Текучая композиция с электрореологическими свойствами

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт тепло- и массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Коробко Евгения Викторовна Ещенко Людмила Семеновна Бедик Наталья Александровна Жук Галина Михайловна Глеб Владимир Константинович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт теплои массообмена имени А.В.Лыкова Национальной академии наук Беларуси(57) Текучая композиция с электрореологическими свойствами, содержащая минеральное масло и наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя содержит гидратированный оксид алюминия в форме псевдобемита состава 232, гдеозначает 1,46-2,80, при следующем соотношении компонентов, мас.10 232 минеральное масло 90. Изобретение относится к составам текучих композиций, реагирующих на действие электрического поля изменением реологических свойств, в частности возрастанием эффективной вязкости, и может быть использовано в машиностроении, приборостроении,робототехнике и других областях техники. 10460 1 2008.04.30 Известна рабочая среда для электростатических двигателей на основе непроводящих жидкостей а.с. СССР 898574, МПК Н 02 1/10, 1982, где в качестве наполнителя использована окись алюминия, активированная водой, которую предварительно высушивают или увлажняют (в парах воды или замачиванием) до требуемых значений содержания воды, при следующем количественном соотношении компонентов, весокись алюминия 0,5-4,0 вода 0,05-0,4 моноолеат глицерина 0,5-6,0 вакуумное масло 89,6-98,95. Недостатком данной композиции является то, что вода, входящая в состав гидратированного оксида алюминия, при повышении температуры десорбируется, что уменьшает активность наполнителя и, следовательно, снижает электрореологический эффект. Известна электрореологическая суспензия а.с. СССР 1685968, МПК С 09 К 3/00,1991, применяемая в гидравлических системах и представляющая собой текучую композицию, приготовленную на основе трансформаторного (минерального) масла и содержащую в качестве наполнителя модифицированный воздушно-сухой (безводный) оксид алюминия, получаемый в виде волокон путем термоокисления алюминированных углеродных волокон при 700-900 С, при следующем соотношении компонентов, мас.модифицированный оксид алюминия 2,6-5,4 трансформаторное масло остальное. Недостатком данной композиции является то, что получение волокнистого оксида алюминия является дорогостоящим, трудоемким процессом, требующим больших энергозатрат. Известна текучая композиция с электрореологическими свойствами а.с. СССР 1685968,МПК С 09 3/1, 1991 - прототип на основе минерального масла и воздушно-сухого наполнителя - оксида алюминия, образующих суспензию. И дополнительно содержащую воздушно-сухой фосфат целлюлозы, при следующем соотношении компонентов, мас.оксид алюминия 1-7 фосфат целлюлозы 1-13 минеральное масло остальное. Максимальное увеличение эффективной вязкости (порядка 150 раз при напряженности электрического поля 4,5 кВ/мм) указанной композиции в электрическом поле наблюдается при соотношении компонентов, мас.оксид алюминия - 3,3 фосфат целлюлозы 6,7 минеральное масло - 90. Однако рассматриваемая электрореологическая суспензия обладает относительно невысоким приростом эффективной вязкости, кроме того, использование фосфата целлюлозы усложняет состав композиции, что приводит к увеличению ее стоимости. Задачей изобретения является улучшение электрореологических свойств текучей композиции за счет повышения прироста эффективной вязкости в электрическом поле и упрощение состава электрореологической жидкости, что приведет к снижению ее себестоимости. Поставленная задача решается следующим образом. В известной текучей композиции с электрореологическими свойствами, содержащей минеральное масло и наполнитель, согласно изобретению в качестве наполнителя используют гидратированный оксид алюминия в форме псевдобемита состава А 2 О 3 Н 2 О, гдеозначает 1,46-2,80, при следующем соотношении компонентов, мас.10 А 2 О 3 Н 2 минеральное масло 90. Количество молей воды 1,46-2,8 обеспечивает прирост эффективной вязкости в 1,2-1,4 раза выше, чем у прототипа, а за счет введения в состав наполнителя химически связанной воды снижается расход химических компонентов. 