磁性流体粘滞特性的研究

摘要

本文主要研究了磁性流体的流变特性，特别是不同载液，不同固含量的磁性流体粘滞特性。 (1)论文中首先测定了毛细管流变仪的仪器常数，并使用毛细管流变仪测量了不同浓度磁性流体的粘度。考虑到磁性纳米颗粒在磁性流体中的分布情况、团聚现象和表面活性剂的影响等，对Einstein粘度式做出了修正，并使用新的公式预测磁性流体的粘度。通过与不同载液、不同固含量的磁性流体实验粘度比较可以看出，在总固含量低于15％的情况下，新的粘度式误差较小，可以满足使用精度的要求。论文中还考虑外加磁场的影响，结合流体动力学理论，得到了可在一定磁场强度范围内使用的粘度式，并且与实验数据进行了比较。在磁场强度不太大的情况下，新的粘度式可以满足使用精度的要求。 (2)文中研究了磁性流体粘度与流量的关系，并比较了不同固含量、表面活性剂用量以及温度对低浓度磁性流体粘度的影响。结果表明，双层表面活性剂互相影响，即使是同种表面活性剂，用量不同得到的样品的固含量不同，粘度也不同。使用3g油酸钠、5g PEG制备的磁性流体固含量最低，粘度最高；3g油酸钠、3g PEG制备的磁性流体固含量最高，粘度最低。由于磁性流体以水为载液，并且固含量较低，其粘度受到温度的影响变化很大，随着温度的升高而下降。外磁场下磁性流体粘度变大，固含量越高这种变化越明显。 (3)研究了球磨法制备的高浓度磁性流体的粘滞特性。实验所用的磁性流体有很好的时间稳定性，在固定的剪切速率下粘度不随剪切时间的延长而变化。随着剪切速率的增大，磁性流体表现出明显的剪切变稀现象，固含量越高，这种现象越明显。同时，由于固含量的升高，磁性流体在磁场下的粘度很快增加。连续增加剪切速率后，对磁性流体施加逐步减小的剪切速率，得到了磁性流体的触变环。由于剪切速率的连续作用，磁性流体在同一剪切速率下的粘度不同，有一定的滞后效应，磁场条件下亦是如此。另外，文中用不同的本构模型分析了实验结果，关联出了相关的非牛顿参数。比较分析结果可以看出，不论是否存在磁场，H-B模型都能很好地描述磁性流体的粘滞特性。 (4)以表面包覆SiO<,2>的磁性流体为研究对象，研究了不同固含量的磁性流体的粘度与剪切速率的关系，剪切力与剪切速率、外加磁场强度的关系。利用Bingham模型和H-B模型关联了相关参数，其中H-B模型与磁性流体的粘滞特性关联最好。研究了表面活性剂对剪切力的影响，对H-B模型进行了修正。综合考虑磁性颗粒/团聚体的粒径、表面活性剂层厚度、磁场强度以及温度的影响，得到了磁性流体塑性粘度的预测公式。文中比较并分析了试验和本构模型分析得到的屈服应力，研究了屈服应力与磁场强度、磁性流体固含量之间的关系。 (5)研究了表面接枝丙烯酸的磁性纳米颗粒制备的磁性流体的粘滞特性，其中磁性纳米颗粒分别通过表面活性剂法和磁场陈化法制得。研究发现，不同的颗粒制备方法得到的磁性流体的粘滞特性不同。磁场陈化后接枝磁性颗粒制备的磁性流体总固含量为25％时出现了剪切增稠的现象，这种现象主要是由于固体颗粒含量的不同使流体中高分子链间的缠绕和舒展空间不同造成的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1磁性流体的简介

1.2磁性流体的流变性能

1.3磁性流体及其流变性能的研究进展

1.4本文的研究目的、意义和内容

第二章磁性流体粘滞特性的研究

2.1实验装置和设备

2.2低固含量磁性流体粘滞特性的研究

2.3球磨法制备的磁性流体的粘滞特性的研究

2.4表面包覆SiO2的磁性流体粘滞特性的研究

2.5表面接枝丙烯酸的磁性流体粘滞特性的研究

第三章结论与展望

3.1结论

3.2进一步工作的展望

参考文献

文章录用与发表

致谢