專利名稱：觸變磁流變材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及某種流體材料，當(dāng)它置于磁場內(nèi)時(shí)呈現(xiàn)出流阻很大增大。特別是，本發(fā)明涉及磁流變材料，它利用搖溶的(觸變的)網(wǎng)狀物來提供抗顆粒沉降的穩(wěn)定性。
流體組成物在存在磁場時(shí)其視在粘度有改變，它被叫做Bingham磁性流體或磁流變材料。磁流變材料通常包括鐵磁顆?；蝽槾蓬w粒，典型地其直徑大于0.1微米，散布于承載流體中，在有磁場時(shí)，顆粒被極化，在流體中排列成粒子鍵。此粒子鍵使視在粘度或整體流體的流阻增加，而在沒有磁場時(shí)顆粒又回到無規(guī)則的或自由狀態(tài)，視在粘度或總體材料的流阻相應(yīng)地降下來。這些Bingham磁性流體組成物呈現(xiàn)出類似于大家知道的對電場敏感而不是對磁場敏感的電流變材料的可控性質(zhì)。
電流變材料和磁流變材料二者對于在一些裝置中，如阻尼器、吸震器、和彈性底座，以在各種離合器、掣動(dòng)器和閥門裝置的控制力矩和或壓力水平等方面提供可變的阻尼力來說是有用的。在這些用途中磁流變材料比電流變材料有一些固有的優(yōu)點(diǎn)。磁流變材料比電流變材料表現(xiàn)出較高的屈服強(qiáng)度，因此能產(chǎn)生更大的阻尼力。進(jìn)而，磁流變材料用磁場激勵(lì)，比起電流變材料有效地運(yùn)行時(shí)要求昂貴的高壓電源來它可由簡單的低壓電磁線圈容易地產(chǎn)生。實(shí)際使用磁流變材料的各類裝置的更詳細(xì)描述都是1992年6月18日遞交的、分別名為“磁流變流體阻尼器“和”磁流變流體裝置”的二份申請?zhí)柛鳛?7/900571和07/900567的待審美國專利申請中有提供，其全部內(nèi)容都包括在此作參考材料。
磁流變的或Bingham磁性流體和膠體磁性流體或鐵的流體有區(qū)別。在膠體磁性流體中顆粒典型地其直徑為5到10毫微米。加了磁場，膠體的鐵流體不出現(xiàn)顆粒的結(jié)構(gòu)改變或者增加對流動(dòng)的阻力。代之以，膠體磁性流體在整個(gè)材料上受到體積力，它與磁場梯度成正比。此力使全部膠體鐵流體被拉到高磁場強(qiáng)度區(qū)域。
磁流變流體及相應(yīng)的裝置已經(jīng)在各種專利和出版物上討論過了。例如2575360號美國專利敘述了一種機(jī)電控制的加力矩裝置，它使用磁流變材料來在二個(gè)獨(dú)立地轉(zhuǎn)動(dòng)的部分之間提供驅(qū)動(dòng)聯(lián)結(jié)，如在離合器和掣動(dòng)器中所見到的那樣。滿足這種用途的流體組成物由50%按體積的通常稱作“羰基鐵粉末”的軟鐵粉末散布在適當(dāng)?shù)妮p潤滑油之類的液體介質(zhì)中所組成。
另一種通過使用磁場或電場可以控制移動(dòng)部件之間滑移的裝置被2661825美國專利所公開。在移動(dòng)部件之間的空間充滿對某種場敏感的介質(zhì)。磁場力線或電場力線通過介質(zhì)導(dǎo)致對滑移的控制。對所加磁場敏感的流體被描述為含有羰基鐵粉末和輕質(zhì)礦物油。
2886151號美國專利敘述了像離合器和掣動(dòng)器這樣的力傳遞裝置，它使用了對電場或磁場敏感的流體膜耦合層。一種磁場敏感的流體的例子是含有還原的氧化鐵粉末和在25℃時(shí)粘度為從2到20厘泊的潤滑劑等級的油。
在2670749號及3010471號美國專利中敘述了對控制磁流變流體的流動(dòng)有用的閥門結(jié)構(gòu)。在所公開的閥門設(shè)計(jì)中應(yīng)用的磁性流體包括鐵磁的、順磁的和反磁材料。在3010471號美國專利中說明的專門的磁流體組成物由羰基鐵懸浮在輕質(zhì)烴油中所組成。在2670749號美國專利中使用的磁性流體混合物被描述為由羰基鐵粉末散布在碴油或氯化的或氟化的懸浮流體中所組成。
在2667237號美國專利中公開了各種磁流變材料混合物?；旌衔锉欢x為小的順磁的或鐵磁的顆粒散布在一種液體中、冷卻劑中、抗氧劑氣體中、或半固態(tài)油脂中。優(yōu)選的磁流變材料組成物由鐵粉末和輕機(jī)械油組成。特別優(yōu)選的磁性粉末是平均顆粒尺寸為8微米的羰基鐵粉末。其它可能的承載成分包括煤油，油脂，和硅油。
4992190號美國專利公開了一種對磁場敏感的流變材料。此材料的組合物被公開為磁性顆粒和硅石凝膠體散布在液態(tài)承載媒介物中。可磁化的顆?？梢允欠勰畹拇盆F礦石或羰基鐵粉末帶有絕緣的還原羰基鐵粉末，如由GAF公司制造的那種，是特別好的。液態(tài)承載媒介物描述為在100°F下有粘度范圍為1到1000厘泊。合適的媒介物的特別的例子包括ConocoLVT油，煤油，輕石臘油，礦物油，和硅油。優(yōu)選的承載媒介物是在100°F時(shí)有粘度在10到1000厘泊范圍的硅油。
像上面敘述到的許多磁流變材料經(jīng)受過度的重力顆粒沉降，它可以因?yàn)椴痪鶆虻念w粒分布而影響材料的磁變活性。在磁流變材料中重力顆粒沉降的一個(gè)原因是磁性顆粒比重(例如鐵＝7.86g/cm3)和承載流體比重(例如，硅油＝0.95g/cm3)之間的巨大差異，它可能引起在磁流變材料中快速的顆粒沉降。傳統(tǒng)上用來對抗粒子沉降的金屬脂型表面活化劑(例如，硬脂酸鋰，二硬脂酸鋁)本身含有較大量的水，它限制了整體磁流變材料的可用溫度范圍。如在4992190號美國專利中所公開的，使用硅石膠凝體散布劑現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不能較長時(shí)期內(nèi)明顯地減少顆粒沉降。
因此目前對磁流變材料存在一種需要，要求它在長時(shí)間中呈現(xiàn)出最小的顆粒沉降，能夠在寬的溫度范圍內(nèi)使用。
本發(fā)明是一種表現(xiàn)出最小的顆粒沉降和可以使用于寬的溫度范圍內(nèi)的磁流變材料。本磁流變材料包括承載流體，顆粒成分，及至少一種觸變添加物，它從由氫鍵觸變和聚合物改性的金屬氧化物組成的組中選擇。現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)氫鍵觸變劑和聚合物-改性的金屬氧化物可以單獨(dú)使用或聯(lián)合使用的創(chuàng)造出觸變網(wǎng)狀物，它對減少在磁流變材料中的顆粒沉降是不尋常地有效。
觸變網(wǎng)狀物定義為膠體的或磁方面有活力的顆粒的懸浮物，在低的剪切速率下形成一種松散的網(wǎng)狀物或結(jié)構(gòu)，有時(shí)稱之為簇或絮凝物。這種三維結(jié)構(gòu)的存在賦予磁流變材料的很小的剛度水平，因而降低了顆粒沉降。然而，當(dāng)通過柔和攪拌加入剪切力，此結(jié)構(gòu)很容易離斷或散開。當(dāng)剪切力除去，這種松散結(jié)構(gòu)經(jīng)一段時(shí)間后又重新形成。本發(fā)明的觸變網(wǎng)狀物實(shí)質(zhì)上是沒有水分的。有效地阻止了在磁流變材料中的顆粒沉降而又不影響材料的寬的溫度能力。
本發(fā)明的磁流變材料包括承載流體，顆粒成分，和至少一種選自由氫鍵觸變劑和聚合物改性的金屬氧化物構(gòu)成的組中的觸變添加物。
本發(fā)明的氫鍵觸變劑實(shí)質(zhì)上可以是任何一種包括了解和另一個(gè)極性的低聚舍物或粒子作分子間互相作用的偶極的低聚合化合物。這些偶極子通過在聚合化合物內(nèi)沿了共價(jià)鍵不對稱置換電子而生成。偶極子間相互作用更一般地稱之為氫鍵或橋鍵。根據(jù)定義，通過一個(gè)分子(質(zhì)子供體)的氫原子的吸引，氫鍵造成為另一個(gè)分子(質(zhì)子受體)的二個(gè)不可分的電子。氫鍵合的透徹?cái)⑹鲇蒐.Pauling和J.Israelachvili分別所著的“TheNatureofChemicalBond”(zrdedition，CornellUniversity，Press，Ithaca，NewYork，1960)和“IntermolecularandSurfaceForces”(AcademicPress，NewYork，1985)所提供，其全部內(nèi)容包括在此作為參考材料。
