可磁诱导重排磁流变弹性体的磁致力学行为及磁流变机理研究

Magnetorheological elastomer (MRE) showed still the low magnetorheological effect. The problem must be addressed before its wild applications in engineering. Therefore, in this project we will design and synthesis a new MRE, in which the magnetic particles can be magnetically induced rearrangement at the room temperature. The main contents of this project are shown in following. Firstly, the novel MRE is prepared by the polymerization-swelling method. The relationship between preparation conditions, structure and mechanical properties are investigated in detail. Secondly, the dispersion and distribution of magnetic particles in elastomer matrix under magnetic field is investigated by the AFAM with magnetic field. And the magnetorheological effect is also investigated in detail by the mechanical-magneto coupled testing equipment. Finally, a molecular dynamics model of MRE under mechanical-magneto coupled field will be proposed and the rheological properties and mechanism optimization method of MRE in coupled filed will be presented. These studies will effectively enhance the research level of MRE in domestic.

当前磁流变弹性体还存在磁流变效应偏低的问题，严重限制了其工程化应用。为此，本项目提出一种新型磁流变弹性体------可磁诱导重排磁流变弹性体，其内部磁性粒子在外加磁场诱导下可沿着磁力线方向移动重排形成链状有序结构，可望具备较高磁流变效应。具体研究内容和创新点包括：采用聚合交联-溶胀法制备可磁诱导重排磁流变弹性体，明确工艺条件-微观结构-模量三者之间关系；利用自主改装的兼有磁场模块原子力声学探针显微镜在线分析弹性体内磁性粒子在磁场诱导下的分散性和分布情况，并利用自主改装的磁力耦合动、静力学测试系统分析磁流变弹性体的磁致力学性能，明确弹性体模量、磁性粒子分布与磁致力学性能之间关系；最后结合试验结果，建立磁流变弹性体磁力耦合分子动力学理论计算模型，弄清楚可磁诱导重排磁流变弹性体的磁致力学行为及其机理，为可磁诱导重排磁流变弹性体的结构设计和磁流变效应优化提供理论依据和方法。

本项目针对磁流变弹性体的磁流变效应偏低，且流变效应与力学强度难以同时提高的矛盾问题，开展了“可磁诱导重排可控制备、磁致力学行为及机理研究”，包括(1)可磁诱导重排磁流变弹性体的可控制备研究，采用聚合交联-溶胀法制备可磁诱导重排 PDMS/Fe磁流变弹性体，研究聚合交联工艺条件（如交联剂用量、聚合温和时间）和溶胀工艺条件（如溶胀液中磁性粒子含量、热处理温度和时间）对磁流 变弹性体的微观结构（如交联密度和磁性粒子分散性）和静态力学性能的影响，且绝对磁流变效应和相对磁流变效应最大分别达到3.59MPa和17286%；(2)磁流变弹性体的微观结构和磁致力学性能研究，搭建加载磁场模块的显微镜测试平台，在线分析磁流变弹性体内部磁性粒子磁诱导下分散性和重排分布情况；并利用自主设计搭建的磁-力耦合动、静态力学性能测试系统和商用磁流变仪研究磁流变弹性体在不同磁场中的应力-应变曲线和储能模量随着磁场的变化曲线，结果显示，该弹性体在磁场下，磁性粒子容易在弹性体中形成链状结构，这也是获得高磁流变效应的根源；(3)可磁诱导重排磁流变弹性体的磁流变机理研究，根据上述一系列磁流变弹性体的微观结构和磁致力学性能测试结果，基于人工智能方法，构建磁流变弹性体的磁-力耦合理论模型，并利用所建模型模拟分析磁流变弹性体模量、磁性粒子填充量与磁致力学性能之间关系，研究可磁诱导重排磁流变弹性体的磁流变机理，研究结果显示，建立的模型能很好预测磁流变弹性体的性能。最后基于本项目研制的磁流变弹性体制备得到智能阻尼器，并利用自主搭建振动特性研究平台，对磁流变阻尼隔振器的隔振特性进行了评价和考核，研究结果显示，该阻尼器在很宽频率具有优异的阻尼效果，为其应用在智能阻尼领域奠定了基础。