影响电流变液流变特性的因素

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神奇材料——电流变液

神奇材料——电流变液材料是人类文明进步的重要标志之一，每一次材料的进步都会带来人类生活水平的一次质的飞跃，进入20世纪之后，各种新材料的产生更是日新月异，如常被人提起的超导材料、半导体材料、新陶瓷材料、纳米材料等，本文拟介绍一种不为大家所熟知的神奇材料——电流变液。

一、电流变液材料的发现1947年，有一个叫温塞格的美国学者，讲石膏、石灰和石墨混合后加在橄榄油中，然后又加入水搅拌成一种悬浮液，他想试验一下这种悬浮液能够导电，结果在实验中却发现了这一奇特现象。

当他对悬浮液加上电压后，发现液体马上变成了固体，当取消电压固体又会很快变成液体，后来他又测出这种物态变化的时间仅有几毫秒，并且固体的强度会随着所加电压的增大而增加，可以用电压的有无和大小来控制物态变化和固态强度，温塞格的发现引起了许多科学家的兴趣，科学家把能产生这种变化的材料命名为电流变液，这种现象命名为温塞格现象。

二、电流变液的应用1、电流变液刹车系统传统的车辆在高速行驶时，一旦遇到紧急情况，司机从踩下刹车到车停下来往往需要几秒时间，而车毁人亡的人间悲剧往往就是在这几秒内发生，这主要是因为传统车辆上的刹车多是采用一种被称为圆环“抱死”系统的装置，他们都是靠压力使车轮停转，但由于压力增大需要一个过程，致使车辆不可能快速停下来。

而用电流变液做成的刹车系统，只需要千分之几秒就可达到使车轮停转的目的。

研究者在车轮的传统装置中充入电流变液，平时由于其粘度较小，对车轮转动无太大影响，当遇到紧急情况时，驾驶员只要象掀喇叭一样，按下一个相应电路控制开关，给电流变液加上一定电压，在几毫秒后，电流变液就要变成固体将使车轮传动装置与车轮固化为一个整体，按此原理还可以用电流变液锁定发动机、变速箱等，另外，还可将这种材料做成汽车防盗装置，使盗车者，即使进入车内，也只能无功而返。

2、电流变液飞机机翼研究者将直升机的水平旋翼叶片迈入压电材料（是一种能将外加力转化为相应电压的材料），并将叶片作成中空式的，在其中充入电流变液，这种充入电流变液的中空叶片，会大大降低机翼产生的噪声和振动。

电流变液论文：电流变液微观结构力学分析动力学仿真

电流变液论文：电流变液微观结构力学分析动力学仿真【中文摘要】电流变液作为一种智能材料,以其独特的流变特性受到了许多科研工作者的关注,并且在工程领域中得到了广泛的应用。

许多科研工作者都指出了电流变液的微观结构会影响其力学特性,但是,他们都没有发现在电流变响应过程中存在结构-力的动态耦合。

本课题来源于国家自然科学基金资助项目(51075345),本文是以电流变液的微观结构为研究对象,主要是从理论分析和动力学仿真的角度来展开研究的。

研究的主要内容如下:首先,采用点偶极子模型,并假设电流变液颗粒是球形的,计算体心四方结构、面心立方结构和六角密堆结构的势能,分析得出电流变液固化后形成的微观结构的基态是体心四方结构。

同时,用统计的方法研究电流变液的相变,得出了电流变液发生相变时的临界电场和临界温度。

其次,根据电流变液在外电场作用下,颗粒极化后形成链的微观结构的原理,并基于颗粒之间的作用力及电磁学理论,建立了电流变液微观结构的力学模型。

通过电流变液微观结构的力学模型计算了不同大小的颗粒、电场强度和颗粒的体积分率对剪切屈服应力的影响,并分析了剪切屈服应力与应变的响应特性。

最后,通过电流变液极化理论,推导了电流变液颗粒在Poiseuille流场下的无量纲动力学方程,进而采用周期性边界条件,仿真了电流变液在相同外电场作用下,其微观结构的变化情况,并建立了电流变液微观结构的变化相图。

