添加劑對TiO2電流變液性能的影響

2003年12月重慶大學(xué)學(xué)報Dec.2003第26卷第12期Journal of Chongqing UniversityVol.26 No. 12文章編號:1000 - 582X( 2003 )12-0029 -03添加劑對TiO,電流變液性能的影響鄧旭東，鄭玲,鄧兆祥. (重慶大學(xué)機械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗室重慶400044 )摘要研究不同添加劑對電流變液流變性能的影響，以提高ER液體的電流變活性。對含有不同添加劑的電流變液體進(jìn)行了電流變性能測試。結果表明:幾種添加劑對改善電流變液體的性能均有很好的促進(jìn)作用。在4kV/mm的電場(chǎng)強度下,含不同添加劑的電流變液體的剪切應力分別提高12%、26%和33%。且ER液體的抗沉淀穩定性明顯提高。說(shuō)明適宜、適量的添加劑能有效地提高ER液體的性能。關(guān)鍵詞:Al203 ;TiO2 ;電流變液;添加劑中圖分類(lèi)號:0362文獻標識碼:A電流變液體( Electrorheological Fluid )簡(jiǎn)稱(chēng)ER液,電流變液體的懸浮穩定性,還能有效提高電流變液體是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)重要的機、電耦合智能材料。的電流變活性7。電流變液體一般分 為單相電流變液體和兩相電流變液本文以Al2O,包覆Ti02為固體微粒,以減振器油體'。由于單相液晶高分子的成本高,響應速度慢,為分散介質(zhì),通過(guò)加入不同的添加劑,如有機羧酸應用.上受到很大的限制。目前研究比較多的是兩相電( T1 )脂肪酸多元醇脂I( T2 ),脂肪酸多元醇脂I I流變液體即固體微細粒子分散于低介電常數的絕緣(T3)配制不同的電流變液體測定其電流變性能和液體中形成的懸浮液。根據固體微粒的性質(zhì)不同，可穩定性,以研究不同添加劑對電流變液體性能的影響。分為無(wú)機物、有機物和復合顆粒電流變液體。這些電流變液體的共同特點(diǎn)是在外加電場(chǎng)作用下電流變液1實(shí)驗方法體能迅速實(shí)現液、固態(tài)性質(zhì)的轉變能感知環(huán)境(外加電場(chǎng))的變化,并且根據環(huán)境的變化自動(dòng)調節其本身1.1 電流變液配制的性質(zhì)使其黏度、阻尼和剪切應力都發(fā)生相應的變原料采用包覆AL2O3的Ti02固體微粒直徑0.4 pum ,化。這種液、固態(tài)的之間的轉化是快速可逆的整個(gè)轉減振器油脂肪酸多元醇脂I( T1 ) ,有機羧酸( T2)脂化過(guò)程僅需幾毫秒并可保持黏度連續無(wú)級變化能肪酸多元醇脂I( T3 )。耗極小是智能驅動(dòng)器的重要材料2。由于電流變液在配制一定濃度的電流變液體以前,將包覆體的特殊性能,使其在汽車(chē)制動(dòng)器、離合器以及各種Al2O3的Ti02固體微粒放入干燥箱中于120 C烘干機、電耦合系統中顯示出了日益廣闊的發(fā)展前景3-41。12h，以除去粉末中的水分。對減振器油進(jìn)行130C,目前,兩相電流變液體的研究多集中在分散顆粒3 h的干燥處理將包覆Al203的Ti02固體微粒、減振的制備.上研制5-6]對分散介質(zhì)和添加劑的研究相對器油和中國煤化工-定比例進(jìn)行混合攪較少。實(shí)踐證明適宜、適量添加劑的加入不僅能改善拌均勻:MYHCNMHG比例見(jiàn)表1所示。收稿日期2003 - 10 -17基金項目國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)資助項目( 51035030)作者簡(jiǎn)介:鄧旭東( 1974- )男重慶人重慶大學(xué)碩士研究生,從事電流變材料的研究。