含芳環(huán)聚合物分散相微粒材料的合成、表征和電流變性能研究.pdf

1、電流變流體是一種新型的智能材料。電流變流體在外電場作用下能產生奇特的電流變效應，即毫秒間可在液態(tài)和固態(tài)間進行連續(xù)、可逆的轉變，當一撤去外加電場，瞬間又恢復原狀。電流變流體的研究技術涉及物理、化學、材料等多個學科，由電流變技術開發(fā)的高科技智能型產品，如電流變減振器、電流變離合器、電流變閥門等，其性能大大優(yōu)于傳統制動裝置，具有無級連續(xù)變化可調節(jié)性能，結構簡單、工作部件磨損小、響應速度快、控制過程能耗低等特點，多年來一直被人們認為是一種能使機

2、械制造、汽車工業(yè)、液壓控制工程和航空航天領域等許多行業(yè)技術發(fā)生顯著變化的一種新材料。因此其開發(fā)研究在國際上深受工業(yè)和國防部門的重視。 電流變流體通常由具有較高介電常數的分散相微粒和不導電的分散介質組成。二十世紀八十年代末，Block 和Kelly以專利和論文形式報道了聚(芘-醌)、聚(萘-醌)等有機聚合物作分散相微粒材料制得的ER 流體可以完全不含水，具有工作溫度范圍較寬等特點，從而引起人們對有機類分散相微粒材料研究的興趣，先后

3、選擇聚苯胺、聚吡咯等聚合物作電流變流體分散相微粒材料進行研究。 到目前為止，電流變流體仍存在屈服應力不夠高、工作溫度范圍不夠寬、抗沉降能力欠佳等問題。本文根據有機聚合物材料具有一定的介電常數，密度、硬度適中，且制備工藝可控等特點，選擇含芳環(huán)結構化合物為合成聚合物分散相微粒材料的基體，研究含芳環(huán)聚合物分散相微粒材料的合成、表征及電流變性能。 文章采用超聲輻照和回流攪拌方法，研究三種聚苯撐乙烯衍生物的合成方法，結果表明：采用

4、超聲輻照方法，反應時間大大縮短，產率明顯提高（比回流攪拌方法所獲產率相應高16—19％）；設計、合成七種含雙噻唑基等共軛聚合物，其中有五種聚合物系首次合成；采用含芳環(huán)化合物對微晶纖維素進行改性研究。 因所合成的聚合物具有難溶難熔性，采用IR 光譜、元素分析等對所合成的聚合物進行表征，用掃描電鏡測試其表面形態(tài)，用熱分析儀測試其熱穩(wěn)定性，表明所制備的聚合物符合設計要求。 文章使用上述三類物質作分散相微粒材料與兩種不同分散介質

5、制備不同濃度的懸浮體，考察不同條件下各懸浮體的剪切應力、剪切粘度、電導率、介電損耗模量及其穩(wěn)定性等。結果表明：（1）由聚苯撐乙烯衍生物，含雙噻唑基等聚合物及其改性微晶纖維素作分散相微粒材料制備的懸浮體均有一定的電流變效應。其中，當電場強度為E=4.2kV/mm，20％聚[N,N’-（2-氨基-5-羧基-1,3-苯二甲基） -2,2’-二氨基-4,4’-雙噻唑]和聚[N,N’-（2-氨基-5-磺酸基-1,3-苯二甲基） -

6、2,2’-二氨基-4,4’-雙噻唑]分別與溴代二苯甲烷組成的懸浮體其剪切應力值分別可達到3.3 kPa、2.3 kPa 以上，改性微晶纖維素懸浮體的剪切應力值比未改性微晶纖維素的剪切應力值增大39％。均高于相近聚合物相同質量含量懸浮體的剪切應力值。由于分散相微粒和分散介質的密度相近，實驗考察的幾種聚合物懸浮體放置60 天后沉降率均在10.2％以下, 說明所制備的聚合物沉降穩(wěn)定性能好。 （2）懸浮體中產生電流變效應的強弱與組成懸浮

7、體的分散相微粒材料結構、濃度等有關，即含極性基團聚合物的電流變效應比未含極性基團的大；聚合物分子中取代基團極性越強，極化能力越大，電流變效應越好；聚合物分子鏈上取代基團的空間體積過大會阻礙微粒之間的緊密排列，電流變效應相應降低；在外電場下，懸浮體中分散相微粒濃度越大，其電流變效應越強；分散相微粒表面形態(tài)呈微孔狀時表現出的電流變效應強。 （3）聚苯撐乙烯衍生物因具有π-共軛體結構，便于體系中電子的遷移，電導率值較高；當其分散在硅油

8、中、低電場下能產生電流變效應，但外電場強度升高或懸浮體中分散相微粒濃度超過一定值時，其漏電流密度快速增大，產生明顯的放電現象直至系統被擊穿而使其電流變效應消失； 同時發(fā)現當聚(2-甲氧基-5-丁氧基)苯撐乙烯分散在溴代二苯甲烷中具有負的電流變效應。 （4）綜合各聚合物分散相微粒材料電流變效應的研究結果，認為三類聚合物電流變效應產生過程可歸結為：在外電場作用下，聚合物懸浮體內含π-共軛體結構及極性基團的聚合物微粒通過極化作