而且,仿真了电流变液在三个不同的外电场作用下,电流变液微观结构的最终状态图,以及序参量和表观粘度随时间变化的情况。

仿真结果表明:电流变液微观结构的变化对其力学特性有很大的影响,在未形成体心四方结构之前,电流变液的表观粘度是不断变化的,即产生了结构-力的动态耦合效应。

并且,电场强度和压力梯度会对这种效应产生影响。

【英文摘要】Electrorheological(ER) fluids is a kind of smart material. Because of its unique rheological properties, ER fluids receives many researchers’attention. And it has been widely used in the engineering region. Many researchers have pointed out that the microstructure of ER fluids affects its mechanical properties. But they havn’t found thestructure-force dynamic coupling in the process of ER response. This research originates from the National Natural Science Foundation of China (No.51075345). The object of study is the microstructure of ER fluids, and the research is expanded mainly by the theoretical analysis and dynamic simulation.The specific research works in this paper are as follows:Firstly, using the dipole model and assuming ER particles are spherical, the potential energy of body-centered tetragonal structure, face-centered cubic structure and hexagonal close packed structure are calculated. Analysing the rusult that the ground state of ER fluids’solidified microstructure is body-centered tetragonal structure. At the same time, when ER fluids isgetting phase transition, the critical electric field and critical temperature are obtained by using the statistical method.Secondly, with the action of the applied external electric field, polarized particles form chains. Besides, based on the interaction force between particles and electromagnetic theory, the mechanical model of ER fluids’microstructure is established. Calculating the effect of the particle size, electric field strength and particles’volume fraction on the shear yield stress by this mechanical model, and analysing the response between shear yield stress and stly, using the polarization theory of ER fluids, the nondimensional dynamic equation of ER particles is derived in a poiseuille flow field. With periodic boundary conditions, simulating the microstructural changes of ER fluids under the same external electric field. And establishing phase diagram of ER fluids’microstructural changes. Besides, the final state diagram of ER fluids’microstructure, the changes of order parameters and apparent viscosity with time are simulated under three different external electric field. Simulation results show that: the changes of ER fluids’microstructure have great influence on its mechanical properties. Before thebody-centered tetragonal structure has formed, the apparentviscosity of ER fluids changes constantly. That is the dynamic coupling effect of structure-force appears. Also, the electric field intensity and pressure gradient have an impact on the dynamic coupling effect of structure-force.【关键词】电流变液微观结构力学分析动力学仿真【英文关键词】electrorheological fluids microstructure mechanical analysis dynamic simulation【目录】电流变液微观结构的力学分析及动力学仿真摘要4-5Abstract5-6第1章绪论9-17 1.1 课题的研究背景和意义9-10 1.2 电流变液的流变机理10-12 1.3 电流变液的研究现状12-13 1.4 电流变液的工程应用及存在的主要问题13-15 1.5 本文的主要研究内容15-17第2章电流变液微观结构的基态及形成的基本条件17-28 2.1 引言17-18 2.2 电流变液微观结构的基态18-22 2.3 电流变液微观结构形成的基本条件22-26 2.3.1 电流变液的自由能22-25 2.3.2 电流变液的相变25-26 2.4 本章小结26-28第3章电流变液微观结构的力学模型28-43 3.1 引言28 3.2 电流变液的基本方程28-31 3.2.1 Maxwell 基本方程组28-31 3.2.2 电流变液颗粒的极化率和极化强度31 3.3 电流变液微观结构的力学模型31-33 3.4 计算结果与分析33-42 3.4.1 剪切屈服应力与电场强度的关系34-36 3.4.2 剪切屈服应力与颗粒体积分率的关系36-38 3.4.3 剪切屈服应力与颗粒大小的关系38-40 3.4.4 剪切屈服应力与应变的关系40-42 3.5 本章小结42-43第4章电流变液微观结构的动力学仿真43-56 4.1 引言43 4.2 电流变液的动力学模型43-47 4.3 仿真结果与分析47-55 4.3.1 电流变液微观结构的变化相图47-49 4.3.2 电流变液微观结构的变化状态图49-53 4.3.3 电流变液微观结构的力学特性分析53-55 4.4 本章小结55-56第5章总结与展望56-59 5.1全文总结56-57 5.2 研究展望57-59参考文献59-64致谢64-65攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与的科研项目65【采买全文】1.3.9.9.38.8.4.8 1.3.8.1.13.7.2.1 同时提供论文写作一对一辅导和论文发表服务.保过包发【说明】本文仅为中国学术文献总库合作提供，无涉版权。