一般，低聚合化合物被描述為由二個(gè)以上重復(fù)的單體組或單元組成的低分子量聚合物或共聚物。低聚合物典型地為分子量小于10，000AMU分子量在1000到10，000AMU的低聚合物也被認(rèn)為是同性低聚物。在一個(gè)低聚物中重復(fù)的單體單元的數(shù)目依賴于各個(gè)單體單元的分子量。為了使低聚化合物有效地起到在本發(fā)明中的氫鍵觸變劑的作用，低聚物應(yīng)是非粘稠的可粘稠的液體、油，或流體。詳細(xì)的低聚化合物的合成法、特性和性能的討論見由C.Uglea及I.Negulescu所著的“SynthesisandCharacterizationofOligomers”，CRCPress，Inc.，BocaRaton，F(xiàn)lorida，1991(其全部內(nèi)容包括于此作為參考材料)，下面稱它為Uglea。
本發(fā)明的氫鍵觸變劑在形成氫橋中可以作為質(zhì)子供體或質(zhì)子受體分子。為了作為在發(fā)明中的觸變劑是有效的，低聚化合物必需含有至少一個(gè)電負(fù)性原子，可以和其他分子形成一個(gè)氫鍵。這個(gè)電負(fù)性原子可以含于低聚物的主鏈、側(cè)鏈、或低聚化合物的端部中。此電負(fù)性原子可以是O，N，F(xiàn)或Cl以便起到質(zhì)子受體作用，且可以是，例如，下列形式的取代基-O-，＝O，-N＝，-F，-Cl，-NO2，-OCH3，-C＝N，-OH，-NH2，-NH-，-COOH，-N(CH3)2或-NO和任一個(gè)碳、硅、磷、或硫原子共價(jià)結(jié)合。在觸變劑為了起質(zhì)子供價(jià)作用的電負(fù)性原子可以是O或N，可以是，例如，出現(xiàn)為-NH-，-OH，-NH2，和-COOH形式取代基，像上面所說那樣共價(jià)結(jié)合。
為本發(fā)明的目的含有氫鍵電負(fù)性原子的低聚合化合物的例子包括了各種(聚)硅氧烷低聚物，有機(jī)低聚物和有機(jī)硅低聚物。
在本發(fā)明中用作氫鍵觸變劑的(聚)硅氧烷低聚物含有由(聚)硅氧烷單聚單元組成的低聚物主鏈，該單聚單元能被定義為硅原子直接鍵連或者通過O，N，S，CH2，或C6H4鍵合。(聚)硅氧烷低聚物含有這些鍵連的，更通常被分別稱作硅烷，硅氧烷，硅氮烷，硅硫烷，硅亞烷基，和硅亞芳基。(聚)硅氧烷低聚物可以含有一樣的重復(fù)(聚)硅氧烷單聚單元(單聚物)或可以含有不同的重復(fù)(聚)硅氧烷單聚單元作為隨機(jī)的，交替的，嵌段的，或接枝的鏈段(共聚物)。由于它們廣闊的商業(yè)上的可用性，含有硅氧烷主鏈的(聚)硅氧烷低聚物是可取的。硅氧烷低聚物在側(cè)鏈上含有電負(fù)性氫鍵取代基或是它作為低聚合結(jié)構(gòu)端部的團(tuán)才是本質(zhì)的，因?yàn)樵诠柩跬橹麈溨械碾娯?fù)性團(tuán)典型地與有效地參與氫鍵合是相隔離的。(聚)硅氧烷低聚物的合成法、結(jié)構(gòu)和性能的詳細(xì)敘述見由W.Noll所著的“Chemistry and Technology of Silicones”，Academic Press，Inc.，New York，1968(以下稱之為Noll)，以及由于J.Zeigler和F.Fearon所著的“Silicon-Based Polymer Science”，American Chemical Society，Salem，Massachussetts，1990(以下稱之為Zeigler)，其全部內(nèi)容包括在此作為參考材料。
發(fā)明的硅氧烷低聚物可以用下式表示
其中R1，R2，R3，R4，和R5可獨(dú)立地是直鏈的，支鏈的，環(huán)的或烴的根，經(jīng)鹵化的或未鹵化的，以及有1個(gè)到約18個(gè)，最好為1個(gè)到約6個(gè)碳原子的;是酯團(tuán);是鍵團(tuán);或是酮團(tuán);但需至少一個(gè)R1，R2，R3，R4或R5含有電負(fù)性取代基和任一個(gè)碳、硅、磷、或硫原子共價(jià)鍵合。電負(fù)性取代基典型地是以下之形式-O-，＝O，-N＝，-F，-Cl，-NO2，-OCH3，-C＝N，-OH，-NH2，-NH-，-COOH，-N(CH3)2或-NO。電負(fù)性取代基的存在最好以至少R1，R2，R3，R4和R5中一個(gè)是(CH2)WE的一部分來實(shí)現(xiàn)，其中E選自由CN，CONH2，Cl，F(xiàn)，CF3和NH2構(gòu)成的組中，W是2到8的一個(gè)整數(shù)。單體主鏈單元的數(shù)目由X和Y各自獨(dú)立地在從0到約150內(nèi)變動(dòng)來規(guī)定，但需要(X+Y)的和應(yīng)在從3到300的范圍內(nèi)，最好是在從10到150范圍內(nèi)。
適合于本發(fā)明的硅氧烷低聚合物的專門的例子是在低聚化合物的終端部分中有一個(gè)電負(fù)性取代基的，包括終端為二甲基乙酸基的聚二甲基硅氧烷(PDMS);終端為甲基二乙酸基的PDMS;終端為二甲基乙氧基的PDMS;終端為丙氨基二甲基的PDMS;終端為甲醇的PDMS;終端為一甲醇的PDMS;終端為二甲氯基的PDMS;終端為二甲氨基的PDMS;終端為二甲基乙氧基的PDMS;二甲基甲氧基PDMS;終端為異丁烯酸丙氧基的PDMS;終端為一甲基丙烯酰丙氧基的PDMS;終端為丙羧基二甲基的PDMS;終端為氯甲基二甲基的PDMS;終端為丙羧基二甲基的PDMS和終端為硅烷醇的聚甲基-3，3，3-三氟丙基硅氧烷，以丙氨基二甲基為終端的PDMS、甲醇終端的PDMS和異丁烯酸丙氧基為終端的PDMS為優(yōu)選的。
本發(fā)明的硅氧烷低聚物的例子，它在低聚化合物的側(cè)鏈上有電負(fù)性取代基的，包括聚丙氰基甲基硅氧烷;聚二(丙氰基)硅氧烷;聚(氯苯乙基)甲基硅氧烷;聚甲基-3，3，3-三氟丙基硅氧烷;聚甲基-3，3，3-三氟丙基/二甲基硅氧烷;聚(氨基乙胺基丙基)甲基/二甲基硅氧烷;聚(丙氨基)甲基/二甲基硅氧烷;聚(丙烯酰丙氧基)甲基/二甲基硅氧烷;聚(丙烯酰甲基丙氧基)甲基/二甲基硅氧烷;聚(氯甲苯乙基)甲基/二甲基硅氧烷;聚(丙氰基)甲基/二甲基硅氧烷;聚(丙氰基)甲基/苯甲基硅氧烷;聚甘油醇丙氧甲基/二甲基硅氧烷;聚苯甲基/二甲基硅氧烷;聚(四氯苯基)/二甲基硅氧烷;聚二苯基/二甲基硅氧烷;聚(乙氰基)甲基/二甲基硅氧烷;和聚環(huán)氧乙烷/二甲基硅氧烷;以聚甲基-3，3，3-三氟丙基/二甲基硅氧烷，聚(丙氰基)甲基/二甲基硅氧烷，聚甲基-3，3，3-三氟丙基硅氧烷和聚丙氰基甲基硅氧烷為優(yōu)選的。
在本發(fā)明中用作為氫鍵觸變劑的有機(jī)低聚合物包含完全地由有機(jī)單體單元組成的低聚合主鏈。這些單體有機(jī)單元進(jìn)一步描述為包括了直接鍵接在一起的或者通過氧，氮，硫或磷鍵連的碳原子。這些單體單元可以是各種醚，酯，醛類，酮類，羧酸，醇，胺，酰胺，鹵化烷烴及其組合。本發(fā)明的有機(jī)低聚合物可以是單聚的或共聚的，如上所述。有機(jī)低聚合物和聚合物的合成，結(jié)構(gòu)及性能的詳細(xì)敘述可見于Uglea及由M.Alger所著“PolymerScienceDictionary”(ElservierAppliedScience，NewYork1989)，其全部內(nèi)容也包括在此作為參考材料。
