【碩士】聚氨酯基磁流變材料研究

內容簡介

　　【碩士】聚氨酯基磁流變材料研究　　授予學位：碩士　　學位授予單位：中國科學技術大學　　學位年度：2010　　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)。加載磁場時，磁性顆粒沿磁場方向取向形成鏈狀結構，該結構可以對外加剪切破壞起到抵抗的作用。這種變化具有響應迅速、可逆性好，材料的力學性能可連續(xù)變化等優(yōu)點。針對實驗室承研的國家自然科學基金以及教育部博士學科點專項研究基金項目，為制備具有較高力學性能的磁流變材料，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)為原料通過聚合反應制備了聚氨酯基體，并通過調節(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，并對它們的性能進行了測試。　　磁流變彈性體的性能研究結果表明：隨著NCO／OH比值的增加，基體內鐵顆粒團聚現(xiàn)象顯著增強，材料的基礎模量增大，樣品的相對磁流變效應值顯著降低，材料的滯后環(huán)面積以及相對磁剩余剪切模量(△q)均增大，材料的損耗因子降低，樣品的玻璃化轉變溫度由一16．8℃增大至11．3℃。上述實驗結果說明，通過調節(jié)NCO／0H比值，可以制備出具有不同力學性能的磁流變彈性體，從而滿足不同的實際需求。聚氨酯基磁流變彈性體的磁致模量最大值可達6．7MPa。隨著測試加載頻率的增加，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低，相對磁流變效應顯著增大。但是隨著時間的延長，增塑劑含量較高樣品內的增塑劑會向基體外滲出從而影響磁流變彈性體性能的長效穩(wěn)定性。此外，增塑劑含量過高也會導致磁流變彈性體的機械強度大幅度下降。、磁流變膠的性能研究結果表明隨著NCO／OH的增加，聚氨酯基磁流變膠的粘度降低：隨著鐵顆粒質量分數、聚氧化丙烯二醇分子量以及測試磁場的增加，其粘度增大。此外實驗結果還表明，樣品的粘度受到顆粒含量以及基體的雙重影晌。因此我們可以通過調節(jié)鐵顆粒含量，NCO／OH比值以及聚氧化丙烯二醇分子量實現(xiàn)對材料粘度的控制。聚氨酯基磁流變膠具有較高的靜態(tài)屈服應力(608kPa，磁場強度為573mT)：fl動態(tài)屈服力(83．9kPa，磁場強度為573mT)。這些優(yōu)點使材料能夠滿足多種實際應用需求。隨著NCO／OH比值的降低、測試磁場的增加、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態(tài)剪切應力和靜態(tài)剪切應力值都顯著增大。磁場掃描測試結果表明聚氨酯基磁流變膠的剪切應力隨著磁場的增加、測試剪切速率的增大而顯著增大。低磁場區(qū)域相同顆粒含量不同鏈段配比樣品的剪切應力值相差較小，但是在高磁場區(qū)域剪切應力值相差較大?！　? 多次連續(xù)測試實驗結果表明材料在使用時，應預先磁化適當的時間使磁性顆粒充分取向成鏈后再使用，以確保材料性能的穩(wěn)定。隨著測試磁場以及鐵顆粒質量分數的增加，樣品的儲能模量逐漸增大，而且樣品的線彈性區(qū)也隨之增大?！　　　?

專題推薦