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內(nèi)外學(xué)者和工業(yè)界的廣泛興趣，并且在汽車工業(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期使用過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)聚問題，嚴(yán)重影響了磁流變液的性能，并且這個問題一直困擾著國內(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)聚的問題，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量研究，大部分學(xué)者主要是從兩個方面著手：一是對磁性顆粒的選擇以及對磁性顆粒進(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，測試了其基本性能，考察了制備過程中球料比對磁流變液粘度、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)，其樣品見表1。
1.3磁流變液性能測試
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)，通過目測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試
    磁流變液的零場粘度采用成都儀器廠生產(chǎn)的NXS -11A旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)進(jìn)行測量。磁流變液在磁場中流變性能的測試則是經(jīng)改裝后的NXS -11A旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)（加有磁場裝置）進(jìn)行測量。
2、結(jié)果與討論
2.1磁流變液的零場粘度
    圖1為磁流變液在剪切速率為16.283 8。1時(shí)的零場粘度，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)先下降后上升的過程。隨著球料比的增加，其零場粘度先是隨之減小，當(dāng)球料比為3:9
時(shí)，零場粘度達(dá)到一個最小值，其粘度為0.9772 Pa -s。當(dāng)球料比大于3;9后，其零場粘度沒有減小而
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^程中，通過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，在長時(shí)間和強(qiáng)剪應(yīng)力的作用下磁流變液會發(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個樣品均表現(xiàn)出良好的團(tuán)聚穩(wěn)定性，無板結(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。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減緩。預(yù)計(jì)隨著剪切速率的逐步加大，剪切應(yīng)力將會趨于某個值，即在高剪切速率下，剪切速率對剪切應(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，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)為是在制備過程中，所使用的球料比較小，沒有達(dá)到良好的分散效果，致使在磁場條件下，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)，零場粘度最小，只有0.977 2 Pa．s，而后零場粘度又隨球料比的增加呈增大趨勢。
    (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，但球料比對磁流變液的流變性能影響不大。
    (4)在磁流變液制備過程中，球料比對磁流變液的零場粘度和沉降穩(wěn)定性有較大的影響，在相同配方參數(shù)條件下，可以通過改變球料比的方法來改變磁流變液的零場粘度和沉降穩(wěn)定性。