適于在本發(fā)明中用作氫鍵觸變材料的有機(jī)低聚物的例子包括聚縮醛類;聚乙醛;聚丙酮;聚丙烯醛;聚丙烯酰胺;聚丙烯酸酯;聚(丙烯酸);聚丙烯腈;聚酰腙;聚酰基氨基脲;聚己二酰二胺;多價(jià)聚哌嗪;聚氨基丙酸;聚(碳酸亞丁酯);聚(酰胺酸);聚酰胺;聚(酰胺酸)(amideacid);聚(酰胺-酰肼);聚(酰胺-酰亞胺);聚胺;聚(氨基酸);聚氨基二馬來酰亞胺;聚酐;聚芳基化物;聚亞芳基砜;聚(亞芳基三唑);聚(芳香酯);聚(芳香醚);聚芳香醚砜;聚(芳香砜);聚天冬氨酰胺;聚丫嗪;聚偶氮苯;聚甲亞胺;聚苯偶氮亞基;聚苯甲酰胺;聚苯偶酰;聚苯并咪唑;聚苯并咪唑啉;聚苯并咪唑酮;聚苯并咪唑喹唑啉酮;聚苯并咪唑喹啉;聚苯偶姻;聚苯并吡嗪;聚苯并噻唑;聚苯并噁嗪二酮;聚苯并噁嗪酮;聚苯并噁唑;聚二馬來酰亞胺;聚二脲;聚丁基丙烯酸酯;聚丁烯;聚對苯二酸鹽;聚甲基丙烯酸丁酯;聚己內(nèi)酯;聚碳氮烷(Polycarbazane);聚碳氮烯(Polycarbazene);聚碳化二亞胺;聚碳酸鹽;聚碳環(huán)氧乙烷(Polycarboxare);聚氯醛;聚氯乙烯;聚氯丁二烯;聚氯丁二烯;聚氯苯乙烯;聚三氟氯乙烯;聚氰三2苯并[c]呋喃酮亞基(Polycyanoterphthalidene);聚甲基丙烯酸環(huán)己酯;聚二甘醇;聚己二酸;聚二甲基酮;聚二甲基酚;聚二肽;聚表氯醇;聚醚砜;聚丙烯酸乙酯;聚(亞乙基己二酸酯)(Poly(cthyleneadipate));聚(亞乙基壬二酸酯);聚(亞乙基二醇);聚亞乙基亞胺;聚(環(huán)氧乙烷);聚(乙烯氧基苯甲酸酯);聚(乙烯砜酸)(PolyethyleneSulphonicacid);聚(對苯二酸乙二醇);聚甲基丙烯酸乙酯;聚氟化丙烯酸酯;聚(谷氨酸);聚甘氨酸;聚乙交酯;聚(六氟氧化丙烯);聚(羥基苯甲酸);聚羥丁酸;聚羥基脯氨酸;聚咪唑;聚咪唑啉酮;聚酰亞胺;聚醚;聚酯;聚(異丁乙烯基醚);聚(異丙烯基甲酮);聚丙交酯;聚月桂丁烯酸;聚賴氨酸;聚異丁烯醛;聚異丁烯酸酰胺;聚異丁烯酸酯;聚(異丁烯酸);聚甲基丙烯腈;聚甲基丙烯酸酯;聚(甲基-α-氨基丙酸);聚(甲基-α-氯丙烯酸酯);聚(氧化亞甲基二亞苯基);聚(γ-甲基-α-L-谷氨酸);聚異丁烯酸甲酯;聚(甲基乙烯基醚);聚(甲基乙烯基酮);聚噁二唑;聚草酰胺;聚氧化烯基脫水山梨糖醇脂肪酸酯;聚氧化烯山梨糖醇酯;聚氧化乙烯酸;聚氧化乙烯醇;聚氧化烯甘油酯;聚氧化烯烷基胺;聚氧化烯-烷基芳香磺酸鹽;聚(氧化乙烯甘醇);聚氧化亞甲基;聚(氧化亞丙烯甘醇);聚(氧化亞丙烯多羥基化合物);聚(氧化丁二醇);聚(伸班酸);聚肽;聚(亞苯基醚);聚亞苯基胺;聚(氧化亞苯);聚(P-亞苯基礬);聚(-P-亞苯基對苯二酸酰胺);聚(異氰酸苯酯);聚苯基噁二唑;聚新戊內(nèi)酯;聚脯氨酸;聚(亞丙基己二酸);聚(亞丙基壬酸酯);聚(氧化丙烯);聚(氧化丙烯-b-氧化乙烯);聚(亞丙基癸二酸酯);聚肌氨酸;聚絲氨酸;聚苯乙烯基吡啶;聚酰胺砜;聚磺酸鹽;聚砜;聚對苯二酸酰胺酯;聚四氫呋喃;聚三唑;聚三唑啉;Polytryosine;聚脲;聚氨酯;聚(乙烯乙酸酯);聚(乙烯乙縮醛);聚(乙烯醇);聚(乙烯烷基醚);聚乙烯胺;聚(氯乙烯乙酸酯);聚(乙烯酯);聚(乙烯基，乙基醚);聚(乙烯基甲酸);聚(二氯乙烯);聚(亞乙烯基二氰);聚(二氟乙烯);聚(乙烯基異氰酸酯);聚(乙烯基硬脂酸鹽);及其組合物或混合物，以聚(氧化乙烯)、聚(六氟氧化丙烯)、聚異丁烯酸酯、聚(氧化丙烯)、聚(乙烯基硬脂酸鹽)、聚氧化烯基脫水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧化烯山梨糖醇酯、聚氧化乙烯酯、聚氧化乙烯醇、聚氧化烯甘油酯、聚氧化烯烷基胺、聚氧化烯-烷基芳香磺酸鹽和聚(氧化丙烯-b-氧化乙烯)為優(yōu)選的。
本發(fā)明有機(jī)低聚合物也可以是低分子量烯屬共聚物，由上面描述的一個(gè)或多個(gè)有機(jī)單體單元和一個(gè)或多個(gè)像烯烴、炔或芳烴單體單元這樣的烯屬單體單元反應(yīng)而形成。專門的烯屬單體單元的例子包括乙炔;alkenamers亞烷基亞苯基;烯化硫;異分同晶質(zhì);亞芳基;丁二烯;丁烯;carbathianees;乙烯;苯乙烯;環(huán)己二烯;硫化乙烯;次乙基;乙炔基苯;異戊二烯;亞甲基;亞甲基亞苯基;降冰片烯;亞苯基;硫醚;硫化丙烯;亞苯基硫醚;丙烯;戊間二烯及其組合物。
本發(fā)明的優(yōu)選的有機(jī)低聚合物是用下式表示的聚(烯化氧)低聚物
其中R1，R2，R3，可以獨(dú)立地是氫的、氟的或任何直鏈烴根，經(jīng)鹵化的或未鹵化的以及有從1到約18個(gè)最好是1到6個(gè)碳原子，而R4或是一個(gè)氫原子或是一個(gè)-OH團(tuán)。單體主鏈單元的數(shù)目按規(guī)定是X，Y或Z的每一個(gè)可以獨(dú)目地在0到70間變化但需要(X+Y+Z)之和在從3到210的范圍內(nèi)。本發(fā)明的優(yōu)選的聚(烯化氧)有機(jī)低聚物在市場上可以從BASF公司買到，商品名為PLURONIC和PLURONICR。
在本發(fā)明中用作氫鍵觸變劑的有機(jī)硅低聚物是共聚物且可以是嵌段低聚物，它含有低聚主鏈，其中(聚)硅氧烷單體單元和有機(jī)單體單元的各不相同的大小的嵌段被隨機(jī)地或交替地分布。有機(jī)硅低聚物也可以是接枝低聚物，它含有(聚)硅氧烷單體單元的主鏈或鏈，而有機(jī)單體單元是貼附于其上。適宜于制備有機(jī)硅低聚物的有機(jī)的和(聚)硅氧烷單體單元可以分別是上而描述的關(guān)于有機(jī)的和(聚)硅氧烷的低聚物的任何有機(jī)的和(聚)硅氧烷單體單元。有機(jī)硅低聚物的合成，結(jié)構(gòu)和性能的詳細(xì)敘述見于Noll和Zeigler。
一般，接枝有機(jī)硅低聚物優(yōu)選的本發(fā)明的氫鏈觸變劑，優(yōu)選的接枝有機(jī)硅低聚物可以用下式來表示;
其中R1可以獨(dú)立地是直鏈的、支鏈的、環(huán)的或芳烴的根、經(jīng)鹵化的、或未鹵化的，并有從1到約18個(gè)，最好是從1到6個(gè)，碳原子;酯團(tuán);醚團(tuán)或酮團(tuán);R2可以獨(dú)立地是氫、氟或直鏈烴根，經(jīng)鹵化的或未強(qiáng)鹵化的，并有從1到18個(gè)，最好為1到6個(gè)，碳原子;而R3為有從1到5個(gè)碳原子的烷基根(例如，乙基或甲基團(tuán))或一個(gè)氫原子。R1最好是甲基團(tuán)，R2最好是氫原子，而R3最好是氫原子或甲基團(tuán)。單體(聚)硅氧烷主鏈單元的數(shù)目按規(guī)定W和X的每一個(gè)可分別在從0到約130及從1到約40內(nèi)變動(dòng)，但必需是(W+X)之和從3到150的范圍內(nèi)。附于(聚)硅氧烷單體單元的單體有機(jī)單元的數(shù)目按規(guī)定Y和Z的每一個(gè)可以分別在0到約220和從0到165內(nèi)變動(dòng)，但必需是(Y+Z)之和去從3到225之間。
接枝有機(jī)硅低聚物的例子包括烯化氧-二甲基硅氧烷共聚物，如氧丙環(huán)-二甲基硅氧烷共聚物和氧化丙烯-二甲基硅氧烷共聚物;(聚)硅氧甘醇共聚物;和其混合物，以烯化氧-二甲基硅氧烷共聚物為優(yōu)選的。優(yōu)選的烯化氧-二甲基硅氧烷共聚物的例子在市場上可以從UnionCarbideChemicalsandPlasticsCompany，Inc.公司見到，商品名為SILWET，和SILWETL-7500為特別好的。
以前公開的用于電流變材料的幾種穩(wěn)定劑或散布劑也發(fā)現(xiàn)適用于本發(fā)明中作為氫鍵觸變劑。例如，在美國專利第4645614號中公開的氨基功能的、羥基功能的乙酸基功能的、和烷氧基功能的硅氧烷(包括在此作為參考材料)可以用作本發(fā)明的氫鍵觸變劑。此外，在美國專利第4772407號所公開的接枝和嵌段低聚物(包括在此作參考材料)以及也由D、H.Napper所著的“PolymericStabilizationofColloidalDisporsions～，AcademicPress，London，1983，中所公開的，也有用作迄今所定義的氫鍵觸變劑。這些接枝和嵌段低聚物的例子在市場上可以從ICIAmericas，Inc.公司買到，商品名為HYPERMER及SOLSPERSE。
如以上所述，本發(fā)明的氫鍵觸變劑本質(zhì)上是含有至少可以和其它分子形成氫鍵合的電負(fù)性原子的低聚合材料。以上宣布的舉例的氫鍵觸變劑可以按照本領(lǐng)域中所熟知的方法制備，許多氫鍵觸變劑是市場上可以得到的。