电流变液机理及其研究现状

（ｋ１ｖｔｃ【】ｍ｝ｌ，Ｎｎｉ１０７ＰＡＬ ∞ Ｉｓｄｍ０ａｉｇ２００）ｎ
Ａｌ＇＇ｔＥｅｔＪｌｖｇｅｌ｛Ｒ）ｎａｔｅｆｉｈｓｐａｅｔⅥ ￣ｒｅ：ｌｎｄｅｌｉａＥｌａｃ，ｏｕｈｕｌｗｏｅａｐｒｎｌｕｃａｇｒａｌｂｐｌｉｉｌｃｋｆｌＡＩｌｓｈｈｎｅｇｅｔｙａｐｙｎｈｇｅｅｔ＂ｅｄｓＯＩｙｇｈｒｉＰ
一
电流变液自从Ｉ４９７年被Ｗｉｌ发现以来，以ｎｏ２ｓｗ其能快速．逆地实现液固相转变，且具有响应快可
（毫秒级）、连续可调、能耗低等优良特性而越来越为
有关工程技术人员所关注．加速了其在工程机械．液压系统、航空航天、机器人工业等众多领域中的应用本文阐述ｒ电流变液的特点．组成机理及影响因
ｋｎｆｉｏｔｎｉｄｏｍｐｒｔａｌｕｄ，ＥＲｆｉｓｂｉｇｌｏ＊ｅｅｅｉｉｑｕｄｒｏｓｍｅｒ＇ａｒｈｍ’删】ｈａｔｎｈｉｅｅｔｅ．Ｉｘｐｓ“ ．ｍｅｌｎｓｔｔｍｎｒｃｎ哪ｅＹｂ期０ｉ１ｄ￣ｆｍｓｈａｔｒ Ⅱ ｎｉｓ．ｔｅｆｃｏｓａ
素．介绍了电流变液在国内外的研究现状，在此基础
此外．固体粒子的形状和大小对电流变液的流变行为也会产生影响．可惜在这方面的研究还很缺乏．分析时一般均假定粒子为球体。
３）粘性
Ｅ出了几个值得重视的问题。提

