磁流變液( magnetorheological fluid，MRF)是一種智能材料，它是由易磁化顆粒分散于基礎(chǔ)載液中形成的懸浮液，其流變性能隨外加磁場(chǎng)的改變而發(fā)生變化，呈現(xiàn)出連續(xù)、可逆、迅速和精確可控的優(yōu)良特性。其主要由磁性顆粒、基液和添加劑組成。磁流變液的概念最初是1948年由RABINOW提出的，并設(shè)計(jì)了最早的磁流體離合器，但直到20世紀(jì)90年代以后人們才掀起了對(duì)磁流變液的研究熱潮。正是由于磁流變效應(yīng)連續(xù)、可逆、迅速的特點(diǎn)使得磁流變液引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者和工業(yè)界的廣泛興趣，并且在汽車(chē)工業(yè)、航空航天、機(jī)械制造、建筑、醫(yī)療等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。
    但是目前磁流變液存在的最大不足是在長(zhǎng)期使用過(guò)程中磁流變流體中的磁性粒子與母液之間分離出現(xiàn)沉淀，即磁流變液的沉降和團(tuán)聚問(wèn)題，嚴(yán)重影響了磁流變液的性能，并且這個(gè)問(wèn)題一直困擾著國(guó)內(nèi)外的研究者，也是影響磁流變液工程應(yīng)用的主要障礙之一。為了解決磁流變液沉降和團(tuán)聚的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究，大部分學(xué)者主要是從兩個(gè)方面著手：一是對(duì)磁性顆粒的選擇以及對(duì)磁性顆粒進(jìn)行改性，二是配方設(shè)計(jì)以及添加劑的選擇。
    本文主要從制備工藝參數(shù)人手，以羰基鐵粉為磁性顆粒，硅油為載液，硅烷偶聯(lián)劑為表面活性劑，納米級(jí)二氧化硅為觸變劑，采用高速球磨機(jī)球磨分散的方法制備磁流變液，測(cè)試了其基本性能，考察了制備過(guò)程中球料比對(duì)磁流變液粘度、沉降穩(wěn)定性和流變性能的影響，富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售球磨機(jī)、雷蒙磨粉機(jī)等磨機(jī)機(jī)械設(shè)備。
1、實(shí)驗(yàn)部分
1.1主要原料
    羰基鐵粉，平均粒徑為3.5um，基本呈球形分布，純度為99. 9qc（陜西興化化學(xué)股份有限公司）；甲基硅油，運(yùn)動(dòng)粘度為10mm2/s（四川晨光化工）；硅烷偶聯(lián)劑KH560（南京康普頓曙光有機(jī)硅化工有限公司）；納米級(jí)二氧化硅（SPI型）平均粒徑為20 nm，比表面積為640 mz／g，純度為99.5%（廈門(mén)邁凱倫科技有限公司）。
1.2磁流變液的制備
  將羰基鐵粉與硅烷偶聯(lián)劑及異丙醇按一定比例混合后置于球磨罐中，經(jīng)機(jī)械攪拌、超聲分散后放入球磨機(jī)球磨6h，再把羰基鐵粉置于70℃的真空干燥箱內(nèi)烘干。以表面處理后羰基鐵粉為懸浮相，以甲基硅油為分散相，混合后置于球磨罐內(nèi)，并加入一定量的納米級(jí)二氧化硅，經(jīng)機(jī)械攪拌、超聲分散后，再用高速球磨機(jī)球磨分散的方法制備磁流變液。球磨法制備過(guò)程中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)具體情況，設(shè)定球磨機(jī)轉(zhuǎn)速和球磨時(shí)間，球料比分別選取l：9，2:9，3:9和4:9進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其樣品見(jiàn)表1。
1.3磁流變液性能測(cè)試
1.3.1磁流變液的沉降穩(wěn)定性
    沉降穩(wěn)定性采用自然沉降法，將制備好的磁流變液樣品放入量筒內(nèi)，通過(guò)目測(cè)量筒中樣品分層百分比記錄不同時(shí)間的沉降情況。
1.3.2磁流變液流變性能的測(cè)試
    磁流變液的零場(chǎng)粘度采用成都儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的NXS -11A旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)量。磁流變液在磁場(chǎng)中流變性能的測(cè)試則是經(jīng)改裝后的NXS -11A旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（加有磁場(chǎng)裝置）進(jìn)行測(cè)量。
2、結(jié)果與討論
2.1磁流變液的零場(chǎng)粘度
    圖1為磁流變液在剪切速率為16.283 8。1時(shí)的零場(chǎng)粘度，從圖中可以看出，磁流變液的粘度隨著球
料比的增大出現(xiàn)先下降后上升的過(guò)程。隨著球料比的增加，其零場(chǎng)粘度先是隨之減小，當(dāng)球料比為3:9
時(shí)，零場(chǎng)粘度達(dá)到一個(gè)最小值，其粘度為0.9772 Pa -s。當(dāng)球料比大于3;9后，其零場(chǎng)粘度沒(méi)有減小而
是隨著球料比的增加而增大。
