搜索
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201910335175.0(22)申请日2019.04.24(71)申请人重庆邮电大学地址400065重庆市南岸区黄桷垭崇文路2号(72)发明人周梦娇 王浩 苟欣 肖启鹏 冯甚尧 王迪 许可非 李熙 韩明秀 文井辉 (74)专利代理机构北京同恒源知识产权代理有限公司11275代理人赵荣之(51)Int.Cl.C08L75/04(2006.01)C08L83/04(2006.01)C08K9/02(2006.01)C08K3/04(2006.01)C08K3/08(2006.01)(54)发明名称一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料及其制备方法，属于材料技术领域。该复合材料按质量份计包含如下组分：高分子预聚物基体100份、碳材料1-4份、磁性颗粒37-180份、交联剂10份。该复合材料在磁场控制下，可以显著地变化刚度和阻尼，进而改变自身模量，可以有效的扩大隔震减震工作范围，提高隔震减震性能。同时还因添加碳材料，具有良好的导电性能，可通过自身的压阻效应智能的感知材料所受的载荷情况，为快速主动隔振减震提供反馈信号。该复合材料制备工艺简单易操作，对设备要求不高，成本低，适合扩大化生产。权利要求书1页说明书5页附图6页CN110028777A2019.07.19CN110028777A1.一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料，其特征在于，按质量份计，所述复合材料包含如下组分：高分子预聚物基体100份、碳材料1-4份、磁性颗粒37-180份、交联剂10份。2.如权利要求1所述的一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料，其特征在于，按质量份计，所述复合材料包含如下组分：高分子预聚物基体100份、碳材料2份、磁性颗粒60-80份、交联剂10份。3.如权利要求1或2所述的一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料，其特征在于，所述高分子预聚物基体为聚二甲基硅氧烷或聚氨酯中的至少一种。4.如权利要求1或2所述的一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料，其特征在于，所述碳材料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、单层石墨烯或多层石墨烯中的至少一种。5.如权利要求1或2所述的一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料，其特征在于，所述磁性颗粒为羰基铁粉、羰基镍粉或羰基钴粉中的至少一种。6.如权利要求1或2所述的一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料，其特征在于，所述交联剂为含氢硅油、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、六甲基二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。7.权利要求1-6任一项所述的一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法如下：将碳材料均匀分散于分散液后加入高分子预聚物基体，混匀后进行加热处理至所述分散液完全蒸发，然后加入磁性颗粒，混匀后加入交联剂，再次混匀后进行抽真空以去除气泡，制得混合物，将所述混合物倒入模具，在封装所述模具前再次进行抽真空以去除气泡，随后将所述模具封装，并置于均匀磁场中使所述混合物固化，即可。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述分散液为正己烷、丙酮或甲苯中的一种。9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，混匀均按如下方法进行：先以50-100r/min的速度机械搅拌10-20min，再超声震荡10-30min。10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述加热处理至所述分散液完全蒸发具体为在70-100℃下加热1-4h；所述置于均匀磁场中使所述混合物固化具体为置于0.8-1.2T的均匀磁场中1-3h，同时在80-100℃下加热使所述混合物固化。权 利 要 求 书1/1页2CN110028777A2一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料及其制备方法技术领域[0001]本发明属于材料技术领域，具体涉及一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料及其制备方法。背景技术[0002]磁流变橡胶(Magneto-rheological Elastomers，MRE)器件(也称磁流变弹性体)是一种新型智能器件，在外加磁场作用下在几毫秒内可改变其剪切模量、拉伸模量和弹性特性，且在大拉伸、压缩或剪切作用下仍具有良好形变及耗能能力。由磁流变橡胶制作的隔震减震系统与传统的隔震减震系统相比具有刚度/阻尼同时可控、稳定性好、结构简单的优点，同时它又克服了早期的磁流变液易沉降、使用时需密封的缺点，提高结构系统的抗冲防护能力，已成为机械隔振减震、抗震减灾领域的研究热点。[0003]尽管新型的磁流变橡胶能够在一定程度上克服传统隔震减震橡胶的缺陷，但其无法自感知受力大小，需借助各种传感器来实现感知，而后输入控制系统，大大增加了整个系统的反馈时延，但遇到爆炸、地震、冲撞等瞬态大载荷冲击时，存在不能快速响应而引发事故的隐患。目前，一般通过添加改性材料来提升复合材料的性能，例如通过在高分子聚合物中加入碳材料，可以使复合材料具有压阻效应，但是因其力学性能而不能用于隔振减震领域。用于隔震减震领域的传统磁流变橡胶具有一定的压阻效应，但是初始电阻都接近绝缘，其灵敏度和线性度也都不足以用于自感知。发明内容[0004]有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料；目的之二在于提供一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料的制备方法。