液体物理学中的流变学特性研究

液体物理学中的流变学特性研究液体物理学是研究液体的性质和行为的学科。

液体的流变学是研究液体在外力作用下的变形和流动规律的重要分支领域。

本文将介绍液体物理学中流变学特性的研究进展，并探讨其在材料科学、化学工程、生物医学等领域的应用。

一、流变学的基本概念流变学研究液体的应力-应变关系，即外力对于液体的作用会导致液体发生变形。

通过测量液体的应力和应变，可以得到其流变学特性。

常见的流变学测试手段包括剪切试验、扩散试验、旋转试验等。

二、流变学的应力-应变关系1. 剪切应力与剪切应变剪切应力是单位面积上的切变力，剪切应变是液体中两个相对面的位移差与两个相对面的间距之比。

根据流变学的研究，剪切应力与剪切应变成正比关系，即剪切应力=剪切应变×剪切粘度。

此外，剪切粘度还与温度、压力等因素有关。

2. 指数流变与非牛顿性指数流变是指液体的剪切应力与剪切应变不成直接比例关系。

常见的指数流变模型包括Bingham模型、Casson模型、Herschel-Bulkley模型等。

而非牛顿性则指液体的流变学特性受到外界条件的影响，如剪切速率、溶质浓度等。

三、流变学在材料科学中的应用流变学的研究对于材料科学具有重要意义。

一方面，通过流变学测试可以评估材料的力学性能，如黏弹性、塑性、蠕变等。

另一方面，对于复杂材料，如润滑油、聚合物溶液等，流变学测试可以提供相关物理化学参数，为材料的设计和应用提供依据。

四、流变学在化学工程中的应用化学工程领域对流变学的研究主要涉及流体力学、传热传质等方面。

通过研究流体的流变学特性，可以设计合适的流体管道、反应器等工业设备，提高生产效率和安全性。

此外，流变学还可用于液体混合、悬浮体系的稳定性评估等方面。

五、流变学在生物医学中的应用流变学在生物医学领域中的应用日益重要。

例如，在血液流变学研究中，通过测量血液的黏度、弹性模量等参数，可以了解血液对于血管壁的影响，进而研究心脑血管疾病的发病机制和药物治疗效果。

PVDF溶液流变性及影响因素研究进展

于浓溶液范畴，研究ＰＶＤＦ溶液的流变学特性及影
响因素可以为研究制膜过程中流变特性对高分子聚集态结构的形成、演化及成膜性能的影响提供一定的理论指导，是建立聚合物流变学参数一膜微观结构参数一膜性能之间关系的重要环节。
有机氟工业
２０１４年第２期
Ｏｒｇａｎｏ—ＦｌｕｏｉｎｒｅＩｎｄｕｓｔｒｙ
・２３・
ＰＶＤＦ溶液流变性及影响因素研究进展
傅公维方敏王佩刚吴连超关呖
（中化蓝天浙江化工研究院有限公司，浙ＤＦ溶液流变特性研究是产品应用的关键，其流变性对于ＰＶＤＦ水处理膜的制作过程及锂电池电极黏接效果
能够充分伸展而形成相对卷缩状态，分子间作用力
较弱，形成的缠结点较少，链段在向晶区重排时所要
１ＰＶＤＦ溶液流变特性
分析不同ＰＶＤＦ浓溶液在４０℃ 、６Ｏ℃ 和８０℃
克服的阻力也较低。Ｗｅｌ研究了ＰＶＤＦ／ＤＭＡＣ溶
０前言
聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）是一种结晶性聚合物，其
聚合物分子量。Ｍｅ和Ｍｃ有着大致的关系：即Ｍｃ约等于２Ｍｅ，并与溶液的种类和浓度无关，对于同一体系，Ｍｅ、Ｍｃ为一常数，ｗｕ计算出ＰＶＤＦ链缠结分子量Ｍｅ约为２５００，特征分子量约为５０００～６２５０。Ｂｏｔｔ研究了ＰＶＤＦ在８种溶剂中的溶解参数，不同类型溶剂参数如表１所示。作为极性ＰＶＤＦ树脂的溶剂，其极性越强，ＰＶＤＦ在溶剂中的溶解能力越强，大分子能充分伸展，分子间作用力强，链段间的缠结点更多，在成膜过程中缠结点间被固定取向的趋势越大，干燥过程中膜收缩率也越大。膜的大量收缩使皮层孔径减小，孔隙率降低，膜水通量减

分散介质对电流变流体性能的影响研究

ｒｏｕｎｅａｓｒｉｅｕｍｅｅｐｅａｅｏｔｌｅｓｄｉｐｅｓｎｇｍｄｉｗｒｒｐｒｄ，Ｔｈｅｉｅｔｔｏｔｂｉｉｙａｈｅｒｌｔｏｎｈｉｅｗｅｎｔｅｓｄｍｎａｉｎｓａｌｔｎｄｔｅａｉｓｐｂｔｅｈｅｓｅｒｓｒｓｈａｔｅｓ，ｓｅａａｅａｌｃｒｃｆｅｄｓｒｎｈｗｅｅｉｅｔｇａｅ．Ｔｈｅｒｓｔｈｏｅｈａｈｅｓｔｌａｅｈｒｒｔｎｄｅｅｔｉｉｌｔｅｇｔｒｎｖｓｉｔｄｅｕｌｓｓｗｄｔｔｔｅｔｅｒｔｏｈｅｐｒｉｌａｐｎｄｄｏｎｂｈｔｓｏｓｔｈｅｄｓｅｓｎｅｕｍｄｔｎｉｙｄｆｅｅｅｏｈｅｆｔａｔｃｅｗｓｄｅｅｅｏｔｈｅｖｉｃｉｙｏｆｔｉｐｒｉｇｍｄｉａｎｈｅｄｅｓｔｉｆｒｎｃｆｔ
（ＰＴＱＡ）ｂｓｄｅｅｔｏｈｏｏｉａｌｉｓｗｉｈｓｌｏｉ，ｂｏｄｈｎｌｔａｅａｄｍｉｔｒｆｂｏｃｌ－－ａｅ１ｃｒｒｅ１ｇｃ１ｕｄｔｉｃｎｏｌｒｍｏｉｅｙｍｅｈｎｎｘｕｅｏｒｍｏｈｏｆｉｐ
的剪切流变行为．研究结果表明，电流变流体的稳定性取决于分散介质的粘度及分散相与分散介质的密度差，流变效电
应与分散介质有较大的关系：屈服应力与介质的介电常数成正比．关键词：电流变流体，散介质，定性，流变效应分稳电文献标识码：Ａ文章编号：００—５０（０８０ —０１１０９０２０）２０９—０５