    分析認(rèn)為，這是因?yàn)榇帕髯円涸谥苽溥^(guò)程中，通過(guò)球磨的方法被不斷地剪切，發(fā)生剪切稀化現(xiàn)象，并且隨著剪切強(qiáng)度的加大，剪切稀化現(xiàn)象越明顯。因此磁流變液隨著球料比的增加而使所受的剪切應(yīng)力增加，致使粘度隨著球料比的增加而減小。但是當(dāng)球料比達(dá)到一定值后，產(chǎn)生很強(qiáng)的剪切應(yīng)力，在長(zhǎng)時(shí)間和強(qiáng)剪應(yīng)力的作用下磁流變液會(huì)發(fā)生“剪切變稠”現(xiàn)象，致使在球料比較大的情況下，粘度會(huì)發(fā)生稠化現(xiàn)象。
2.2磁流變液的沉降穩(wěn)定性
    表2是磁流變液靜置l周后的沉降情況和靜置3個(gè)月后的團(tuán)聚情況。從表2中可以看出，隨著球料比的增加沉降速率呈現(xiàn)先加快隨后減慢的過(guò)程。試樣MRF3 -3沉降速率最快，其沉降速率是試樣MRF3-1和試樣MRF3-4的1.5倍。從圖l和表2可以看出，4組試樣的沉降速率與其粘度有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即粘度小的沉降速率快，粘度大的則沉降速率慢。MRF3 -3粘度最小，因而沉降速率最快，MRF3-1和MRF3 -4粘度最大，沉降速率最慢，且該兩試樣的粘度近似MRF3 -3粘度的1.5倍。
    從表2還可以看出，磁流變液靜置3個(gè)月后，球料比為3:9時(shí)，沉降量最大，沉降量達(dá)到21%，而球料比為1：9和4:9的樣品表現(xiàn)出較好的沉降穩(wěn)定性，沉降量為14%。以上4個(gè)樣品均表現(xiàn)出良好的團(tuán)聚穩(wěn)定性，無(wú)板結(jié)現(xiàn)象出現(xiàn)，表現(xiàn)出軟性沉降的特征。其特征為沉降速度快，形成沉降體積較大的沉淀物，但攪拌后容易再分散而變?yōu)榫鶆虻膽腋∠到y(tǒng)。
2.3磁流變液的流變性能
    圖2為在剪切速率為135.65 s一下磁流變液剪切應(yīng)力與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線(xiàn)。從圖2可以看出，4組磁流變液的剪切應(yīng)力均隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加而增大。且在相同的磁感應(yīng)強(qiáng)度下，4組樣品剪切應(yīng)力幾乎相同，這是因?yàn)?組磁流變液所含的羰基鐵粉體積分?jǐn)?shù)相同。
    圖3為在磁感應(yīng)強(qiáng)度為126.5 mT時(shí)磁流變液剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系。從圖中可以看出，4組磁流變液剪切應(yīng)力總體上隨著剪切速率的增大而增大。當(dāng)剪切速率小于60s-1時(shí)，隨著剪切速率的增大剪切應(yīng)力增大得較快，當(dāng)剪切速率大于60 S-I時(shí)，剪切應(yīng)力隨剪切速率的增大而增大的趨勢(shì)減緩。預(yù)計(jì)隨著剪切速率的逐步加大，剪切應(yīng)力將會(huì)趨于某個(gè)值，即在高剪切速率下，剪切速率對(duì)剪切應(yīng)力的影響較小。
    此外，在較低剪切速率的情況下，MRF3 -2和MRF3 -4表現(xiàn)出的剪切應(yīng)力明顯高于其他兩個(gè)樣品，在較高剪切速率下，MRI;3 -2和MRF3 -4依然保持較高的剪切應(yīng)力，樣品MRF3 -3此時(shí)也表現(xiàn)出較高的剪切應(yīng)力，但是MRF3-1在較高剪切速率下，剪切應(yīng)力呈下降趨勢(shì)，且較其他樣品剪切應(yīng)力較小，分析認(rèn)為當(dāng)外加磁感應(yīng)強(qiáng)度較小時(shí)，磁流變液構(gòu)成的鏈狀結(jié)構(gòu)較松散，使之變形和斷裂所需的剪切力也較小，因此4組樣品表現(xiàn)出的剪切應(yīng)力不高，其中樣品MRF3-3與其他樣品相比粘度較小，致使在相同的剪切速率之下所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力較小。樣品MRF3-1產(chǎn)生的剪切應(yīng)力較其他樣品要小，初步分析認(rèn)為是在制備過(guò)程中，所使用的球料比較小，沒(méi)有達(dá)到良好的分散效果，致使在磁場(chǎng)條件下，不易形成磁極化鏈或形成的磁極化鏈較少，從而產(chǎn)生的剪切應(yīng)力較小。
3、結(jié)論
    (1)磁流變液的沉降穩(wěn)定性先是隨著球料比的增加而下降，而后當(dāng)球料比達(dá)到一定值后隨著球料比的增加沉降穩(wěn)定性變好。
    (2)磁流變液的零場(chǎng)粘度先是隨著球料比的增加，粘度逐漸減小，在球料比為3:9時(shí)，零場(chǎng)粘度最小，只有0.977 2 Pa．s，而后零場(chǎng)粘度又隨球料比的增加呈增大趨勢(shì)。
    (3)在一定的剪切速率下，磁流變液的剪切應(yīng)力隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增大而增大，但球料比對(duì)磁流變液的流變性能影響不大。
    (4)在磁流變液制備過(guò)程中，球料比對(duì)磁流變液的零場(chǎng)粘度和沉降穩(wěn)定性有較大的影響，在相同配方參數(shù)條件下，可以通過(guò)改變球料比的方法來(lái)改變磁流變液的零場(chǎng)粘度和沉降穩(wěn)定性。