【硕士】聚氨酯基磁流变材料研究

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内容简介

　　【硕士】聚氨酯基磁流变材料研究　　授予学位：硕士　　学位授予单位：中国科学技术大学　　学位年度：2010　　 磁流变材料是一种新颖的智能材料。磁流变材料包括：磁流变液(MR fluids)、磁流变泡沫(MR foams)、磁流变弹性体(MR Elastomers)以及磁流变胶(MR gels)。加载磁场时，磁性颗粒沿磁场方向取向形成链状结构，该结构可以对外加剪切破坏起到抵抗的作用。这种变化具有响应迅速、可逆性好，材料的力学性能可连续变化等优点。针对实验室承研的国家自然科学基金以及教育部博士学科点专项研究基金项目，为制备具有较高力学性能的磁流变材料，本文尝试以聚氨酯为基体材料制备聚氨酯基磁流变弹性体和磁流变胶，并研究了其力学性能。　　 在材料制备方面，本文采用聚氧化丙烯二醇(PPG)和甲苯二异氰酸酯(TDI)为原料通过聚合反应制备了聚氨酯基体，并通过调节二者摩尔比(NCO／OH)以及聚氧化丙烯二醇分子量制备了性能各异的聚氨酯基磁流变弹性体及磁流变胶，并对它们的性能进行了测试。　　 磁流变弹性体的性能研究结果表明：随着NCO／OH比值的增加，基体内铁颗粒团聚现象显著增强，材料的基础模量增大，样品的相对磁流变效应值显著降低，材料的滞后环面积以及相对磁剩余剪切模量(△q)均增大，材料的损耗因子降低，样品的玻璃化转变温度由一16．8℃增大至11．3℃。上述实验结果说明，通过调节NCO／0H比值，可以制备出具有不同力学性能的磁流变弹性体，从而满足不同的实际需求。聚氨酯基磁流变弹性体的磁致模量最大值可达6．7MPa。随着测试加载频率的增加，样品的剪切模量增大。随着增塑剂含量的增加样品的剪切模量显著降低，相对磁流变效应显著增大。但是随着时间的延长，增塑剂含量较高样品内的增塑剂会向基体外渗出从而影响磁流变弹性体性能的长效稳定性。此外，增塑剂含量过高也会导致磁流变弹性体的机械强度大幅度下降。、磁流变胶的性能研究结果表明随着NCO／OH的增加，聚氨酯基磁流变胶的粘度降低：随着铁颗粒质量分数、聚氧化丙烯二醇分子量以及测试磁场的增加，其粘度增大。此外实验结果还表明，样品的粘度受到颗粒含量以及基体的双重影晌。因此我们可以通过调节铁颗粒含量，NCO／OH比值以及聚氧化丙烯二醇分子量实现对材料粘度的控制。聚氨酯基磁流变胶具有较高的静态屈服应力(608kPa，磁场强度为573mT)：fl动态屈服力(83．9kPa，磁场强度为573mT)。这些优点使材料能够满足多种实际应用需求。随着NCO／OH比值的降低、测试磁场的增加、颗粒含量的增加以及聚氧化丙烯二醇分子量的增加样品的动态剪切应力和静态剪切应力值都显著增大。磁场扫描测试结果表明聚氨酯基磁流变胶的剪切应力随着磁场的增加、测试剪切速率的增大而显著增大。低磁场区域相同颗粒含量不同链段配比样品的剪切应力值相差较小，但是在高磁场区域剪切应力值相差较大。　　 多次连续测试实验结果表明材料在使用时，应预先磁化适当的时间使磁性颗粒充分取向成链后再使用，以确保材料性能的稳定。随着测试磁场以及铁颗粒质量分数的增加，样品的储能模量逐渐增大，而且样品的线弹性区也随之增大。　　　　

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