[0005]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：[0006]1、一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料，按质量份计，所述复合材料包含如下组分：高分子预聚物基体100份、碳材料1-4份、磁性颗粒37-180份、交联剂10份。[0007]优选的，按质量份计，所述复合材料包含如下组分：高分子预聚物基体100份、碳材料2份、磁性颗粒60-80份、交联剂10份。[0008]优选的，所述高分子预聚物基体为聚二甲基硅氧烷或聚氨酯中的至少一种。[0009]优选的，所述碳材料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、单层石墨烯或多层石墨烯中的至少一种。[0010]优选的，所述磁性颗粒的形状为球状或树枝状中的至少一种。[0011]优选的所述磁性颗粒为羰基铁粉、羰基镍粉或羰基钴粉中的至少一种。[0012]优选的，所述交联剂为含氢硅油、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1，5-说 明 书1/5页3CN110028777A3萘二异氰酸酯、六甲基二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种。[0013]2、所述的一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料的制备方法，所述方法如下：将碳材料均匀分散于分散液后加入高分子预聚物基体，混匀后进行加热处理至所述分散液完全蒸发，然后加入磁性颗粒，混匀后加入交联剂，再次混匀后进行抽真空以去除气泡，制得混合物，将所述混合物倒入模具，在封装所述模具前再次进行抽真空以去除气泡，随后将所述模具封装，并置于均匀磁场中使所述混合物固化，即可。[0014]优选的，所述分散液为正己烷、丙酮或甲苯中的一种。[0015]优选的，所述碳材料均匀分散于分散液具体为将碳材料加入分散液后超声震荡20min-2h。[0016]优选的，混匀均按如下方法进行：先以50-100r/min的速度机械搅拌10-20min，再超声震荡10-30min。[0017]优选的，所述加热处理至所述分散液完全蒸发具体为在70-100℃下加热1-4h；所述置于均匀磁场中使所述混合物固化具体为置于0.8-1.2T的均匀磁场中1-3h，同时在80-100℃下加热使所述混合物固化。[0018]本发明的有益效果在于：本发明提供了一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料及其制备方法，该复合材料在磁场控制下，可以显著地变化刚度和阻尼，进而改变自身模量，可以有效的扩大隔震减震工作范围，提高隔震减震性能。同时还因添加碳材料，具有良好的导电性能，可通过自身的压阻效应智能的感知材料所受的载荷情况，为快速主动隔振减震提供反馈信号。该复合材料制备工艺简单易操作，对设备要求不高，成本低，适合扩大化生产。[0019]本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明[0020]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：[0021]图1为实施例1中制备的复合材料的压阻性能测试结果图；[0022]图2为实施例1中制备的复合材料的磁控刚度阻尼变化测试结果图；[0023]图3为实施例2中制备的复合材料的压阻性能测试结果图；[0024]图4为实施例2中制备的复合材料的磁控刚度阻尼变化测试结果图；[0025]图5为实施例3中制备的复合材料的压阻性能测试结果图；[0026]图6为实施例3中制备的复合材料的磁控刚度阻尼变化测试结果图；[0027]图7为实施例4中制备的复合材料的压阻性能测试结果图；[0028]图8为实施例4中制备的复合材料的磁控刚度阻尼变化测试结果图；[0029]图9为实施例5中制备的复合材料的压阻性能测试结果图；[0030]图10为实施例5中制备的复合材料的磁控刚度阻尼变化测试结果图；说 明 书2/5页4CN110028777A4[0031]图11为实施例6中制备的复合材料的压阻性能测试结果图；[0032]图12为实施例6中制备的复合材料的磁控刚度阻尼变化测试结果图。具体实施方式[0033]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。[0034]实施例1[0035]一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料，按质量份计，该复合材料包含如下组分：高分子预聚物基体(聚氨酯)100份、碳材料(单层石墨烯)1份、磁性颗粒(树枝状羰基铁粉)38份、交联剂(六甲基二异氰酸酯)10份。该复合材料按如下方法制备：[0036]将单层石墨烯加入甲苯后超声震荡20min使单层石墨烯均匀分散于甲苯后加入聚氨酯，先以50r/min的速度机械搅拌20min，再超声震荡15min使聚氨酯与单层石墨烯混匀后在70℃下加热4h至甲苯完全蒸发，然后加入树枝状羰基铁粉，同样先以50r/min的速度机械搅拌20min，再超声震荡15min使树枝状羰基铁粉与单层石墨烯和聚氨酯混匀后加入六甲基二异氰酸酯，再次先以50r/min的速度机械搅拌20min，再超声震荡15min后抽真空10min以去除气泡，制得混合物，将该混合物倒入模具，在封装模具前再次抽真空10min以去除气泡，随后将模具封装，并置于0.8T的均匀磁场中2h，同时在80℃下加热使所述混合物固化，即可。[0037]将上述制备的具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料放入支座隔震结构中，分别测试其压阻性能和磁控刚度阻尼变化，结果如图1和图2所示，由图1可知，在0～200N压力作用下，电阻从2.05kΩ变化到0.36kΩ；由图2可知，刚度和阻尼在电流作用下分别可变化1～1.73倍和1～1.62倍。[0038]实施例2[0039]一种具有自感知功能的智能磁流变弹性体复合材料，按质量份计，该复合材料包含如下组分：高分子预聚物基体(聚二甲基硅氧烷)100份、碳材料(多壁碳纳米管)2份、磁性颗粒(球状羰基铁粉)80份、交联剂(乙烯基三乙氧基硅烷)10份。该复合材料按如下方法制备：[0040]将多壁碳纳米管加入正己烷后超