由于其在寬的溫度范圍內(nèi)工作的能力，和許多承載流體的配任性，和所得觸變網(wǎng)狀物的強(qiáng)度，本發(fā)明的優(yōu)選氫鍵觸變劑是(聚)硅氧烷低聚物和接技和嵌段有機(jī)硅低聚物，以接技有機(jī)硅低聚物特別好。
氫鍵觸釋劑典型地按對于總的磁流變材料的體積使用數(shù)量為從百分之0.1到10.0，最好為從0.5到5.0。
可以選擇性地和氫鍵觸變劑合并使用膠體添加劑以使形成觸變網(wǎng)狀物容易。適用于本發(fā)明的膠體添加物包括任何實(shí)心的、空心的或疏松的顆粒，它們能夠通過氫鍵和氫鍵觸變劑相互作用來形成觸變網(wǎng)狀物。
假使觸變劑是質(zhì)子供體，膠體添加物必需含有上面所定義的能夠作為質(zhì)子受體的電負(fù)性原子。假使觸變劑是質(zhì)子受體，膠體添加物需要含有能夠作為如上定義的質(zhì)子供體的電負(fù)性取代基。
在本發(fā)明中使用的膠體添加物例子包括含有表面親水團(tuán)功能的金屬化物粉末。此親水功能可以是羧基團(tuán)或前面描述過的任何一種和金屬氧化物共價(jià)鍵合的(聚)硅氧烷低聚物、有機(jī)低聚物、和有機(jī)硅低聚物。低聚物附于金屬氧化物表面的方法對表面化學(xué)和催化領(lǐng)域的技術(shù)人員是公知的。優(yōu)選的金屬氧化物粉末的特別例子包括脫溶的硅石，霧化的或熱解的硅石、硅石膠凝體、二氧化鈦、和其混合物。
本發(fā)明金屬氧化物膠體添加物的表面可以通過讓表面羥基團(tuán)和各種有機(jī)功能的單體硅烷或硅烷耦合劑局部反應(yīng)做成疏水的，這種硅烷耦合劑像羥基硅烷、酸基硅烷、環(huán)氧硅烷、肟硅烷、烷氧基硅烷、二氯硅烷和氨基硅烷，在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。關(guān)于能和膠體金屬氧化物粉末的表面羥基團(tuán)反應(yīng)的硅烷的更完整的敘述可見于Noll，以及由E.P.Plueddemann所著的“SilaneCowplingAgents～，PlenumPress，NewYork，1982(其全部內(nèi)容包括在此作參考材料)。在與金屬氧化物表面反應(yīng)之后，硅烷耦合劑并不具有形成氫鍵的能力。帶疏水金屬氧化物的觸變網(wǎng)狀物的形成因而要通過氫鍵觸變劑與在改性后留在金屬氧化物表面的羥基功能軒形成氫鍵來實(shí)現(xiàn)。表面改性的疏水膠體金屬氧化物添加物一般是本發(fā)明優(yōu)選的膠體添加物，因?yàn)樗鼈兪菬o水的，不需要經(jīng)過另外的干燥工序來消除所吸附的潮氣。
適用于本發(fā)明的疏水膠體金屬氧化物粉末的專門例子是霧化硅石，用二甲基二氯硅烷、或三甲氧基辛硅烷、或六甲基二硅氮烷作處理，在市場上可以買到，分別是來是DegussaCorporahon公司和CobotCorporation公司商品名是AEROSILR972，R974，EPR976，R805，和R812，以及CABOSILTS-530和TS-610。
本發(fā)明的膠體添加物也可以是非低聚的高分子量的(聚)硅氧烷聚合物，有機(jī)聚合物，由前面描述的有機(jī)的和(聚)硅氧單體單元組成的有機(jī)硅聚合物。高分子量(聚)硅氧烷、有機(jī)的和有機(jī)硅聚合物和上面描述的低聚物區(qū)別在于它們的較高分子量，它超過10，000AMU.高分子量聚合物典型地在用作膠體添加物時(shí)是粉末、樹脂或樹膠形式。
現(xiàn)在的膠體添加物，除了疏水金屬氧化物粉末，典型地要在使用前變換成無水形式，用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的技術(shù)從膠體添加物的表面除去吸附的潮氣，如在對流爐中或在真空中加熱。這些膠體添加物，以及將在下面詳細(xì)說的磁活性顆粒成分，當(dāng)其吸附的潮氣按重量含有少于2%時(shí)就被定為是“無水的”。
本發(fā)明的膠體添加物典型地使用數(shù)量范圍為按總的磁流變材料的體積的百分之0.1到10.0內(nèi)，最好是從0.5到5.0。
按現(xiàn)在定義的觸變網(wǎng)狀物也可以通過單獨(dú)使用聚合物-改性的金屬氧化物或者將它和在上面所定義的氫鍵觸變劑一起使用來產(chǎn)生。本發(fā)明的聚合物-改性的金屬氧化物從含有表面羥基功能團(tuán)的金屬氧化物粉末導(dǎo)出。這些金屬氧化物粉末和上面敘述的關(guān)于膠體添加物是一樣的，包括脫溶硅石，霧化的或熱解的硅石，硅石膠凝體，二氧化鈦，和其混合物。然而，聚合物-改性金屬氧化物的金屬氧化物也可以是氧化鐵，像鐵涂氧及磁鐵礦石。
為制備現(xiàn)在的聚合物-改性金屬氧化物，金屬氧化物和能與承載流體配伍的并且能夠?qū)嵸|(zhì)上阻擋所有金屬氧化物表面上的氫鍵部位或團(tuán)與其他分子的任何互作用的聚合化合物起反應(yīng)。重要的是聚合化合物本身也缺少任何自由氫鍵團(tuán)。用于形成現(xiàn)在的聚合物-改性金屬氧化物的聚合化合物的例子包括硅氧烷低聚合物;礦物油;和石臘油，以硅氧烷低聚合物為最好。硅氧烷低聚合物要適于制備聚合物-改性金屬氧化物，可以用上面公布的關(guān)于用作氫鍵觸變劑的硅氧烷低聚合物的結(jié)構(gòu)來表示。這是最重要的即任何含有電負(fù)性取代基硅氧烷低聚合物的團(tuán)共價(jià)鍵連到金屬氧化物表面以便避免出現(xiàn)任何自由氫鍵團(tuán)。金屬氧化物粉末可以是通過表面化學(xué)領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)用聚合化合物表面處理過的。用硅氧烷低聚合物處理的霧化硅石形式的聚合物-改性金屬氧化物在市場上可以分別從DegussaCorporation公司和CabotCoporation公司得到，商品名為AEROSILR202和CABOSILTS720。
相信聚合物-改性金屬氧化物通過貼附于金屬氧化物表面的聚合物鏈物理的或機(jī)械的纏結(jié)來形成觸變網(wǎng)狀物。因此，此系統(tǒng)不像前面描述膠體添加物和氫鍵觸變劑時(shí)那樣藉助氫鍵來起作用。相信此種機(jī)械纏結(jié)機(jī)構(gòu)利用了聚合物-改性金屬氧化物的獨(dú)特的能力來有效地在升高的溫度下形成觸變網(wǎng)狀物。
聚合物-改性金屬氧化物典型地使用數(shù)量按總磁流變材料體積為從百分之0.1到10.0，最好為從0.5到5.0。
在這里用的膠體添加物和聚合物-改性金屬氧化物二者的直徑的范圍可以從0.001到3.0μm，最好為從0.001到1.5μm，以0.001到0.500μm為特別好。
適宜用于本發(fā)明磁流變材料的承載流體可以是任何以前公開的用于磁流變材料的承載流體或液料，如礦物油，硅油，和石臘油等在上面提到的專利中是描述過的。其他適合于本發(fā)明的承載流體包括聚硅氧烷共聚物，輕油，液壓油，氯化烴，變壓器油，鹵化芳烴液體，鹵化石臘，二元酸酯，聚乙二醇，全氟化聚醚，氟化烴，氟化(聚)硅氧烷，受阻(化合)酯化合物，以及他們的混合物和摻和物。熟悉這些化合物的人知道，變壓器油是兼有電的和熱絕緣特征性能的液體。自然狀態(tài)存在的變壓器油包括精煉礦物油具有低的粘度和高的化學(xué)穩(wěn)定性。合成的變壓器油一般包括氯化芳烴(氯化聯(lián)二苯和三氯苯)，總起來認(rèn)為它們是“askarels”，硅油，和酯類液體像癸二酸二丁酯。
其他適用于本發(fā)明的承載流體包括(聚)硅氧烷共聚物，受阻礙酯類化合物和氰烷基硅氧烷均聚物，見于1992年9月9日申請的名為“高強(qiáng)度、低導(dǎo)電率電流材料”的07/942549號待審美國專利申請，其全部內(nèi)容包括在此作參考材料。本發(fā)明的承載流體也可以是一種改進(jìn)的承載流體，它經(jīng)徹底提純或由一種低導(dǎo)電率的承載流體的可溶性溶液形成以便造成導(dǎo)電率低于約1×107s/m的改進(jìn)的承載流體。這些改進(jìn)的承載流體的詳細(xì)描述可以在1992年10月16日申請的申請人為B.C.Munoz，S.R.Wasserman，J.D.Carlson和K.D.Weiss，并且也轉(zhuǎn)讓給本受讓人的名為“有最小的導(dǎo)電率的改進(jìn)電流變材料”的美國專利申請中找到，其全部公開內(nèi)容也包括在此作參考材料。
