[发明专利]高性能磁流变纳米复合高分子凝胶制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁流变材料技术领域，具体为高性能磁流变纳米复合高分子凝胶制备方法。

背景技术

磁流变材料是一类新型功能材料，内部磁性颗粒在外磁场下被磁化，产生相互作用力，在材料受到形变时这些磁力在其内部形成反向力矩，引起磁流变材料产生模量和阻尼等力学参数的改变，该效应被称为磁流变效应，具有连续磁场可控、磁响应速度快、可逆性好等特性，在航空航天、信息、机械等领域都具有广泛的应用前景。目前磁流变材料主要有三种类型：(1)磁流变液，(2)磁流变弹性体，(3)磁流变高分子凝胶。磁流变液是出现最早的磁流变材料（1948年），由液体和磁性粒子组成，在磁场作用下，屈服应力和表观粘度发生显著变化，拥有较高磁流变效应（>300.0%），已在智能减震降噪领域中得到应用，但是，磁流变液存在磁性粒子易沉降、性能稳定性差等问题，大大限制其性能的进一步提高和大面积的推广应用。磁流变弹性体是20世纪90年代发展起来的一种新型磁流变材料，主要由弹性体与磁性粒子组成，磁性粒子被弹性体固定住，因而不存在磁性粒子沉降的问题，但是，磁性粒子在磁场作用下难以发生重排，因而磁流变效应较低（<300.0%），大大限制其工程化应用。磁流变高分子凝胶概念是21世纪初由美国内华达大学Gordaninejad教授首次提出，荷兰代尔伏特理工大学Memdes教授2010年进一步确认，磁流变高分子凝胶是介于磁流变液和磁流变弹性体之间的一类新型磁流变材料，磁性粒子不易沉降，且拥有较高磁流变效应（ca. 6000.0%）。这特性主要归功于由高分子、液体和磁性粒子等构筑的三维交联网络结构，其中三维高分子交联网络为磁性粒子稳定性提供保障，存在于高分子交联网络中液体阻力小，为磁性粒子在磁场作用下发生重排提供环境。

但是，现有磁流变高分子凝胶，为了实现高磁流变性能，往往是通过简单的在磁流变高分子凝胶基体中填充大量磁性粒子，但是，大量磁性粒子的引入必然导致高分子凝胶的机械性能、分散性、稳定性大幅度下降。这些问题大大限制了磁流变高分子凝胶的工程化应用。因此，研究一种分散性、稳定性好，磁流变性能和机械性能高的磁流变纳米复合高分子凝胶制备方法是很有必要的。

发明内容

本发明解决现有的磁流变高分子凝胶分散性、稳定性差，机械性能和磁流变性能无法同时提高的问题，提供一种分散性、稳定性好，磁流变性能和机械性能高的磁流变纳米复合高分子凝胶制备方法。

本发明是通过以下操作步骤实现的：磁流变纳米复合高分子凝胶制备方法，包括以下操作步骤：

1）共沉淀法制备Fe₃O₄纳米磁性粒子稳定分散液：

将一定量的FeCl₂•4H₂O、FeCl₃•6H₂O和一定量的表面活性剂溶于一定量的去离子水中，所述FeCl₂•4H₂O、 FeCl₃•6H₂O的用量应保证Fe²⁺盐与Fe³⁺盐的摩尔比为1:1.2~1:1.5；所述表面活性剂为盐酸多巴胺、乙二胺四乙酸、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰胺共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、KH550、KH560、KH570中的一种，表面活性剂用量为Fe²⁺盐与Fe³⁺盐总质量的0.5~2.5wt%；所述去离子水的用量应保证Fe²⁺盐与Fe³⁺盐水溶液总浓度范围为5.0wt%~15.0wt%；在速度为500r/min的机械搅拌和50.0℃下搅拌溶解均匀后，以1滴/秒的速度缓慢滴加一定量的浓度为1.5mol/L 的NaOH溶液，之后继续反应90min，形成稳定的黑色分散液，所述NaOH溶液的用量应保证NaOH溶液和Fe²⁺盐与Fe³⁺盐水溶液体积比为1:1；将稳定的黑色分散液采用磁分离法分离出磁性颗粒，超声分散，再磁分离，重复3次后，重新分散到一定量的去离子水中，制得Fe₃O₄纳米磁性粒子稳定分散液，所述去离子水的用量应保证Fe₃O₄纳米磁性粒子稳定分散液的质量浓度为2.0%~6.0%；

2）原位聚合法制备凝胶前驱体