电流变液光学性能的研究

电流变液光学性能的研究余南辉范吉军张永林王旺平曹梅丽【摘要】本文研究了由淀粉和硅油组成的电流变液的光学特性，在不同外加电场作用下针对不同浓度的淀粉电流变液进行了透光率的测量。

实验结果表明，透光率随电场强度的增加先增大后减小。

电流变液浓度高时达到最大透射光强所需的电场强度小，而浓度低时达到最大透射光强所需的电场强度大。

【关键词】电流变液；光电流；透射率0 引言电流变液（Electrorheological Fluids），在通常条件下是一种由介电微粒与绝缘液体构成的悬浮液，在外电场作用下，电流变液能在瞬间发生相变，由液态变成一种粘度较大的类固态物质；撤去电场后，体系又迅速恢复到原来的液态，其响应时间为毫秒量级。

这种变化不仅迅速、可逆，而且连续、可调。

在电场作用下，颗粒沿电场方向排列成链柱状结构是电流变宏观行为的微观起源。

这种结构的转变不仅影响力学性能，对电流变液的电学、光学、电磁学、声学等性质均有显著影响。

Zhao等研究了电流变液的衍射、透射、近红外等光学特性以及对微波的透射和反射的可调控性[1-6]。

本文研究了在外加电场作用下淀粉电流变液的电光效应，测量了不同浓度的淀粉电流变液在不同外加电场作用下透射光强的变化。

1 实验1.1 实验材料本实验采用的电流变液试样为淀粉和硅油组成的悬浮液，将淀粉加入硅油中搅动均匀，配制成乳白色悬浮液。

本实验共配制三种浓度试样，质量百分比分别为：0.5%，0.75% 和1.0%。

1.2 实验装置与内容实验装置如图1所示，从左至右由激光器、起偏器P、高压直流电源、检偏器A以及电光检测器构成。

电流变液试样放于容器盒中，容器盒为长方体塑料盒，两铜片电极置于容器盒相对两侧面上，电极间距为13mm，电极足够宽，可以忽略边缘场的影响。

可调高压直流电源与电极相接。

电光检测器用于检测透过电流变液试样后产生的光电流。

两偏振片P和A的透振方向互相垂直，电极方向与两偏振片分别垂直，不加试样时没有光线射出这对正交的偏振片。

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Key words: elect rorheolog y f luid; rheological behavior; shear st ress; damp device; elect ric f ield
电流变液( Elect rorheolog ical Fluids 简称 ERF) 是一种在外加电场作用下, 其流变学特性会发生迅速、明显、可逆和低能耗转变的流体[ 1] 。美国学者 Willis M. Winslow 经过几年的研究, 最早刊登了有关电流变液的研究成果[ 2] 。
电场的强度对电流变液的流变学性能影响是目前研究得较多的方面。Winfried Eckart[ 7] 研究了在不同电场作用下, 同一种电流变液的流变性能变化情况, 结果如图 1 所示。当电场强度为零时, 剪切应力最小, 其值小于 1Pa。在施加了电场之后, 剪切应力上升, 即对应的剪切应力变大。当施加电场强度达到 3 0kV/ mm 时, 剪切应力增大到接近 1000Pa。
电场的性质是指施加在电流变液体上的电场是直流电场还是交流电场, 如果是交流电场就需要考虑电场的频率。文献[ 6] 对施加交流电场情况下电流变液的流变特性进行了研究, 发现所使用的交流电场的频率上限是由颗粒的极化速率所决定的。因为在交流电场的频率小于粒子的极化速率时, 仍会产生电流变效应; 但是在交流电场的频率大于极化速响电流变液流变特性的因素
性好。 ( 3) 在外加电场或电压的作用下, 液态固态的转
换过程的响应速度非常灵敏, 一般为毫秒级。 (4) 电流变液实现液态固态转换的过程消耗能
量少, 不同于物理现象中的相变, 需要交换大量的热量。