聚硅氧烷和全氟化聚醚在25℃時(shí)具有粘度為從3和200厘泊之間，也適合用于本發(fā)明的磁流變材料。這種低粘度的聚硅氧烷和全氟化聚醚的詳細(xì)敘述在名為“低粘度磁流變材料”的美國專利申請中給出，該申請由申請人K.D.Weiss，J.D.Carlson，和T.G.Duclos，和在本案一起申請，也轉(zhuǎn)讓給本受讓人，其全部公開內(nèi)容包括于此作為參考材料。本發(fā)明優(yōu)選的承載流體包括礦物油，石臘油，硅油，(聚)硅氧烷共聚物和全氟化聚醚，而硅油和礦物油是特別好的。
本發(fā)明磁流變材料的承載流體在25℃時(shí)應(yīng)有粘度為2到1000厘泊之間，最好在3和200厘泊之間，而5到100厘泊之間是特別好的粘度。本發(fā)明的承載流體典型地使用數(shù)量范圍為總磁流變材料體積的百分之40到95，最好為百分之55到85。
本發(fā)明磁流變材料的顆粒成分可以由已知的呈現(xiàn)磁流變作用的實(shí)質(zhì)上任何固體組成。用于本發(fā)明的典型的顆粒成分由，例如，順磁的、超順磁的或鐵磁的化合物組成。用于本發(fā)明顆粒成分的專門例子包括由一些材料，像鐵、氧化鐵、氮化鐵、碳化鐵、羰基鐵、二氧化絡(luò)、低碳鋼、硅鋼、鎳、鈷，和其混合物，等組成的顆粒。氧化鐵包括周知的純氧化鐵，如Fe2O3及Fe3O4，以及包括有少量其他元素，像錳、鋅或鋇的氧化鐵。氧化鐵的專門例子包括鐵涂氧和磁鐵礦石。此外，顆粒成分可以由任何已知的鐵合金所組成，如那些含有鋁、硅、鈷、鎳、釩、鉬、鉻、錳和/或銅的鐵合金。顆粒成分也可以由專門的鐵-鈷合金和鐵-鎳合金組成，這在由申請人為J.D.Carlson和K.D.Weiss，和本案一起申請，并也轉(zhuǎn)讓給本受讓人的名稱“Magnetorheoloical Materials Based on Alloy Particles”的美國專利申請中敘述了，其全部內(nèi)容包括在此作為參考材料。
此顆粒成分典型地是金屬粉末的形態(tài)，它可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的方法制備。制備金屬粉末的典型方法包括還原金屬氧化物，磨或碾磨，電解沉積，金屬羰基物分解，快速固化，或熔煉法。多種金屬粉末在市面可以買到的，包括單純鐵粉末。還原鐵粉末，絕緣的還原鐵粉末，和鈷粉末。在這里應(yīng)用的顆粒直徑范圍為從0.1到500μm，最好范圍為從1.0到50μm。
本發(fā)明優(yōu)選的顆粒是單純鐵粉末，還原鐵粉末，氧化鐵粉末/單純鐵粉末的混合體，和氧化鐵粉末/還原鐵粉末的混合體。氧化鐵粉末/鐵粉末混合體是有利的，在于氧化鐵粉末混合了鐵粉末，相信從鐵粉末表面除去了任何腐蝕性產(chǎn)物，使整個(gè)材料加強(qiáng)了磁流變活力。氧化鐵粉末/鐵粉末混合體在由申請人K.D.Weiss，J.D.Carlson，和D.A.Nixon、和本案同時(shí)申請的、名為“MagnetorheologicalMaterialsUtilizingSurface-ModiifiedParticles”的美國專利申請中有進(jìn)一步的敘述，該申請也轉(zhuǎn)讓給本受讓人，其全部內(nèi)容包括在此作為參考材料。
顆粒成分典型地依所要求的整體材料的粘度和磁活力而包括按總的磁流變材料的體積為百分之5到50，最好為百分之15到40。
在本發(fā)明中也可以選擇性地使用為使顆粒成分散布的表面活化劑。這種表面活化劑包括已知的表面活化劑或散布劑，如油酸亞鐵和環(huán)烷酸鹽，磺酸鹽，磷酸脂，硬脂酸，甘油單油酸，倍半油酸脫水山梨糖醇，硬脂酸鹽，月桂酸鹽，脂肪酸，脂肪醇，和其他表面活性劑是在美國專利3047507號中討論過的(包括于此作參考材料)。此外，選用的表面活化劑可以由硬脂穩(wěn)定分子組成，它包括氟代脂肪族的聚合酯，像FC-430(3MCorporation公司)，和鈦酸鹽，鋁酸鹽或鋯酸鹽耦合劑，像KEN-REACT(KenrichPetrochemical，Inc.公司)耦合劑。
如果要用表面活化劑，最好是磷酸脂，氟代脂肪族的聚合酯，或耦合劑。選用的表面活化劑可使用數(shù)量范圍為重量相對于顆粒成分重量的百分之0.1到20。
為了減少水的存在，磁流變材料最好將顆粒成分和/或觸變添加劑放在對流爐在溫度約110℃到約150℃下干燥3小時(shí)到24小時(shí)時(shí)間來制備。此干燥工序?qū)τ陬w粒成分或觸變添加物當(dāng)其含的吸附潮氣按重量低于2%時(shí)是不必需的。此干燥工序?qū)τ谏厦鏀⑹鲞^的本身有疏水的表面處理過的膠體添加物或聚合物-改性的金屬氧化物來說也是不必需的。對一給定的粉末所含的吸附潮氣量用在干燥工序前和后秤量粉末重量來確定。
本發(fā)明的磁流變材料可以如下制備起先用于(低剪切)持抹刀或類似的東西將配料混合起來，再隨后用均化器、機(jī)械混合器或搖動(dòng)器或用適當(dāng)?shù)难心パb置如球磨、混砂磨、碾磨、膠態(tài)磨、涂料磨、或類似的東西來進(jìn)行散布以便徹底地混合(高剪切)，使得產(chǎn)生更穩(wěn)定的懸浮。
對本發(fā)明磁流變材料的特性和機(jī)械性能的評價(jià)，以及對其他磁流變材料的評價(jià)可以通過應(yīng)用平行板的和/或同軸圓柱式庫愛特流變測定法(Couetterheometry)來獲得。對這些技術(shù)提供根據(jù)的理論由S.Oka在(Rheology，TheoryandApplications)(Vol3，F(xiàn).R.Eirich，ed.AcademicPressNewYork，1960)中充分地論述了，其全部內(nèi)容包括在此作參考材料?？梢詮牧髯儍x取得的信息包括關(guān)于機(jī)械剪切應(yīng)力對剪切應(yīng)變率函數(shù)關(guān)系的數(shù)據(jù)。對磁流變材料，剪切應(yīng)力對剪切應(yīng)變率數(shù)據(jù)可根據(jù)Bingham膠質(zhì)物來模擬以求取動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力和粘度。在此模型范圍內(nèi)對磁流變材料的粘度相當(dāng)于適用于該測量數(shù)據(jù)的線性回歸曲線的斜率。
在同軸圓柱形間隔的構(gòu)形中，磁流變材料置于半徑為R1的內(nèi)圓柱和半徑為R2的外圓柱之間所形成的環(huán)狀間隙中，而在簡單的平行板構(gòu)形時(shí)，材料置于由均為半徑R3的上板和下板間所形成的平面間隙內(nèi)。在這些技術(shù)中任一個(gè)板或圓柱隨后以角速度10旋轉(zhuǎn)而另一板或圓柱保持不動(dòng)。磁場加在這些間隔構(gòu)形上穿過充滿流體的間隙，對同軸圓柱構(gòu)形為輻向，或者對于平行板構(gòu)形為軸向。剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)變率之間的關(guān)系可以從角速度和施加來保持或者阻止該角速度的力矩T導(dǎo)出。
