碳黑对磁敏高弹体力学性能的影响

以天然橡 胶 （ 合肥 万友橡 胶厂 ） 为基体 ， 以铁 粉 （ 德 国Ｂ Ｆ ＡＳ ，平 均粒径 １ １ ．． ９ｔ ｍ）和碳 黑 （ 合肥万友橡胶 厂 ， 平均粒 径 ２ ０ ｍ）为主 要添加剂 ，制备 了 ６种磁流变 弹 ５ｎ 性 体样 品 。其成 分配 比如表 １ 所示 。 表 １ 磁 流 变弹性体样 品成分 配 比 （ 体积 比）
黑颗 粒混炼 至均匀 ，制 成混炼胶 填充到模具 中 ，置入 自 制磁 热耦合硫 化装 置 中固化成 型【 。 ｌ 固化过程 中调节磁 叭
场 发生装 置 的磁 感应 强度 为 ｌ 。 Ｔ ２２ 热空气老 化试验 ． 为研究材 料的 热稳定 性 ， 本文对 磁流变弹性 体样 品 进行 了热 空气 老化试 验 。试验 时采用热 空气 老化箱 （ 江
都精 诚仪器厂 ） ，设定箱 内空气温 度 为 ７ ℃，置样 品于 ０
箱 中 ４ｈ ８ 。在 此过程 中 ，样 品会 发生老化 、分 解等化学 变 化。达 预设 时间后 ，样 品取 出后静 放 ２ ｈ后 再进行力 ４ 学性 能测试 。
方面 ， 应用 器件 的工作 效果很大程度 上依赖 于材
一
６种样 品中 ，样 品 １为纯 天然橡胶 ；样 品 ２和 ３分 别为仅含 单一添加 剂碳 黑和铁粉 的样 品：在样 品 ４ 、 、５ ６中，铁粉体 积 比固定 ，碳黑 含量逐步上升 。
制 备磁 流变 弹 性 体样 品 时 ，采 用传统 橡 胶工 业 技 术 ， 橡胶基体 和橡胶 助剂进行 塑炼后 ，添加 铁粉和碳 对
文献标 识码 ：Ａ
文章编号 ： １０ —７ ２ ０ ） ０ １ ３ （０ ７增刊一２ １ ４ ９ １ １５ — ０
２ 实
验
１ 引 言
２１ 材 料制备 ．
磁流变 液是一 种智能 型的功能材 料 ， 由微 米或 亚 是
微米 尺寸 软磁 性颗 粒 均 匀分 散于 液相 中所 构 成 的悬 浮 体 系 。磁 流变液 在外 加磁场 作用下 ，产 生类 似 液一 固相
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陈
琳 等 ：碳 黑 对磁 敏 高弹 体 力学 性 能 的影 响
碳 黑对磁 敏 高弹体 力学性 能的影 响
陈 琳 ，龚兴龙
（ 国科 学技术大 学 力学和机 械工程 系， 中国科学 院材料 力学行 为与设计重 点实验 室，安徽 合肥 ２ ０ ２ ） 中 ３ ０ ７ 摘 要： 磁敏 高弹体也称磁 流变弹性体 ， 一种新型 的 是 功 能材料和 智能材料 ，其 力学性 能可以 由外加磁 场来控 制 。制备 了不同碳 黑含量 的磁 流变弹性体 ，并 实验研 究 了其磁流 变效应 和热稳定性 ，得 出了碳 黑对磁 流变弹性 热稳定性差 等 。 因此研 制出高性 能磁流变 弹性体尤为重 要；另一 方面 ，在高分子 聚合物 工业中 ，碳 黑是一种有 效的活性添 加剂 ， 以改善材料 多方面 的性 引 因此 ， 可 。 碳 黑 在高 性 能磁 流变 弹 性体 的研 制 中显 出 了较 高的研 究价值 。 本文首 先尝试 以碳 黑为添加剂 ， 制备 了不 同成分 的 磁 流变弹性 体 。 再通 过研 究与 比较 这些磁流变 弹性体 的 磁 流变效应 和热空气 老化稳 定性 ， 定 了碳黑对磁 流变 确 弹性体力学 性能 的影响 。
体力学性 能的影 响 。实验 结果表 明 ，制备磁 流 变弹性体 时 ，向基体 中添功 适量的碳黑 ，能够增强材料 的磁 流 变 ｎ 效应 、降低材料 的损耗 因子、提 高材料 的热稳 定性 。
关键词 ： 磁 敏高弹体 ；磁流变弹性体 ；碳黑； 力学性 能
Hale Waihona Puke 中图分类 号： Ｔ ３ １ Ｂ ８
料单元 的性能 。然而 ，目前研制 的磁流变 弹性体 仍然存 在很多 不足之处 ，如磁流 变效应 不够高 、阻尼 比过大 、
基体
１ Ｏ％ ０ ９ ％ ４ ９ ％ ４ ６ ％ ７ ６ ％ ３ ６ ％ ０
铁粉
Ｏ ％ Ｏ ％ ６ ％ ３ ％ ３ ３ ％ ３ ３ ％ ３
碳黑
Ｏ ％ ６ ％ Ｏ ％ Ｏ ％ ４ ％ ７ ％
新 型材 料 。 通过 使用 高分 子聚合物 来代替磁 流变液 液态 基体 ，解决 了磁 流变液 易沉 降、稳定性差 、颗粒 易磨损
样 品号
１ ２ ３ ４ ５ ６
变 ，其结 果使 整个 悬 浮体 系 的屈服 应 力和 表 观粘度 有 ２ 个 数量级 的变 化 。由于其 响应快 （ 量 级 ） ～３ ｍｓ 、可逆 性 好 （ 去磁场后 ，又恢复初 始状态 ） 撤 、以及可 以通 过 调 节磁 场大 小来控制材 料 的力学 、电学 、 学等 性能连 磁 续变 化 ，因而在 航空航 天 、汽 车、振动控 制等领域 具有 广泛 的应 用前景 【 。 ｌ Ｊ 磁 敏 高弹 体 是在 磁 流变 液基 础 上发 展起 来的 一类
等缺 点。通 过物理化 学手段 ，将微米 级软磁 性颗粒 散布 在粘塑性 态 的高 分子聚合 物基体 中 ， 固化后 形成 的高弹 性 的复合 材 料 即为磁 敏 高 弹体 。 由于其起 源 于磁 流 变 液 ，因此现 在也俗称磁 流变 弹性体 。 在磁场 的作用 下 ， 磁流 变弹性体 内部 的颗 粒被磁 化 后 ，产 生相互 作用力 。当磁流 变弹性 体受到形 变时 ，这 些磁力在其 内部形成 反 向力矩 ， 从而增 强 了材料 抵抗变 形 的能力 。因此 ，磁 流变弹性 体的力 学性能 （ 如刚度 和 阻尼 ）在 外加 磁场 下会 发 生变化 【 】 ６ 。这 种现 象称 为 磁 Ｉ ７ 流变 弹性体 的磁 流变 效应 。 据如此特 性 ，已有研 究 人 根 员 利用磁 流 变 弹性 体 设计 出可 应用 于减 振 降 噪领 域 的 调频式 吸振 器Ｉ ］ ６。 ， ８