Электрореологическая композиция

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Академический научный комплекс Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Коробко Е.В. , Ким Чанг Хо ,Маршак В.А., Белоус Н.Х., Люблинер И.П.(73) Патентообладатель Академический научный комплекс Институт тепло- и массообмена им. А.В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Электрореологическая композиция, включающая углеродное фосфорсодержащее волокно и жидкую дисперсионную среду, отличающаяся тем, что она содержит углеродное фосфорсодержащее волокно, модифицированное лантаном, а в качестве жидкой дисперсионной среды полиметилсилоксановую жидкость ПМС-100 при следующем соотношении компонентов, мас.углеродное фосфорсодержащее волокно,модифицированное лантаном 10-20 полиметилсилоксановая жидкость ПМС-100 80-90.(56) 1. Патент США 3.250.726, НКИ 252-317, 1966. 2. Кузьмин В.А., Коробко Е.В., Глеб В.К. О влиянии неизотермического фактора на электрореологический эффект./Сб. Реофизические исследования. ИТМО. - Мн., 1974. - С. 56-61. 3. Коробко Е.В., Дубкова В.И., Раготнер М.М. Электрологические свойства суспензий, дисперсноармированных волокнистым и порошкообразным компонентом./Труды 6 Национальной конференции по механике и технологии композиционных материалов. - София, 1991. - С. 9-12 (прототип). 4. Ермоленко И.Н., Люблинер И.П., Гулько Н.В. Элементосодержащие угольные волокнистые материалы. - Мн. Наука и техника, 1982. Изобретение относится к составам текучих композиций, реагирующих на действие электрического поля и температуры изменением реологических свойств, и может быть применено в машиностроении, приборостроении, автомобилестроении, робототехнике и других отраслях народного хозяйства для управления течениями рабочей жидкости в различных гидравлических устройствах (демпферах, вибраторах, приводах, насосах и др.). Известна электрореологическая композиция на основе активированного водой кремнезема в минеральном масле при следующем соотношении компонентов, мас.1 кремнезем 55-65 минеральное масло 35-45. Недостатком этой композиции является низкий температурный интервал ее работоспособности (от 20 до 100 С), так как при более высоких температурах происходит дегидратация связанной с поверхностью кремнезема воды, являющейся активатором композиции. Удаление с поверхности наполнителя воды приводит к снижению электрореологического эффекта. Кроме того, в составе композиции содержится значительное количество кремнезема, что приводит к механическому заторению и граничному трению, эффекты от которых 3587 1 могут перекрывать влияние тех физико-химических факторов, которые определяют изменение вязкости под действием электрического поля. Известна также электрореологическая композиция, содержащая в качестве наполнителя диатомит, а в качестве жидкой дисперсионной среды - трансформаторное масло при следующем соотношении компонентов,мас.2 диатомит 3-5 трансформаторное масло 95-97. Эта композиция, хотя и содержит меньшее количество наполнителя, однако имеет низкий температурный интервал работоспособности (20-80 С). Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является композиция, которая содержит в качестве наполнителя углеродное фосфорсодержащее волокно 510 мас. , а в качестве жидкой дисперсионной среды - трансформаторное масло 90-95 мас.3 (прототип). Недостатком этой композиции является низкий температурный интервал работоспособности (20-100 С) и узкий рабочий диапазон напряженности электрического поля (0,2-0,5 кВ/мм). Задача, решаемая данным изобретением, состоит в том, что предлагаемая электрореологическая композиция содержит углеродное фосфорсодержащее волокно, модифицированное лантаном, а в качестве жидкой дисперсионной среды полиметилсилоксановую жидкость (ПМС-100) при следующем соотношении компонентов, мас.углеродное фосфорсодержащее волокно,модифицированное лантаном 10-20 полиметилсилоксановая жидкость ПМС-100 80-90. Сущность изобретения заключается в следующем. Углеродное фосфорсодержащее волокно, модифицированное лантаном, характеризуется наличием в нем 3-5 мас.фосфора и 15-20 мас.лантана. Углеродное фосфорсодержащее волокно (по прототипу) содержит на своей поверхности достаточно большое количество фосфорнокислыхгрупп, обеспечивающих как возможность сорбировать влагу, являющуюся активатором, так и за счет проводимости придать высокую вязкость композиции. Однако при повышении температуры (до 100 С), как показали проведенные исследования, влага десорбируется с поверхности наполнителя,что приводит к снижению электрореологического эффекта. С ростом напряженности поля уже при низком его значении (1,0 кВ/мм) происходит комкование наполнителя и, как следствие, пробой, что делает невозможным использование такой композиции. Модификация углеродного фосфорсодержащего волокна лантаном позволяет устранить эти недостатки. Это достигается благодаря тому, что лантан, как поливалентный металл, связывает часть свободных фосфорсодержащих групп и образует прочные, устойчивые к воздействию высоких температур структуры, а также устраняет комкование наполнителя при повышении