對已系統(tǒng)闡述過的磁流變材料顆粒沉降的評估可以用在油漆制造領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的標(biāo)準(zhǔn)測試方法來完成。ASTMD869-85名為“EvaluatingtheDegreeofSettlingofPaint”的測試標(biāo)準(zhǔn)(包括在此作參考材料)公布了任選數(shù)字等級的定性的程度來描繪作擱置老化的顏料或顆粒懸浮物試樣的類型。該數(shù)字詳測等級按定義用0作為最低值(極端硬的沉渣)，用10作為最高值(完全懸浮)。同樣的數(shù)字等級也可被用于評估那些顆粒顏料，它們經(jīng)過再攪拌(用抹刀手?jǐn)嚢?擱置老化的試樣到適于預(yù)期要使用的均勻條件以后的情況。ASTMD1309-88名為“SettlingPropertiesofTrafficPaitsDuringStorage”的測試標(biāo)準(zhǔn)(包括在此作為參考材料)公布了一種二周溫度循環(huán)程序(-21℃到71℃)，它加速了顏料或顆粒的沉降過程。此試驗(yàn)估價(jià)了將發(fā)生在一年時(shí)期內(nèi)的顆粒沉降的量。在此加速試驗(yàn)范圍內(nèi)，顏料或顆粒懸浮物按照在前面定義于ASTMD896-85中的標(biāo)準(zhǔn)來評估。在這些已建立起來的ASTMD標(biāo)準(zhǔn)之外，還可能通過測量在顆粒沉淀物之上形成的透徹的承載成分層的數(shù)量來得到關(guān)于經(jīng)一般時(shí)間的顆粒沉降量的補(bǔ)充信息。因?yàn)榻^大多數(shù)使用磁流變材料的裝置將建立各種不同的材料的流動(dòng)條件，所以將老化的試樣的顆粒懸浮物在低剪切條件下(即，在涂料搖動(dòng)器中搖幾分鐘)再度攪散了提供進(jìn)一步關(guān)于材料在各種用途下適用性的信息。
給出以下例子來說明發(fā)明而不是限制發(fā)明的范圍。
例1-4磁流變材料將以下材料加在一起得到總數(shù)為1257.60g而制備出來單純羰基鐵粉末(MICROPOWDER-S-1640，相似于老化的EI鐵粉末標(biāo)志，GAFChemicalCorporation公司);觸變添加物;選用的膠體添加物;選用的表面活化劑;以及10厘沱聚甲基硅氧烷油(L-45，UnionCarbideChemicals&PlasticsCompany，Inc.)。除了羰基鐵粉，例3還用了75.00gMn/Zn鐵涂氧粉末(＃73302-0，D.M.StewardManufacturingCompany)。承載油的粘度在25℃下用同軸圓柱式庫愛特流變測定法測出為約16厘泊。流體通過結(jié)合使用低剪切和高剪切散布技術(shù)制成均勻混合物。各成分起初用抹刀混合再用裝有16齒旋轉(zhuǎn)頭的高速散布機(jī)使更徹底地散布開。磁流變材料貯存在聚乙烯的容器內(nèi)備用。用于例1-4的各類添加物及一些硅油，列于表1。所有的用于例1-4的添加物和磁活性顆粒所含吸附潮氣的均按重量低于2%。用于例4的親水脫溶硅石膠凝物在對流爐內(nèi)在130℃下干燥24小時(shí)以驅(qū)除任何吸附的水。所有的磁流變材料使用平板式流變測定法測得在磁場為約3000奧斯特時(shí)動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力超過50kPa。
表1
評估了例1-4磁流材料中發(fā)生的顆粒沉降的類型程度?？偭繛?0ml的各個(gè)磁流變材料被放入已知尺寸的管形玻璃樣品瓶中。這些磁流變材料被不加擾動(dòng)放置至少30天。在這么長時(shí)間之后用測量在顆粒沉淀物之上形成的清油體積來決定顆粒沉降量。這些試驗(yàn)結(jié)果匯總于表2。
每種磁流變材料剩下的量放在1品脫金屬罐中受到在ASTMD1309-88中定義的二周溫度循環(huán)程序。在此加速試驗(yàn)中發(fā)生的顆粒沉降量等效于預(yù)期的將磁流變材料暴露在周圍環(huán)境的條件下一年時(shí)間內(nèi)發(fā)生的量。在此時(shí)間結(jié)束時(shí)顆粒沉淀的程度和再攪散(用抹刀手抹)此沉表2
＊按ASTMD1309-88加速到一年渣的詳估按照抄錄于下面的在ASTMD869-85中公布的數(shù)字等級來進(jìn)行等級材料條件的說明10完全懸浮。材料原來的條件未改變。
8有肯定的沉淀感覺，在抺刀上帶起輕微的沉積物。抹刀橫向運(yùn)動(dòng)無明顯阻力。
6肯定有沉積色塊。抹刀因自重可穿過色塊落到容器底部。抹刀橫向運(yùn)動(dòng)肯定有阻力。結(jié)塊粘附部分可以被移到抹刀上。
4抹刀不能因自重落到容器底部。難于橫向移動(dòng)抹刀穿過結(jié)塊，稍有順向的阻力。材料可容易地再攪抹均勻狀態(tài)。
2當(dāng)抹刀強(qiáng)行穿過沉積層時(shí)抹刀非常難于橫向移動(dòng)。對抹刀順向移動(dòng)有肯定的阻力。材料可以再攪抹到均勻狀態(tài)。
0非常堅(jiān)牢的結(jié)塊，不能通過用手?jǐn)嚹ǚ椒ㄔ偌尤胍后w來成光滑的材料。
此外，確定在顆粒沉渣上面形成的清徹油的體積。由于大多數(shù)使用這些磁流變材料的裝置都將建立各種各各不同的材料流動(dòng)條件，用把一品脫試樣放在剪切涂料搖動(dòng)器上三分鐘時(shí)間來取得關(guān)于再度攪散老化的顆粒沉渣的補(bǔ)充信息。散布開的沉渣再按照上面敘述的等級(ASTMD869-85)被重評價(jià)。為這個(gè)加速試驗(yàn)而取得的匯總數(shù)據(jù)和上面敘述的30天靜止試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)一起列于表2。
對比例5對比的磁流變材料按照在例1-4中所說的程序制備，但只用17.25g“干”的親水脫溶硅石凝膠體(HI-SIL233，PPGIndustries)和315.88g的16厘泊(25℃)硅油(L-45，10厘沱，UnionCarbideChemical&PlasticsCompany，Inc.)。這種硅石凝膠體添加物表示了用于4992190號美國專利的磁流變材料中的優(yōu)選散布劑。磁流變材料用平板式流變測定法測得在磁場為3000奧斯特時(shí)動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力為約50kPa。顆粒沉降，懸浮程度，和再攪散性能按照例1-4的手續(xù)測定。最后的數(shù)據(jù)公布于下面的表3中。
表3
＊按ASTMD1309-88加速到一年從以上的例子中可以看到，本發(fā)明的觸變添加物能明顯地阻止在磁流變材料中的顆粒沉降。事實(shí)上，發(fā)明的磁流變材料表現(xiàn)出和基于傳統(tǒng)的散布劑的磁流變材料相比有意想不到地小的顆粒沉降。
權(quán)利要求
1.一種磁流變材料，其特征是包括承載流體、顆粒成分，和至少一種選自由氫鍵觸變劑和聚合物-改性的金屬氧化物所組成的組中的觸變添加物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的磁流變材料，其特征是其中觸變添加物是一種氫鍵觸變劑，包括含有至少一個(gè)能和其他分子構(gòu)成氫鍵的電負(fù)性原子的低聚化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的磁流變材料，其特征在是其中低聚化合物選自由(聚)硅氧烷低聚物、有機(jī)低聚物、和有機(jī)硅低聚物所組成的組中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的磁流變材料，其特征是其中低聚化合物是選自由硅烷、硅氧烷、硅氮烷、硅硫烷、硅亞烷、和硅亞芳基所組成的組的(聚)硅氧烷低聚物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的磁流變材料，其特征是其中(聚)硅氧烷低聚合物可以是單聚的共聚的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的磁流變材料，其特征是其中(聚)硅氧烷低聚物是由下式表示的硅氧烷低聚物
