溶胶凝胶法制备抗氧化稳定水基磁流变液的研究

摘要

磁流变液（Magnetorheological Fluid，简称MRF）是一种典型的智能材料，它的形态和性能都可以在外加磁场的控制下发生迅速可逆的改变。水基磁流变液因为其零场粘度低、屈服应力大、对环境无污染等特点，被广泛应用于磁流变抛光等领域，发展前景非常广阔。但是水基磁流变液中磁性粒子与载液的密度差过大问题，在重力作用下磁性粒子沉降会导致水基磁流变液沉降稳定性的降低。另外，水基磁流变液中磁性粒子一般为羰基铁粉，因为铁的电极电位比氧的电极电位低，在水中极易发生电化学腐蚀，导致磁流变液性能降低，严重制约磁流变液的应用。因此，提高水基磁流变液沉降稳定性和抗氧化性是实现磁流变液应用于磁流变抛光等领域的关键技术之一。为此，本文首先合成一种亲水型表面改性剂N-聚醚基乙二胺三乙酸（PED3A），并用溶胶凝胶法合成PED3A锆溶胶，再将其包覆到羰基铁粉表面，制备复合磁性粒子及磁流变液。 通过红外光谱对合成PED3A过程的中间产物及终产物的结构进行了表征，结果表明：中间产物和终产物都出现了预期合成目标产物主要官能团的特征峰，成功合成中间产物（单氯代聚乙二醇、N-聚醚基乙二胺）和终产物（PED3A）。 通过SEM、FT-IR、XRD、VSM、接触角和TG-DTA等测试技术对复合粒子的结构和性能进行表征，并设计了复合粒子的抗酸性和抗氧化性实验。结果证明复合粒子具有核壳层结构，PED3A锆溶胶均匀的包覆在了羰基铁粒子表面，制备的复合粒子具有良好的亲水性、抗氧化性、抗酸性和软磁性能。 对磁流变液的沉降稳定性、抗氧化性和磁流变性能进行相关研究，结果表明，使用PED3A锆溶胶包覆的复合磁性粒子制备的水基磁流变液，沉降稳定性和抗氧化性得到了有效提高，具备可观的零场粘度和屈服应力，其磁流变效应及重现性很好。

目录

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第1章 绪论

1.1引言

1.2磁流变液简介

1.3磁流变液的组成

1.3.1分散相

1.3.2连续相

1.3.3添加剂

1.4磁流变液效应及微观机理

1.4.1磁流变效应

1.4.2磁流变效应的机理

1.5磁流变液的主要性能指标

1.5.1屈服应力

1.5.2磁流变液的零场粘度

1.5.3磁流变液的沉降稳定性

1.6磁流变液的发展及应用

1.6.1磁流变液的发展概况

1.6.2磁流变液的应用

1.7水基磁流变液的研究现状

1.8本论文研究目的和主要内容

第2章 N-聚醚基乙二胺三乙酸（PED3A）表面改性剂的制备及表征

2.1引言

2.2 PED3A的制备合成

2.2.1实验试剂及仪器

2.2.2实验步骤

2.2.3表征及性能测试

2.3结果与讨论

2.3.1单氯代聚乙二醇的红外光谱分析

2.3.2 N-聚醚基乙二胺的红外光谱分析

2.3.3终产物N-聚醚基乙二胺三乙酸的红外光谱分析

2.4本章小结

第3章 PED3A锆溶胶复合磁性粒子的制备及表征

3.1引言

3.2 PED3A锆溶胶核壳粒子的制备

3.2.1实验试剂与仪器

3.2.2溶胶-凝胶法制备PED3A锆溶胶复合粒子的设计机理

3.2.3制备步骤

3.2.4测试与表征方法

3.3结果与讨论

3.3.1复合磁性粒子的形貌分析

3.3.2复合磁性粒子的接触角分析

3.3.3复合磁性粒子的红外光谱分析

3.3.4复合磁性粒子的XRD分析

3.3.5复合磁性粒子的磁性能分析

3.3.6复合磁性粒子的热分析

3.3.7复合粒子的抗酸性分析

3.3.8复合粒子的抗氧化性分析

3.4本章小结

第4章 水基磁流变液的制备与表征

4.1引言

4.2磁流变液的制备工艺与表征方法

4.2.1实验试剂及仪器

4.2.2实验步骤

4.2.3测试方法

4.3结果与讨论

4.3.1 PED3A锆溶胶对水基磁流变液沉降稳定性的影响

4.3.2 PED3A锆溶胶含量对水基磁流变液零场粘度的影响

4.3.3复合磁性粒子体积分数对水基磁流变液零场粘度的影响

4.3.4水基磁流变液的循环力学性能

4.3.5不同磁场对磁流变液的影响

4.3.6不同磁场对水基磁流变液的影响

4.4本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献

攻读学位期间获得的科研成果