напряженности электрического поля. Таким образом, углеродное фосфорсодержащее волокно, модифицированное лантаном, содержит на своей поверхности оптимальное количество функциональных групп и приобретает оптимальную способность,как наполнитель электрореологической композиции, поляризоваться в электрическом поле и, за счет наличия устойчивых к воздействию высоких температур структур, создавать максимальное механическое сопротивление сдвигающему потоку, что приводит к наибольшему росту эффективной вязкости композиции, расширению его температурного интервала работоспособности до 140 и диапазона напряженности поля до 2,5 кВ/мм. Углеродное фосфорсодержащее волокно, модифицированное лантаном, получают путем карбонизации фосфата целлюлозы в форме соли лантана в соответствии с технологией, описанной в 4. Исследованиями установлено, что относительная вязкость электрореологической композиции, содержащей углеродное фосфорсодержащее волокно, модифицированное лантаном, возрастает до 140 , а диапазон напряженности электрического поля, в котором наблюдается рост относительной вязкости, расширяется до 2,5 кВ/мм. Таким образом, температурный интервал работоспособности предлагаемой электрореологической композиции по сравнению с прототипом возрастает на 40 , а диапазон напряженности электрического поля расширяется на 2,0 кВ/мм. Выбранные параметры предлагаемой электрореологической композиции являются оптимальными. При содержании наполнителя менее 10 мас.изменения относительной вязкости в электрическом поле незначительны и композиция не обладает достаточной температуроустойчивостью. При содержании наполнителя выше 20 мас.наблюдается рост начальной вязкости, что не позволяет эффективно использовать композицию в гидравлических системах. 3587 1 Наполнитель электрореологической композиции - углеродное фосфорсодержащее волокно, модифицированное лантаном, получали путем карбонизации фосфата целлюлозы в форме соли лантана до конечной температуры 340-360 по технологии, описанной в 4. Электрореологические свойства композиции в зависимости от напряженности постоянного электрического поля и температуры измеряли с помощью вискозиметра Реотест-2, оборудованного термостатируемой ячейкой. Для характеристики влияния постоянного электрического поля оценивали величину относительной вязкости композиции /0, Здесь- вязкость электрореологической композиции при наложении постоянного электрического поля 0 - вязкость электрореологической композиции без поля. Напряжение на электродах ячейки создавали путем подачи электрического поля от источника И-1. Составы и свойства электрореологической композиции иллюстрируются следующими примерами. Пример. Углеродное фосфорсодержащее волокно, модифицированное лантаном, подвергают размолу в шаровой мельнице до частиц с размером 50-60 мкм. Перед введением порошка в состав композиции его подсушивают в сушильном шкафу при 100 в течение 1 часа. Удаление влаги из жидкой дисперсионной среды - полиметилсилоксановой жидкости - осуществляют путем выдерживания ее над цеолитом в эксикаторе в течение 24 часов при комнатной температуре. 10 г предварительно подготовленного углеродного фосфорсодержащего волокна, модифицированного лантаном, смешивают с 10 г полиметилсилоксановой жидкости (ПМС-100). Гомогенизированную смесь заливают в измерительную ячейку вискозиметра Реотест-2 и измеряют реологические свойства композиции при различных напряженностях постоянного электрического поля и температуры. Результаты испытаний,приведенные в таблице, показывают, что относительная вязкость композиции возрастает с ростом напряженности постоянного электрического поля и температуры. При напряженности постоянного электрического поля 0,5-1,5 кВ/мм относительная вязкость возрастает с повышением температуры, при 130 в 1,5-2 раза превышает вязкость при комнатной температуре. Результаты испытаний электрореологических свойств композиций, содержащих 15 мас.и 20 мас.наполнителя при различных напряженностях постоянного электрического поля и температурах, приведены в таблице. Приготовление композиций, а также испытания реологических свойств осуществляли, как в примере. В таблице приведены также результаты испытаний композиции, содержащей 10 мас.углеродного фосфорсодержащего волокна (прототип, пример 6), и композиций с запредельными (нижним 5 мас.и верхним 25 мас.наполнителя) значениями компонентов. Анализ результатов испытаний показывает, что предлагаемая электрореологическая композиция проявляет высокую вязкость и имеет более широкий температурный интервал работоспособности (до 130-140 С),что превышает таковой для композиции, содержащей углеродное фосфорсодержащее волокно, на 30-40 . Кроме того, расширяется диапазон работы композиции в рядунапряженности электрического поля до 2,5 кВ/мм, что превышает диапазон композиции с углеродным фосфорсодержащим волокном на 2,0 кВ/мм. Относительная вязкость (/0) при напряженности постоянного электрического поля, кВ/мм Полиметилсилоксановая жидкость ПМС 100 Углеродное фосфорсо- Трансфордержащее маторное масло волокно Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 4