30重慶大學(xué)學(xué)報2003年表1電流變液體組成 比例樣品號粒子類(lèi)型(體積分數)%分散介質(zhì)添加劑質(zhì)量百分數/%Al203包覆Ti0,( 35 )減振器油無(wú)Al2O3包覆Ti02( 35 )脂肪酸多元醇脂1脂肪酸多元醇脂I有機羧酸67Al203包覆TiO2( 35 )脂肪酸多元醇脂II)01.2電流變性 能測試關(guān)系對比圖，隨著(zhù)T2的百分數增加,其電流變效應電流變性能測試采用成都儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的NXS -增強。11A型旋轉黏度計,轉子外徑和外筒內壁的間距為(2.0 +0.01 )mm。 采用YB2970型高壓電源，,可提800F◆1無(wú)添加閘T2在不同質(zhì)數下的對比圖700供交、直流兩種電源,調節范圍0~ 10 kV。600。6005002實(shí)驗結果與討論40000分散顆粒和分散介質(zhì)是ER液體的基本成分添200106加劑則是為了增加電流變效應而加入的根據添加劑0.61.01.620263.03.64.04.6作用的不同可分為表面活性劑和極化促進(jìn)劑兩類(lèi)。作EkV.mm-1者將三種不同的添加劑T1 ,T2 ,T3分別加入以Al2O3圖2不同含量T2的電流變性能包覆Ti02為分散顆粒的ER液體中進(jìn)行對比實(shí)驗,分(T2在不同質(zhì)量數下的力-電場(chǎng)對比)析其對ER液體性能的影響。其中T2為兩性表面活圖3是添加劑為T(mén)3在質(zhì)量百分含量為1% 3% ,性劑,T1 ,T3 分別為固態(tài)和液態(tài)非離子表面活性劑。5%和無(wú)添加劑時(shí)的剪切屈服應力τ和電場(chǎng)強度E的.圖1是添加劑為T(mén)1在質(zhì)量百分含量為1% 3% ,關(guān)系對比圖,從圖中看出當T3質(zhì)量百分數為3%時(shí),5%和無(wú)添加劑時(shí)的剪切屈服應力τ和電場(chǎng)強度E的其效應最好。關(guān)系對比圖。從圖中發(fā)現隨著(zhù)T1的百分數增加其900電流變效應減弱。F -無(wú)幕加荊T3在不同質(zhì)敷800I 000700+ 3T1在不同質(zhì)數70女路g 500乓600300” 50010000.61.01.620263.03.64.04.6EkVmm-1一0.6101620263.0364046EIV.mm'中國煤化工:電流變性能MHCNMHG_電場(chǎng)對比)圖1不同含量T1的電流變性能圖4是三種添加劑T1 ,T2 ,T3 在質(zhì)量百分含量為(TI在不同質(zhì)量數下的力-電場(chǎng)對比)圖2是添加劑為T(mén)2在質(zhì)量百分含量為1% 3% ,3%和沒(méi)有加添加劑時(shí)的剪切屈服應力τ和電場(chǎng)強度5%和無(wú)添加劑時(shí)的剪切屈服應力T和電場(chǎng)強度E的E的關(guān)系對比圖。上面圖的解釋如下:當加入脂肪酸多元醇脂第26卷第12期鄧旭東等:添加劑對Ti02電流變液性能的影響31 .從圖中可以發(fā)現,當加了添加劑時(shí)ER液體的穩800-F無(wú)添加劑不同舔加劑(3%) .定性大為提高。這是因為添加劑是表面活性劑,它在700-?T1時(shí)的對比圖ER液體中的存在形式以吸附在分散顆粒表面為主,60昌500t它可以改善分散顆粒與分散介質(zhì)之間液-固"界面400的潤濕性增加分散顆粒與分散介質(zhì)之間的相容性起3(200-到穩定劑的作用。同時(shí)還可以改變粒子表面的介電和100導電性質(zhì)在電場(chǎng)作用下表現為電流變活性提高剪”0---2.0263.036404.6E1kV.mm-1切應力值增加。