其中R1、R2、R3、R4，和R5可獨(dú)立地是直鏈的、支鏈的、環(huán)的、或烴的根，經(jīng)鹵化的或未鹵化的，以及有1個(gè)到18個(gè)碳原子;是酯團(tuán);是醚團(tuán);或是酮團(tuán);但需至少R1，R2，R3，R4或R5中有一個(gè)含有電負(fù)性取代基，它與任一個(gè)碳、硅、磷、或硫原子共價(jià)鍵合及以-O-，＝O，-N＝，-F，-CL，-NO2，-OCH3，-C＝N，-OH，-NH2，-NH-，-COOH，-N(CH3)2或-NO形式存在，其中X和Y能獨(dú)立地在從0到150變動(dòng)，但必需有(X+Y)的和在3到300的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的磁流變材料，其特征是其中烴根有從1到6碳原子;至少R1，R2，R3，R4，和R5中一個(gè)是(CH2)WE的一部分，其中E選自由CN，CONH2，Cl，F(xiàn)，CF3和NH2組成的組，W是從2到8的整數(shù);(X+Y)的和在從10到150的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的磁流變材料，其特征是其中(聚)硅氧烷低聚物是硅氧烷低聚物，它在低聚化合物的端部有一個(gè)電負(fù)性取代基并選自由以下組成的組終端為二甲基乙酸基的聚二甲基硅氧烷(PDMS);終端為甲基二乙酸基的PDMS;終端為二甲基乙氧基的PDMS;終端為丙氨基二甲基的PDMS;終端為甲醇的PDMS;終端為一甲醇的PDMS;終端為二甲氯基的PDMS;終端為二甲氨基的PDMS;終端為二甲基乙氧基的PDMS;二甲基甲氧基PDMS;終端為異丁烯酸丙氧基的PDMS;終端為一甲基丙烯酰丙氧基的PDMS;終端為丙羧基二甲基的PDMS;終端為氯甲基二甲基的PDMS;終端為丙羧基二甲基的PDMS和終端為硅烷醇的聚甲基-3，3，3-三氟丙基硅氧烷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的磁流變材料，其特征是其中硅氧烷低聚物選自由丙氨基二甲基為終端的PDMS、甲醇為終端的PDMS和異丁烯酸丙氧基為終端的PDMS組成的組中。
10.根據(jù)權(quán)利要求4的磁流變材料，其特征是其中(聚)硅氧烷低聚合物是硅氧烷低聚物，它在低聚物的側(cè)鏈上有電負(fù)性取代基，并選自由以下所組成的組聚丙氰基甲基硅氧烷聚二(丙氰基)硅氧烷;聚(氯苯乙基)甲基硅氧烷;聚甲基-3，3，3-三氟丙基硅氧烷;聚甲基-3，3，3-三氟丙基/二甲基硅氧烷;聚(氨基乙胺基丙基)甲基/二甲基硅氧烷;聚(丙氨基)甲基/二甲基硅氧烷;聚(丙烯酰丙氧基)甲基/二甲基硅氧烷;聚(丙烯酰甲基丙氧基)甲基/二甲基硅氧烷;聚(氯甲苯乙基)甲基/二甲基硅氧烷;聚(丙氰基)甲基/二甲基硅氧烷;聚(丙氰基)甲基/苯甲基硅氧烷;聚甘油醇丙氧甲基/二甲基硅氧烷;聚苯甲基/二甲基硅氧烷;聚(四氯苯基)/二甲基硅氧烷;聚二苯基/二甲基硅氧烷;聚(乙氰基)甲基/二甲基硅氧烷;和聚環(huán)氧乙烷/二甲基硅氧烷。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的磁流變材料，其特征是其中硅氧烷低聚物選自由聚甲基-3，3，3-三氟丙基/二甲基硅氧烷、聚(丙氰基)甲基/二甲基硅氧烷、聚甲基-3，3，3-三氟丙基硅氧烷和聚丙氰基甲基硅氧烷所組成的組中。
12.根據(jù)權(quán)利要求3的磁流變材料，其特征是其中低聚化合物是一種有機(jī)低聚物，并由選自由以下所組成的組中的單體單元組成醚;酯;醛類;酮類;羧酸;醇;胺;酰胺;鹵化烷烴及其混合物。
13.根據(jù)權(quán)利要求3的磁流變材料，其特征是其中有機(jī)低聚物選自由以下組成的組中聚縮醛類;聚乙醛;聚丙酮;聚丙烯醛;聚丙烯酰胺;聚丙烯酸酯;聚(丙烯酸);聚丙烯腈;聚酰腙;聚酰基氨基脲;聚己二酰二胺;多價(jià)聚哌嗪;聚氨基丙酸;聚(碳酸亞丁酯);聚(酰胺酸);聚酰胺;聚(酰胺酸)(amide acid);聚(酰胺-酰肼);聚(酰胺-酰亞胺);聚胺;聚(氨基酸);聚氨基二馬來酰亞胺;聚酐;聚芳基化物;聚亞芳基砜;聚(亞芳基三唑);聚(芳香酯);聚(芳香醚);聚芳香醚砜;聚(芳香砜);聚天冬氨酰胺;聚吖嗪;聚偶氮苯;聚甲亞胺;聚苯偶氮苯亞基;聚苯甲酰胺;聚苯偶酰;聚苯并咪唑;聚苯并咪唑啉;聚苯并咪唑酮;聚苯并咪唑喹唑啉酮;聚苯并咪唑喹喔啉;聚苯偶姻;聚苯并吡嗪;聚苯并噻唑;聚苯并噁嗪二酮;聚苯并噁嗪酮;聚苯并噁唑;聚二馬來酰亞胺;聚二脲;聚丁基丙烯酸酯;聚丁烯;聚對苯二酸鹽;聚甲基丙烯酸丁酯;聚己內(nèi)酯;聚碳氮烷(polycarbazane);聚碳氮烯(polycarbazene);聚碳化二亞胺;聚碳酸鹽;聚碳環(huán)氧乙烷(polycarboxane);聚氯醛;聚氯乙烯;聚氯丁二烯;聚氯丁二烯;聚氯苯乙烯;聚三氟氯乙烯;聚氰基三2苯并[c]呋喃酮亞基(polycyanoterphthalidene);聚甲基丙烯酸環(huán)己酯;聚二甘醇;聚己二酸;聚二甲基酮;聚二甲基酚;聚二肽;聚表氯醇;聚醚砜;聚丙烯酸乙酯;聚(亞乙基己二酸酯)(polycethylene adipate);聚(亞乙基壬二酸酯);聚(亞乙基二醇);聚亞乙基亞胺;聚(環(huán)氧乙烷);聚(乙烯氧基苯甲酸酯);聚(乙烯砜酸)(polyethylene sulphonic acid);聚(對苯二酸乙二醇);聚甲基丙烯酸乙酯;聚氟化丙烯酸酯;聚(谷氨酸);聚甘氨酸;聚乙交酯;聚(六氟氧化丙烯);聚(羥基苯甲酸);聚羥丁酸;聚羥基脯氨酸;聚咪唑;聚咪唑啉酮;聚酰亞胺;聚醚;聚酯;聚(異丁乙烯基醚);聚(異丙烯基甲酮);聚丙交酯;聚月桂異丁烯酸;聚賴氨酸;聚異丁烯醛;聚丁烯酸酰胺;聚異丁烯酸酯;聚(異丁烯酸);聚甲基丙烯腈;聚甲基丙烯酸酯;聚(甲基-α-氨基丙酸);聚(甲基-α-氯丙烯酸酯);聚(氧化亞甲基二亞苯基);聚(γ-甲基-α-L-谷氨酸);聚異丁烯酸甲酯;聚(甲基乙烯基醚);聚(甲基乙烯基酮);聚噁二唑;聚苯酰胺;聚氧化烯基脫水山梨糖醇脂肪酸酯;聚氧化烯山梨糖醇醇酯;聚氧化乙烯酸;聚氧化乙烯醇;聚氧化烯甘油酯;聚氧化烯烷基胺;聚氧化烯-烷基芳香磺酸鹽;聚(氧化乙烯甘醇);聚氧化亞甲基;聚(氧化亞丙烯甘醇);聚(氧化亞丙烯多羥基化合物);聚(氧化丁二醇);聚(仲班酸);聚肽;聚(亞苯基醚);聚亞苯基胺;聚(氧化亞苯);聚(p-亞苯基砜);聚(-p-亞苯基對苯二酸酰胺);聚(異氰酸苯酯);聚苯基噁二唑;聚新戊內(nèi)酯;聚脯氨酸;聚(亞丙基己二酸);聚(亞丙基壬二酸酯);聚(氧化丙烯);聚(氧化丙烯-b-氧化乙烯);聚(亞丙基癸二酸酯);聚肌氨酸;聚絲氨酸;聚苯乙烯基吡啶;聚酰胺砜;聚磺酸鹽;聚砜;聚對苯二酸酰胺酯;聚四氫呋喃;聚三唑;聚唑啉;polytryosine;聚脲;聚氨酯;聚(乙烯乙酸酯);聚(乙烯乙縮醛);聚(乙烯醇);聚(乙烯烷基醚);聚乙烯胺;聚(氯乙烯乙酸酯);聚(乙烯酯);聚(乙烯基，乙基醚);聚(乙烯基甲酸);聚(二氯乙烯);聚(亞乙烯基二氰);聚(二氟乙烯);聚(乙烯基異氰酸酯);聚(乙烯基硬脂酸鹽);及其混合物。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的磁流變材料，其特征是其中有機(jī)低聚物選自由以下所組成的組中聚(氧化乙烯)、聚(六氟氧化丙烯)、聚異丁烯酸酯、聚(氧化丙烯)、聚(乙烯基硬脂酸鹽)、聚氧化烯基脫水山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧化烯山梨糖醇酯、聚氧化乙烯酸、聚氧化乙烯醇、聚氧化烯甘油酯、聚氧化烯烷基胺、聚氧化烯-烷基芳香磺酸鹽和聚(氧化丙烯-b-氧化乙烯)。
15.根據(jù)權(quán)利要求3的磁流變材料，其特征是其中有機(jī)低聚物是一種低分子量的烯屬共聚物，由一種有機(jī)單體單元和一種烯屬單體單元反應(yīng)而形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的磁流變材料，其特征是其中有機(jī)單體單元選自由以下所組成的組中醚;酯;醛類;酮類;羧酸;醇;胺;酰胺;鹵化烷烴及它們的組合，烯屬單體單元選自由以下所組成的組中烯烴;炔;芳烴;己炔;alkenamers;亞烷基亞苯基;烯化硫;異分同晶質(zhì);亞芳基;丁二烯;丁烯;carbthianes;乙烯;苯乙烯;環(huán)己二烯;硫化乙烯;次乙基;乙炔基苯;異戊二烯;亞甲基;亞甲基亞苯基;降冰片烯;亞苯基;硫醚;硫化丙烯;亞苯基硫醚;丙烯;戊間二烯及其組合物。
17.根據(jù)權(quán)利要求3的磁流變材料，其特征是其中有機(jī)單聚物是由下式表示的聚(烯化氧)有機(jī)低聚物
