含量为1% 3% ,关系对比图,从图中看出当T3质量百分数为3%时,5%和无添加剂时的剪切屈服应力τ和电场强度E的其效应最好。关系对比图。从图中发现随着T1的百分数增加其900电流变效应减弱。F -无幕加荆T3在不同质敷800I 000700+ 3T1在不同质数70女路g 500乓600300” 50010000.61.01.620263.03.64.04.6EkVmm-1一0.6101620263.0364046EIV.mm'中国煤化工:电流变性能MHCNMHG_电场对比)图1不同含量T1的电流变性能图4是三种添加剂T1 ,T2 ,T3 在质量百分含量为(TI在不同质量数下的力-电场对比)图2是添加剂为T2在质量百分含量为1% 3% ,3%和没有加添加剂时的剪切屈服应力τ和电场强度5%和无添加剂时的剪切屈服应力T和电场强度E的E的关系对比图。上面图的解释如下:当加入脂肪酸多元醇脂第26卷第12期邓旭东等:添加剂对Ti02电流变液性能的影响31 .从图中可以发现,当加了添加剂时ER液体的稳800-F无添加剂不同舔加剂(3%) .定性大为提高。这是因为添加剂是表面活性剂,它在700-✧T1时的对比图ER液体中的存在形式以吸附在分散颗粒表面为主,60昌500t它可以改善分散颗粒与分散介质之间液-固"界面400的润湿性增加分散颗粒与分散介质之间的相容性起3(200-到稳定剂的作用。同时还可以改变粒子表面的介电和100导电性质在电场作用下表现为电流变活性提高剪”0---2.0263.036404.6E1kV.mm-1切应力值增加。图4不同添加剂的电流 变性能3结论(不同添加剂在质量数为3%时的力-电场对比)KT1 ),I( T3 )时这是非离子表面活性剂,促进了悬以包覆Al2O3的TiO2为固体微粒减振器油为分浮粒子的极化使粒子对电场的反应更加灵敏极化悬散介质通过加入不同性质、不同数量的添加剂，讨论浮粒子形成的链状结构刚性增强能更有效地抵抗液了电流变液体中添加剂的作用。有机羧酸是两性表面体在外力作用下的流动电流变效应也随之增强。但活性剂,且带有极性基团-羟基不仅能提高颗粒的表是T1是固体颗粒所以随着质量百分含量的增加其面活性还能起分散稳定的作用。脂肪酸多元醇脂I效应有所降低。而对于T3如果用量过多则会使ER和脂肪酸多元醇脂II是非离子表面活性剂性能稳定液体在施加电场时,通过的电流增大，从而增加了损不受液体电解质和pH值的影响,同样带有极性基团耗还易造成液体因为电流过大而放热升温,使液体易对电流变液体的电流变活性和分散稳定性有很好的促发生电击穿;用量过少添加剂对液体性能的改变不明进作用。这些添加剂的加入显著提高了材料的电流显通过多次实验总结，认为添加剂加入质量分数为变性能效果十分明显表明对添加剂的研究为开发新3%时较为合适(见图13)。而T2是有机羧酸物质，型高性能的ER液体材料提供了一条重要的途径。属于两性表面活性剂,同样使粒子对电场的反映灵敏,这给我们一个很有意义的启示对于从事电流变它随百分数的增加其电流变效应也随之增加,但是它材料的工作者，添加剂是一门很有研究的课题,目前在这方面的成就还不大。如果能够找到一种适宜添加没有脂肪酸多元醇脂的效果明显(见图2)。剂,且量度合适那必将大大地提高电流变的性能。这从图4可以发现加了添加剂的电流变效应明显优是一条很好的思路。于不加添加剂的电流变液体时的。且在相同条件下参考文献:T3效果优于T2,而T2则优于T1，从而进一步证明了[1] 赵晓鹏罗春荣周本濂.电流变材料的制备[ J]材料科学与工程1993 11( 14 )12-14.上面的分析。[2] 魏宸官.电流变液体材料发展中若干问题的研究A]第图5是无添加剂和三种添加剂T1 T2 T3的沉降二届全国电磁流变学术会议论文摘要[ C]西安:西安人民出版社,1998.率与存放时间的关系对比图。[3] 魏宸官.电流变液体及其在汽车减振器上的应用[ J]兵工学报,1993 26(3 )33 -38.[4] KOYAMA K ,NAKANO M. Proc. of 6th Conf on ER Fand95MRs and their applications[ C ] M. Nakano andK. Koyama.主World Scientific Singapore1998. 130}[5] WILIAMM F M. Powder diffraction file , Alphabeticalindex( Inorganiematerial )Swarthmore :JCPDS 9182. 1997.[6]张建华.电流变材料的设计研制及其流变和应用性能研究M1.上海:上海大学出版社1999. 47 - 48.15}[7]中国煤化工ations in flowing eletrorth-HCNMH G1991 64(516) 23 -26.(下转第47页)65515图5添加剂的沉降率 与存放时间的关系第26卷第12期张鲲等:炼钢物流仿真系统的设计与开发47Design of Simulation System for Logistics in Steel - making ProcessZHANG Kun' , GAO Xiao-qiang? , ZHENG Zhong' , ZHAO Ke-wen'SONG Guo-ju' , ZHANG Da-de' , CHEN Xiao-ping'( 1. College of Materials Science and Engineering , Chongqing University , Chongqing 400044 China ;2. College of Economics and Business Administration , Chongqing University , Chongqing 400044 ,China ;3. Panzhihua lron and Steel ( Group ) Co. Panzhihua 617067 , China )Abstract :A simulation system for logistics in steel - making process has been developed by analyzing the state of logis-tics in steel plant , integrating the approach of coloured Petri nets with time and queuing network and using object - ori-ented methodology. The software functions for building - up simulation model , executing simulation , managing simula-tions , playing demo , analyzing statistics and online help. The objectives and principles of the simulation software haveschematically been introduced. At last , the software is visually validated with measured input data of primary logistics inV anadium - extracting , Steel - making Plant of Panzhihua lron and Steel Corporation. A Gantt diagram and statistics ofsimulation case are included in simulation results and can be used to assist decision - making for scheduling in steel -making process.Key words steelmaking ; logistics ; simulation ; software package developing(编辑李胜春)(上接第31页)Additive in Titania Electrorheological FluidDENG Xu-dong ZHENG Ling ,DENG Zhao-xiang( State Key Laboratory of Mechanical Transmission , Chongqing University , Chongqing 400044 ,China )Abstract :This thesis studies the influences of additives on shear stress of electrorheologial fluid( ER fluid ) in order toimprove performance of ER fluid. ER fluid contains additives , and it is organic carboxylic acid( T1 ) or fatty acid andmany entity mellow fa( T2 ,T3 ). Then we test it. The result shows that all of the additives improve the performance ofER fluid. When the electric field is strengthened to 4 kV/ mm under the condition that the content of additive is 3 per-cent , the shear stress of the ER fluid with different additive is improved in the rate of 12% 26% 33% respectively.The result also demonstrates that T1 contributes to a considerable increase in the stability of ER fluid. It is concludedthat there will be a significant improvement in the property of ER fluid by dispersing appropriate type and a mount of ad-ditive to a certain ER fluid.中国煤化工Key words :Al203 ;TiO2 electrorheological fluid ; additiveMHCNMH G .(编辑张小强)