[发明专利]基于多场耦合作用的磁流变弹性体一体成型装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学和仪器仪表技术领域，具体涉及一种磁流变弹性体材料一体成型装置。

背景技术

磁流变弹性体是将微米级的铁磁性颗粒掺入到高分子聚合物中，在磁场环境下固化，从而基体内的颗粒具有链或柱状结构。这种材料的弹性模量可随外加磁场强度而变化，与普通磁流变液相比，其不但具有可控性、可逆性、响应迅速等高技术特征，还具有稳定性好等独特的优点，在减振、降噪和智能控制等方面有着广阔的应用前景。磁流变弹性体的制备过程一般包括混料、预结构化和固化成型等步骤。现行的磁流变弹性体制备核心设备是热磁耦合装置，它一般由永磁铁或通电螺线圈提供平行磁场并由加热板提供温度场。这种装置只考虑热、磁在材料制备过程中的作用，而忽略了力对材料制备效果的影响；装置只能应用在材料预结构化阶段，之后还要转移到平板硫化机上进行固化，过程繁琐且不连续，增加了一些不利的影响因素；另外，由于磁流变弹性体在工程应用中主要承受拉压、剪切和扭转等载荷作用形式，现有的装置只能在预结构化阶段提供单向平行磁场，所得到的微观链状结构无法与复杂的应用环境相适应。

发明内容

本发明为了解决上述热磁耦合装置存在的问题，提出了一种基于热磁力耦合作用的磁流变弹性体一体成型装置，以简化磁流变弹性体制备过程，提高材料的制备效果，并增加磁流变弹性体的工程应用范围。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于多场耦合作用的磁流变弹性体一体成型装置，包括加热模块、加磁模块、加压模块、隔热密封结构以及相关检测控制装置，它们的结构通过壳体封装在一起，热磁力耦合作用效果通过模具周围的4根杆件实现。将装有磁流变弹性体原料混合物的模具置于保温炉正中位置，在不同的制备阶段，通过控制装置各模块提供不同的温度场、磁场和压力场，可以连续完成磁流变弹性体制备的预结构化和固化成型过程，得到高质量的成品。

所述的加热模块包括耐热合金棒、电磁感应加热圈、工频感应电源、连接件和杆件Ⅳ，通电的电磁感应加热圈加热耐热合金棒，并将热量通过杆件Ⅳ传递给模具，以提供适宜的温度。连接件为不导磁金属材料，用于连接耐热合金棒和杆件Ⅳ，并隔绝电磁感应加热圈产生的磁场，避免对模具周围的磁场产生干扰。相对于电阻加热、气液体介质加热，采用电磁加热更直接、更高效，而且这种非接触的加热方式还解决了静态热源给运动设备供热的问题。

所述的加磁模块包括励磁电源、2个完全相同的磁架及绕在其上的螺线圈、4根杆件、电机与小带轮以及1对圆锥滚柱轴承，每个磁架分别与2根杆件构成闭合的磁通路，并且两磁架正交放置。当横向、竖向磁场螺线圈通电且模具和杆件在带轮的带动下旋转时，可以产生螺旋磁场，而控制2个磁架上通电螺线圈的电流值以及小带轮带动杆件Ⅳ和模具旋转的角度值，可以在模具内产生不同方向的平行磁场，也即万向磁场，这些磁场的应用丰富了磁流变弹性体制成品的微观链状结构。

所述的加压模块包括外置压力机、杆件Ⅱ和止推滚珠轴承，整个装置正上方的压力机产生的压力通过杆件Ⅱ加载在模具上模上，止推滚珠轴承和加磁装置中的1对圆锥滚子轴承用于实现模具和压杆Ⅱ、Ⅳ在承受压力的情况下还能够转动，压力机用于在磁流变弹性体的不同制备阶段施加不同大小的载荷。

所述的隔热密封结构包括绝热材料、保温炉、以及由O形密封圈、垫片和旋塞组成的密封装置，磁架和杆件之间还留有圆环形缝隙，避免接触传热。这些设计一方面可以减少散热，保证模具内维持一个稳定的温度值，另一方面可以降低传热，避免炉内温度对通电线圈的影响以及通电线圈的产热对模具内温度的干扰。

所述的检测控制装置包括热电偶、速度传感器、压力机的力传感器等，根据它们反馈的结果调整相应的电源电流、电机转速、压力机的压力值以满足制备条件。

本发明的有益效果是：采用模块化设计，结构紧凑，热磁力场耦合方式巧妙，可以简化磁流变弹性体制备过程，也可以为其他材料的制备合成与测试提供多场环境。

1.由于1.将压力的影响考虑到磁流变弹性体的制备过程中，通过外置压力机施加力载荷，再结合热、磁场作用，控制精确，可以得到高品质的成品。

2.由于热磁力耦合装置将现有的热磁耦合装置起作用的预结构化阶段和平板硫化机起作用的固化成型阶段合并起来连续完成，简化了材料制备过程，减少了不利影响因素，提高了工作效率。

3.由于设计了可旋转的杆件、2套正交磁架及其缠绕的螺线圈，装置可以产生螺旋磁场和万向磁场，在以上磁场条件下制备的磁流变弹性体的微观结构规则、多样，可以更好地满足工程应用中承受拉压、剪切和扭转等载荷作用的需求。