有的专家和学者[ 4] 预言, 如果将电流变液的这些特性与计算机技术结合, 可以提供一种新颖、高效的能量传递、运动控制方法。通过电流变液可以把高速计算机指令直接转变为机器动作, 从而实现机械设备的现代化控制, 这是一种极具发展前景和工程应用价值的智能材料。为了让电流变液得到更加广泛的应用, 不少学者对电流变液的流变特性及其影响因素进行了深入的研究, 发现电流变液的流变特性在有外加电场和没有外加电场两种情况下有很大的不同。在没有外加电场时, 电流变液主要表现为牛顿流体, 粘度较低; 在施加了电场以后, 它的流变学特征就变得比较复杂[ 5] 。这里讨论在施加外加电场后电流变液的流变学特性。
关键词: 电流变液; 流变性能; 剪切应力; 阻尼装置; 电场
中图分类号: T Q 320. 1 文献标识码: A 文章编号: 1001- 9456( 2003) 04- 0032- 05
Factors Affecting Rheological Properties of Electrorheology Fluid ZH OU Wen guan, WANG Xi shun
温度对电流变液的流变性能影响是不能忽视的。因为电流变液悬浮相的介电常数、导电率以及电流变液本身的粘度都会受到温度的影响。
对于含水电流变液, 它的剪切应力随温度上升而增加, 当超过某一个临界温度时, 则随温度上升而迅速下降, 期间出现一个峰值, 如图 2 所示, 表明存在一个最佳的温度使电流变液的剪切应力有一个最大值[ 11] 。这种由于温度的升高引起流变特性出现峰值的现象, 笔者认为是因为: 在开始阶段, 温度主要表现为提高溶液分子的活性, 对电流变液的效应起到了促进作用; 当温度到了一定程度之后, 这种促进作用变得不再是最主要的, 取而代之的是温度升高而引起体系的漏电流现象, 漏电流的增大对电流变效应起到了副作用, 因此表现为剪切应力的急速下降。由于电流变液体系本身的差异和复杂性, 温度对电流变性能的影响规律不同,
( College of Indust rial Equipment and Control Eng ineering of South China U niversit y of T echnolog y, Resear ch Center of Equipment and Its Intelligentization for Plastics & Rubber , Guangzhou 510640, China)
Abstract: T he rheological behavior of electrorheology fluid ( ERF) w ill changed rapidly, dist inct ly, re versely and low er energy consumed in t he electric field. It has been studied by more and more scholars and eng ineers because of it s excellent propert ies. T he ERF has been successf ully applied in moment transfer de vice, damp device and high precise control dev ice. T he eff ect of t he elect ricit y paramet er, temperature, mass rat io, physical characters of part icles and the solvent to the electrorheological ef fect of ERF w ere analyzed, some present applications in engineering are int roduced as well.
颗粒有两个方面的因素对电流变液的流变特性有影响: 颗粒的化学性质和物理特征。颗粒的化学性质决定电流变液性能的好坏, 是电流变液的关键组份。但这是电流变液材料方面研究的重点, 这里着重介绍颗粒的物理特征对电流变液流变性能的影响。