圖4不同添加劑的電流 變性能3結論(不同添加劑在質(zhì)量數為3%時(shí)的力-電場(chǎng)對比)KT1 ),I( T3 )時(shí)這是非離子表面活性劑,促進(jìn)了懸以包覆Al2O3的TiO2為固體微粒減振器油為分浮粒子的極化使粒子對電場(chǎng)的反應更加靈敏極化懸散介質(zhì)通過(guò)加入不同性質(zhì)、不同數量的添加劑，討論浮粒子形成的鏈狀結構剛性增強能更有效地抵抗液了電流變液體中添加劑的作用。有機羧酸是兩性表面體在外力作用下的流動(dòng)電流變效應也隨之增強。但活性劑,且帶有極性基團-羥基不僅能提高顆粒的表是T1是固體顆粒所以隨著(zhù)質(zhì)量百分含量的增加其面活性還能起分散穩定的作用。脂肪酸多元醇脂I效應有所降低。而對于T3如果用量過(guò)多則會(huì )使ER和脂肪酸多元醇脂II是非離子表面活性劑性能穩定液體在施加電場(chǎng)時(shí),通過(guò)的電流增大，從而增加了損不受液體電解質(zhì)和pH值的影響,同樣帶有極性基團耗還易造成液體因為電流過(guò)大而放熱升溫,使液體易對電流變液體的電流變活性和分散穩定性有很好的促發(fā)生電擊穿;用量過(guò)少添加劑對液體性能的改變不明進(jìn)作用。這些添加劑的加入顯著(zhù)提高了材料的電流顯通過(guò)多次實(shí)驗總結，認為添加劑加入質(zhì)量分數為變性能效果十分明顯表明對添加劑的研究為開(kāi)發(fā)新3%時(shí)較為合適(見(jiàn)圖13)。而T2是有機羧酸物質(zhì)，型高性能的ER液體材料提供了一條重要的途徑。屬于兩性表面活性劑,同樣使粒子對電場(chǎng)的反映靈敏,這給我們一個(gè)很有意義的啟示對于從事電流變它隨百分數的增加其電流變效應也隨之增加,但是它材料的工作者，添加劑是一門(mén)很有研究的課題,目前在這方面的成就還不大。如果能夠找到一種適宜添加沒(méi)有脂肪酸多元醇脂的效果明顯(見(jiàn)圖2)。劑,且量度合適那必將大大地提高電流變的性能。這從圖4可以發(fā)現加了添加劑的電流變效應明顯優(yōu)是一條很好的思路。于不加添加劑的電流變液體時(shí)的。且在相同條件下參考文獻:T3效果優(yōu)于T2,而T2則優(yōu)于T1，從而進(jìn)一步證明了[1] 趙曉鵬羅春榮周本濂.電流變材料的制備[ J]材料科學(xué)與工程1993 11( 14 )12-14.上面的分析。[2] 魏宸官.電流變液體材料發(fā)展中若干問(wèn)題的研究A]第圖5是無(wú)添加劑和三種添加劑T1 T2 T3的沉降二屆全國電磁流變學(xué)術(shù)會(huì )議論文摘要[ C]西安:西安人民出版社,1998.率與存放時(shí)間的關(guān)系對比圖。[3] 魏宸官.電流變液體及其在汽車(chē)減振器上的應用[ J]兵工學(xué)報,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]張建華.電流變材料的設計研制及其流變和應用性能研究M1.上海:上海大學(xué)出版社1999. 47 - 48.15}[7]中國煤化工ations in flowing eletrorth-HCNMH G1991 64(516) 23 -26.(下轉第47頁(yè))65515圖5添加劑的沉降率 與存放時(shí)間的關(guān)系第26卷第12期張?chǎng)H等:煉鋼物流仿真系統的設計與開(kāi)發(fā)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(編輯李勝春)(上接第31頁(yè))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.中國煤化工Key words :Al203 ;TiO2 electrorheological fluid ; additiveMHCNMH G .(編輯張小強)