發(fā)布時間：2019-11-15 12:06

【摘要】：Ti-O體系電流變液(Electrorheological fluid, ERF)是一種Ti-O微粒分散在油相中所形成的液體材料,根據(jù)在電場下高介電性極性分子發(fā)生取向從而大幅度提升剪切強度的原理,可以發(fā)展其在半主動減震裝置、離合制動裝置、液體閥等方面的應用。但這種電流變液目前還存在易團聚和沉降、電流變性能低和不穩(wěn)定等需要改善的問題。將可從林業(yè)剩余物中制備的納米纖維素晶須(CNW)與納米纖維素纖絲(CNF)與Ti-O體系復合是改善電流變液性能的一種新思路。納米纖維素具有的形態(tài)尺寸精細、比表面積大、表面能高和高介電性等優(yōu)點,側鏈的羥基可在油液中更好吸附極性分子,在電場作用下更加容易聚合成鏈,與油液相近的密度也使其抗沉降性更佳,能夠滿足電流變液的易成鏈、抗沉降性強以及剪切強度穩(wěn)定等要求。本文利用溶膠-凝膠法與水熱法分別制備出CNW與二氧化鈦(TiO2)膠體的復合物和CNF與銳鈦礦的復合物,調節(jié)原料的添加比例使納米纖維素與二氧化鈦以10%、20%和30%的比例復合。通過透射電鏡、X射線衍射、紅外光譜進行形貌表征分析以及電流變性能測試后得出以下結論：(1)溶膠-凝膠法制備的納米晶須/Ti02復合材料直徑平均在10nm左右,長度為200-300nm, TiO2均勻覆蓋,當其比例較大時無定形Ti02會連接成塊使數(shù)個纖絲連接在一起。水熱法制備的納米纖絲/Ti02復合材料直徑在10-50nm區(qū)間,長度為數(shù)微米,Ti02呈顆粒狀附著,當其比例較大時Ti02的包覆會增厚使直徑增加。兩種材料尺寸均符合新型電流變液的尺寸需求。(2)在剪切強度-電場強度與剪切強度-極性分子的對比測試中,Ti02的剪切強度受到Ti-OH含量與吸附性的制約無法充分發(fā)揮極性分子的作用。納米纖維素的復合解除了這一限制,使極性分子電流變效應中可得到充分的發(fā)揮同時增大了極性分子的吸附上限,測試中由于極性分子的充分發(fā)揮剪切強度不同程度的提高,最高達到6倍。(3)在剪切強度-剪切速率關系測試中,對比Ti02電流變液(17%、22%),納米纖維素發(fā)揮其形貌優(yōu)勢使復合材料電流變液在高剪切速率下保持了較高比例的剪切強度(58.9%,48.8%),纖維狀材料形貌優(yōu)勢是強度提高的主要原因。此時兩種纖維素復合材料間出現(xiàn)了差異,納米晶須的添加使復合材料有更高的剪切強度保留比,納米纖絲則是在剪切強度穩(wěn)定性上保持。(4)在剪切強度-溫度關系測試中,納米纖維素的形貌與Ti02的晶型并沒有影響兩種材料的溫度變化特性。兩種復合材料均在納米纖維素復合比例從10%增加到20%電流變液溫度特性發(fā)生變化。(5)在電流變重復性測試中,在作為對比測試的Ti02電流變液均出現(xiàn)擊穿4kV·mm-1)或劣化的情況下,復合材料的剪切強度基本不受影響(小于4%)。這說明納米纖維素的復合使電流變液在諸多條件與環(huán)境下電流變液依舊可以正常工作,拓寬了應用范圍同時延長了其電流變液的使用壽命。納米纖絲復合材料在重復測試后電流密度小于晶須復合材料,這說明納米纖絲在這方面提升更明顯。(6)在抗沉降性測試中,納米纖維素的加入提高了Ti02的整體抗沉降性能。一方面大幅度降低了沉降率,使TiO2的沉降率由50%提升至平均10%左右。另一方面減緩了電流變材料的沉降速度,由一天達到最終沉降值延長至五天。納米纖絲在沉降率提升及沉降速度降低這兩方面表現(xiàn)的更加優(yōu)秀。研究結果證實,納米纖維素的應用使得Ti-O體系ERF減少極性分子流失,在電場強度和溫度等環(huán)境變化中的剪切強度以及在ERF的使用壽命上都有很大程度提升,整體電流變效果得到了明顯的改善,納米纖絲在穩(wěn)定性提升方面表現(xiàn)的更加明顯。
【圖文】：

可分為次生壁、初生壁和細胞間層，次生壁又再分為層次生壁外層、次生壁中層和次生逡逑壁內層。次生壁中層的厚度占總體的７０％Ｗ上，其內部由纖維素聚集而成直徑］０？２０納逡逑米、長度幾微米且被半纖維素與木質素包裹成束的纖絲結構（圖１－０，所Ｗ木材纖維逡逑素纖絲結構的提取一般用化學方法去除木材中的半纖維素與木質素來獲得。纖維素自身逡逑作為天然高分子化合物擁有高強度、天然可降解和無毒無污染等特性，在諸多行業(yè)都有逡逑廣泛的應用，如作為造紙的主要原料、有益健康的膳食纖維和用于增加強度的建筑纖維逡逑等。不僅如此，纖維素因其同時擁有一定的介電性與極性的特點一直也是電流變液逡逑（ｅｌｅ（；ｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｆｌｕｉｄｓ）的主要材料之一。逡逑Ｔｒｅｅ邋ＴＹａｎｓｖｅｒn，

本文編號：2561306