2 10460 1 2008.04.30 Необходимость применения гидратированного оксида алюминия именно в форме псевдобемита обусловлена тем, что эта форма содержит именно такое количество воды,которое приводит к наибольшему приросту эффективной вязкости в электрическом поле. В приведенных примерах рассматриваются различные составы заявляемой электрореологической суспензии. Пример 1. Смешивают 4 г (10 мас. ) оксида алюминия и 36 г (90 мас. ) минерального масла и растирают до получения однородной суспензии. В качестве наполнителя используют гидратированный оксид алюминия в форме псевдобемита брутто-состава А 2 О 1,46 Н 2 О(таблица, образец 2), который получают следующими стадиями осаждением водным раствором аммиака соли алюминия выдержкой при температуре 100 С фильтрованием отделением и отмыванием осадка высушиванием на воздухе и последующей термообработкой гидратированного оксида алюминия при 170 С. В качестве минерального масла используют осушенное трансформаторное масло,имеющее диэлектрическую проницаемость 2,3 и электрическое сопротивление 1010 Омсм. Максимальная эффективная вязкость текучей композиции с данным наполнителем составила эфф.6745 мПас (это в 1,4 раза больше, чем увеличение эффективной вязкости у прототипа при том же значении величины приложенного электрического поля) при напряженности электрического поля Е 2,2 кВ/мм. Количество молей воды в составе оксида алюминия менее указанного предела 1,46, входящего в наполнитель, ведет к уменьшению прироста эффективной вязкости в электрическом поле (таблица, образец 1). Пример 2. Смешивают 4 г (10 мас. ) оксида алюминия и 36 г (90 мас. ) минерального масла и растирают до получения однородной суспензии. В качестве наполнителя используют гидратированный оксид алюминия в форме псевдобемита брутто-состава А 2 О 32,16 Н 2 О(таблица, образец 3), который получают следующими стадиями осаждением водным раствором аммиака соли алюминия выдержкой при комнатной температуре фильтрованием отделением и отмыванием осадка высушиванием на воздухе и последующей термообработкой гидратированного оксида алюминия при 170 С. В качестве минерального масла используют осушенное трансформаторное масло,имеющее диэлектрическую проницаемость 2,3 и электрическое сопротивление 1010 Омсм. Максимальная эффективная вязкость текучей композиции с данным наполнителем составила эфф.5340 мПас (это в 1,4 раза больше, чем увеличение эффективной вязкости у прототипа при том же значении величины приложенного электрического поля) при напряженности электрического поля Е 2,45 кВ/мм. Пример 3. Смешивают 4 г (10 мас. ) оксида алюминия и 36 г (90 мас. ) минерального масла и растирают до получения однородной суспензии. В качестве наполнителя используют гидратированный оксид алюминия в форме псевдобемита брутто-состава А 2 О 32,8 Н 2 О (таблица, образец 4), который получают следующими стадиями осаждением водным раствором аммиака соли алюминия выдержкой при комнатной температуре фильтрованием отделением и отмыванием осадка высушиванием на воздухе и последующей термообработкой гидратированного оксида алюминия при 105 С. В качестве минерального масла используют осушенное трансформаторное масло,имеющее диэлектрическую проницаемость 2,3 и электрическое сопротивление 1010 Омсм. Максимальная эффективная вязкость текучей композиции с данным наполнителем составила эфф.5129 мПас (это в 1,2 раза больше, чем увеличение эффективной вязкости у прототипа при том же значении величины приложенного электрического поля) при напряженности электрического поля Е 2,2 кВ/мм. Количество молей воды в составе 3 оксида алюминия более указанного предела 2,8, входящего в наполнитель, ведет к отсутствию электрореологического эффекта (таблица, образец 5 и пример 4). Пример 4. Смешивают 4 г (10 мас. ) оксида алюминия и 36 г (90 мас. ) минерального масла и растирают до получения однородной суспензии. В качестве наполнителя используют гидратированный оксид алюминия в форме слабоокристаллизованного аморфного псевдобемита брутто-состава А 2 О 33,6 Н 2 О (таблица, образец 5), который получают следующими стадиями осаждением водным раствором аммиака соли алюминия выдержкой при температуре 100 С фильтрованием отделением и отмыванием осадка высушиванием на воздухе. В качестве минерального масла используют осушенное трансформаторное масло,имеющее диэлектрическую проницаемость 2,3 и электрическое сопротивление 1010 Омсм. При наложении электрического поля напряженностью Е 0,25 кВ/мм происходит пробой - в суспензии регистрируется сквозной ток, т.