大的错落有致的连续网格结构, 粒子之间形成复杂的不易破坏的键链, 材料的表观粘度大大增加, 提高了电流变液的性能[ 3] 。由于这些优点, 均相型电流变液是高性能电流变液研究的重要方向。
1 电流变液的特性电流变液的特性简单地说就是, 电流变液的表观
粘度和剪切应力等流变学特性随着外加电场强度等外
图 3 不同质量比 M 的剪切应力和电场强度的关系 - ∃ - M = 1500PPM wt ; - - M = 3200PPM w t ; - % - M = 4500PPM wt ; - # - M = 6200PPM w t ; - ! - M = 7000PPM w t
综合以上的事实, 当电流变液体系中的质量比含量相当小时, 悬浮的颗粒数目就很少, 因此不能提供足够的颗粒数目形成链状结构, 体系的电流变效应比较
张正勇等人[3] 研究了高分子电流变液在不同电场强度作用下的流变特性和电场强度关系, 得出了类似的结论: 流体剪切应力及表观粘度与电场强度成正比, 即电场强度越大, 剪切应力就越大。文献[ 8、9] 的研究结果也很好支持了电流变液的剪切应力随电场强度增大而增大的观点。电流变液的表观粘度和剪切应力随着电场强度的增加而急剧增加的现象被称为电流变效应。它的机理目前有几种解释, 广泛接受的解释是静电极化机理[ 10] 。即在高压作用下, 电流变液重的颗粒由于极化发生电荷分离, 结果导致颗粒的两端聚集了正负电荷, 相邻颗粒由于静电吸引作用, 互相连接形成链状结构, 进而粗化成颗粒柱, 使体系的剪切应力大大增加。除静电极化机理外, 还有水桥机理和双电层机理等解释这种电流变效应, 但它们各自都有一些不完善的地方。 2. 2 溶液温度对电流变液流变性能的影响
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塑料
2003 年 32 卷第 4 期
程度也不尽相同。因此, 温度对电流变液的流变性能影响仍然需要进一步研究。
图 2 温度对含水 ERF 的电流变效应的影响 1、2、3 分别为电场强度 20kV / cm、24kV / cm 和 28kV / cm
被测溶液是聚乙烯醇凡士林悬浮液
2. 3 溶液质量比对电流变液流变性能的影响溶液的质量比是指在电流变液中, 颗粒占整个溶
界条件的变化而发生改变的性质。具体有以下特性: ( 1) 施加足够大的电场后, 电流变液的剪切应力
会迅速增大几个数量级, 以至失去了流动性, 撤走电场后, 流体又迅速恢复到原状。
( 2) 可通过对外加电场或电压的控制实现对电流变液的液态固态转换过程的控制, 其转换过程的可控
收稿日期: 2002- 11- 18 作者简介: 周文管( 1979- ) , 男, 华南理工大学 2001 级硕士研究生, 研究方向为高分子流变学。
塑料
2003 年 32 卷第 4 期
影响电流变液流变特性的因素
聚合物研究
影响电流变液流变特性的因素
周文管, 王喜顺
( 华南理工大学工业装备与控制工程学院, 塑料橡胶装备及智能化研究中心, 广州 510640)
摘要: 在外加电场作用下, 电流变液( ERF) 的流变性能会发生快速、明显、可逆和低能耗的转变。由于这些优异的性能, 它越来越受到研究人员和工程人员的重视, 并且已经将电流变液成功应用于传递力矩的装置、阻尼装置和高精度控制装置中。分析了电学参数、温度、溶液质量比、颗粒的物理特征以及溶剂等对 ERF 电流变效应的影响, 并介绍了目前它在工程的一些应用。
电流变液的种类较多, 从电流变液体系物相的角度可以把电流变液分两种: 悬浮型电流变液和均相型电流变液。悬浮型电流变液是指具有高介电常数的绝
缘性固体颗粒按适当比例分散在较低粘度的、低介电常数的绝缘溶剂中所得到的悬浮液。均相型电流变液
是指由液晶高分子 ( LCP) 和相应溶剂组成的均相溶液。由于高分子聚合物材料具有较大的分子链结构, 且不会形成对称性的粒子, 在电场极化下可以形成较