其中R1，R2和R3可以獨(dú)立地是氫的、氟的或任何直鏈烴根，經(jīng)鹵化的或未鹵化的以及有從1到約18個(gè)碳原子;而R4或是一個(gè)氫原子或是一個(gè)-OH團(tuán);單體主鏈單元的數(shù)目按規(guī)定X，Y或Z的每一個(gè)可以獨(dú)立地在0到70間變化但需要(x+y+z)之和在從3到210的范圍內(nèi)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的磁流變材料，其特征是其中烴根有從1到6個(gè)碳原子。
19.根據(jù)權(quán)利要求3的磁流變材料，其特征是其中低聚化合物是由有以嵌段或接枝排列的有機(jī)的和(聚)硅氧烷單體單元組成的有機(jī)硅低聚物。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的磁流變材料，其特征是其中有機(jī)硅低聚物是一種以下式表示的接枝有機(jī)硅低聚物
其中R1可以獨(dú)立地是直鏈的、支鏈的、環(huán)的或芳烴的根，經(jīng)鹵化的或未經(jīng)鹵化的，并有從1到18個(gè)碳原子;可以是酯團(tuán);醚團(tuán)或酮團(tuán);R2可以獨(dú)立地是氫、氟或直鏈烴根，經(jīng)鹵化的或未經(jīng)鹵化的，并有從1到18個(gè)碳原子;R3是有從1到5碳原子的烷基根或一個(gè)氫原子;單體(聚)硅氧烷主鏈單元的數(shù)目規(guī)定為W和X的每一個(gè)可分別在從0到130和從1到40間變動(dòng)，但必需(W+X)之和在從3到150的范圍內(nèi);附于(聚)硅氧烷單體單元的單體有機(jī)單元的數(shù)目規(guī)定為Y和Z可分別從0到220和從0到165變動(dòng)，但必需(X+Z)的和在從3到225范圍內(nèi)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的磁流變材料，其特征是其中R1是甲基團(tuán)，R2是氫原子，R3是氫原子或甲基團(tuán)。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的磁流變材料，其特征是其中有機(jī)硅低聚物是接枝有機(jī)硅低聚物，選自由以下所組成的組中烯化氧-二甲基硅氧烷共聚物，如氧丙環(huán)-二甲基硅氧烷共聚物和氧化丙烯-二甲基硅氧烷共聚物;(聚)硅氧烷甘醇共聚物;及其混合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的磁流變材料，其特征是其中接枝有機(jī)硅低聚物是烯化氧-二甲基硅氧烷共聚物。
24.根據(jù)權(quán)利要求2的磁流變材料，其特征是其中進(jìn)一步包括膠體添加物。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的磁流變材料，其特征是其中膠體添加物是含有表面親水功能團(tuán)的金屬氧化物粉末。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的磁流變材料，其特征是其中金屬氧化物粉末選自由膠溶硅石、霧化的或熱解的硅石、硅石膠體、二氧化鈦，和其混合物。
27.根據(jù)權(quán)利要求25的磁流變材料，其特征是其中金屬氧化物的表面通過讓表面羥基團(tuán)和各種有機(jī)功能的單體硅烷或硅烷耦合劑局部反應(yīng)而變成疏水的，該硅烷耦合劑像羥基硅烷、酸基硅烷、環(huán)氧硅烷、肟硅烷、烷氧基硅烷、二氯硅烷和氨基硅烷。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的磁流變材料，其特征是其中膠體添加物是用二甲基二氯硅烷、三甲氧基辛硅烷或六甲基二硅氮烷作處理的霧化硅石。
29.根據(jù)權(quán)利要求24的硅流變材料，其特征是其中膠體添加物是高分子量的(聚)硅氧烷聚合物、有機(jī)聚合物、或有機(jī)硅聚合物。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的硅流變材料，其特征是其中膠體添加物是粉末、樹脂、或樹膠形式。
31.根據(jù)權(quán)利要求1的硅流變材料。其特征是其中觸變添加物是聚合物-改性金屬氧化物且用金屬氧化物和聚合化合物反應(yīng)而制備得到。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的硅流變材料，其特征是其中金屬氧化物選自由脫溶硅石、霧化或熱解的硅石、硅石膠凝體、二氧化鈦、氧化鐵、及其混合物組成的組中。
33.根據(jù)權(quán)利要求31的硅流變材料，其特征是其中聚合化合物選自由硅氧烷低聚物、礦物油、及石臘油組成的組中。
34.根據(jù)權(quán)利要求31的硅流變材料，其特征是其中聚合物-改性的金屬氧化物是用硅氧烷低聚物處理過的霧化硅石。
35.根據(jù)權(quán)利要求1的硅變材料，其特征是其中承載流體被選自由以下所組成的組中;礦物油;硅油;(聚)硅氧烷共聚物;輕油;液壓油;氯化烴;變壓器油;鹵化芳烴液體;鹵化石臘;二元酸酯;聚乙二醇;金氟化聚醚;氟化烴;氟化(聚)硅氧烷;受阻(化合)酯化合物;氰烷基硅氧烷均聚物;以及用徹底提純或者用一種低導(dǎo)電率承載流體可溶性溶液的形成以便造成導(dǎo)電率低于1×10-7s/m的辦法來改性的改性承載流體。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的磁流變材料，其特征是其中承載流體選自由礦物油、石臘油、硅油、(聚)硅氧烷聚合物、和全氟化聚醚所組成的組中。
37.根據(jù)權(quán)利要求1的硅流變材料，其特征是其中顆粒成分由順磁的、超順磁的或鐵磁的化合物所構(gòu)成。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的磁流變材料，其特征是其中顆粒成分由一種選自以下所組成的組中的材料構(gòu)成鐵;鐵合金，氧化鐵;氮化鐵;碳化鐵;羰基鐵;二氧化鉻;低碳鋼;硅鋼;鎳;鈷;及其混合物。
39.根據(jù)權(quán)利要求1的磁流變材料，其特征是其中顆粒成分選自由以下所組成的組中單純鐵粉;還原鐵粉;氧化鐵粉/單純鐵粉的混合物;和氧化鐵粉/還原鐵粉的混合物。
40.根據(jù)權(quán)利要求1的磁流變材料，其特征是還包括表面活化劑。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的磁流變材料，其特是其中表面活化劑選自由以下所組成的組中油酸亞鐵和環(huán)烷酸鹽;磺酸鹽;磷酸脂;硬脂酸;甘油單油酸;倍半油酸脫水山梨糖醇;硬脂酸鹽;月桂酸鹽;脂肪酸;脂肪醇;氟代脂肪族的聚合酯;和鈦酸鹽、鋁酸鹽或鋯酸鹽耦合劑。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的磁流變材料，其特征是其中表面活化劑是磷酸酯;氟代脂肪族的聚合酯;或一種耦合劑。
43.根據(jù)權(quán)利要求1的磁流變材料，其特征是其中承載流體按體積占總的磁變材料體積的百分之40到95，顆粒成分按體積占百分之5到50，而觸變添加劑占百分之0.1到10。
44.根據(jù)權(quán)利要求43的磁流變材料，其特征是其中承載流體占總的磁流變材料體積的百分之60到85，顆粒成分占體積的百分之15到40，而觸變添加物占體積的百分之0.5到50。
全文摘要
磁流變材料包含承載流體、顆粒成分和提供抗顆粒沉降穩(wěn)定性的觸變添加劑。觸變添加劑可是一種氫鍵觸變劑、聚合物改性的金屬氫化物，或其混合物。使用觸變添加物產(chǎn)生一種觸變網(wǎng)狀物，它對減少在磁流變材料顆粒沉降是不尋常地有效。
文檔編號C10N30/04GK1088020SQ9312074
公開日1994年6月15日 申請日期1993年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月30日
發(fā)明者K·D·韋斯, D·A·尼克松, J·D·卡爾松, A·J·瑪吉達(dá) 申請人:洛德公司