о. делается вывод, что количество молей воды в составе оксида алюминия более указанного предела 2,8, входящего в наполнитель, ведет к отсутствию электрореологического эффекта. На фигуре представлен сравнительный график изменения эффективной вязкости в электрическом поле для образцов, описанных в прототипе и для заявляемых образцов. Заявляемые образцы 10 суспензия А 2 О 3 в минеральном (трансформаторном) масле 1 - 1,46 моль Н 2 О на 1 моль А 2 О 3 2 - 2,16 моль Н 2 О 3 - 2,8 моль Н 2 О Прототип. 4 - 3,3 А 2 О 36,7 фосфата целлюлозы в трансформаторном масле 5 - 10 суспензия А 2 О 3 в трансформаторном масле. Сравнительный график показывает, что по сравнению с прототипом (кривые 4, 5) заявляемые образцы проявляют гораздо более высокий (кривые 1, 2) или сравнимый(кривая 3) электрореологический эффект при меньших значениях прилагаемого электрического поля. Причем в рецептуру предлагаемых образцов дополнительно не вводится дорогостоящий фосфат целлюлозы, а эффективность суспензии повышается только за счет присутствия в наполнителе химически связанной координированной воды. Т.е. заявляемые образцы и образец прототипа, описываемый кривой 5, одинаковы по химическому составу, а прирост эффективной вязкости у заявляемых образцов значительно выше (кривые 1, 2), чем у самого лучшего образца прототипа (кривая 4). В таблице приведены данные измерений эффективной вязкости текучей композиции с электрореологическими свойствами эфф. мПас при изменении напряженности электрического поля Е кВ/мм и скорости сдвига 41,7 с-1 для предлагаемых составов. Состав наполнителя Мольное соотношение А 23 Н 2 О 1 1,01 1 1,46 1 2,16 1 2,80 1 3,60 Эффективная вязкость ЭРЖ эфф. мПас при напряженности электрического поля ЕкВ/мм 0 10460 1 2008.04.30 Испытания композиций проводились на стандартном вискозиметре Реотест, на электрореологическую ячейку которого подавали электрическое напряжение от генератора импульсов ГИ-6. В ячейку помещали 40 мл суспензии, замеряли касательное напряжение сдвигаи рассчитывали эффективную вязкость/, где- касательное напряжение сдвига. Степень электрореологической чувствительности оценивали по изменению вязкости , соответствующему фиксированному значению напряженности электрического поля. Как видно из примеров, характеристики текучей композиции зависят от содержания Н 2 О в исследуемых наполнителях и, в частности, от содержания химически связанной координированной воды. Так, наибольшие значения эффективной вязкости (эфф.53406745 мПас при Е 2,2-2,45 кВ/мм) наблюдались в случае использования псевдобемита состава А 2 О 3 Н 2 О, где 1,46-2,8 моль, который получали следующими стадиями осаждением водным раствором аммиака соли алюминия выдержкой при комнатной температуре или при температуре 100 С фильтрованием отделением и отмыванием осадка высушиванием на воздухе и последующей термообработкой гидратированного оксида алюминия при 170 С. Это в 1,4 раза больше, чем увеличение эффективной вязкости у прототипа при тех же значениях величины приложенного электрического поля. Из примеров и из таблицы 1 видно, что как меньшее (1,01 моль), так и большее (3,6 моль) содержание воды в наполнителе уменьшает электрореологический эффект. Оптимальным является содержание воды 1,46-2,8 моля на 1 моль оксида алюминия. Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать текучую композицию с повышенными электрореологическими свойствами, упрощает состав текучей композиции и снижает ее себестоимость за счет замены дорогостоящего фосфата целлюлозы химически связанной водой и решает поставленную задачу увеличения прироста эффективной вязкости в электрическом поле при уменьшении себестоимости конечного продукта. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5