Effect of solid state components on the performance of magnetorheological fluids

• Autorzy: Kozłowska J. , Leonowicz M.

Warianty tytułu

PL

Wpływ zawartości fazy stałej na właściwości cieczy magnetoreologicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Magnetorhelogical fluids (MRFs) are a class of multifunctional materials with the characteristics of reacting to a magnetic field by noticeable and reversible changes in their rheological and magnetic properties. The object of this study was MRFs with carbonyl iron particles based on a synthetic carrier oil. The effect of varying the mass of the solid state components such as carbonyl iron (CI) particles and fumed silica stabilizing agent additive on the performance of MRFs was examined. For this purpose, the microstructure of MRFs with different carbonyl iron addition was observed in the presence and of without a magnetic field. Moreover, the rheological properties characterization of different compositions of MRFs was conducted using a rheometer equipped with a magnetic field. It was found that the application of an appropriate proportion of solid components plays a crucial role in the formation of usable magnetorheological properties. The results of steady shear tests show that a higher mass proportion of carbonyl iron particles strongly affects the performance of MRFs, the yield stress as well as off- and on-state viscosity. A higher content of magnetic particles can ensure a substantial increase in the yield stress values of MRFs. The MRF containing 75% w/w CI achieved a yield stress at the level of 18 kPa in the magnetic field of 318 kA/m, while the MRF with lowest magnetic component mass concentration of 25% w/w reached only 0.4 kPa, whereas the MRFs with different fumed silica amounts achieved more comparable viscosity level and yield stress values. These results clearly indicate the decisive influence of carbonyl iron content on MRF performance. Oscillatory, rheometric measurements versus magnetic field show that the highest values of shear complex modulus were achieved by the MRFs with the highest percentage of carbonyl iron particles (75% w/w) and fumed silica additive (1% w/w). At the same time, the loss factor dependence on the fumed silica and carbonyl iron amount showed a much smaller effect on the MRF performance.

PL

Ciecze magnetoreologiczne należą do grupy materiałów funkcjonalnych, wykazujących w pełni odwracalną, istotną zmianę właściwości pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Przedmiot badań niniejszego opracowania stanowią ciecze magnetoreologiczne z cząstkami żelaza karbonylkowego na bazie oleju syntetycznego. Określono wpływ zawartości cząstek żelaza karbonylkowego oraz stabilizatora w postaci krzemionki koloidalnej na właściwości cieczy magnetoreologicznych. W tym celu dokonano obserwacji mikrostruktury cieczy magnetoreologicznych o różnym stopniu zawartości cząstek żelaza karbonylkowego. Badania właściwości reologicznych cieczy magnetoreologicznych o różnym składzie wykonano za pomocą reometru rotacyjnego. Wyniki badań wskazują na decydujący wpływ składu chemicznego cieczy magnetoreologicznej na kształtowanie jej właściwości użytkowych. Badania reologiczne w funkcji szybkości ścinania wykazały, Że wyższa zawartości cząstek żelaza posiada silny wpływ na wartości granicy plastyczności oraz właściwości reologiczne. Większa zawartość cząstek żelaza karbonylkowego umożliwia osiągnięcie wyższych wartości granicy plastyczności. Dla porównania, ciecz magnetoreologiczna zwierająca 75% mas. żelaza osiągnęła granicę plastyczności 18kPa w polu 318 kA/m, podczas gdy ciecz z 25% mas. cząstek żelaza wykazała jedynie 0,4 kPa. Z drugiej strony, ciecze magnetoreologiczne z róŜną zawartością krzemionki koloidalnej charakteryzowały się zbliżonymi wartościami lepkości oraz wartościami granicy plastyczności. Efekt ten świadczy o bardziej intensywnym wpływie zawartości cząstek żelaza karbonylkowego na właściwości cieczy magnetoreologicznych. Badania oscylacyjne w funkcji pola magnetycznego wykazały, że największe wartości zespolonego modułu ścinania wykazała ciecz zawierająca najwyższą zawartość cząstek żelaza (75% mas.) oraz krzemionki koloidalnej (1% mas.). Jednocześnie wartości współczynnika stratności wykazały podobny charakter zmian i zakres wartości dla wszystkich badanych cieczy.

Słowa kluczowe

EN

smart magnetic materials; magnetorheological fluids; rheological properties

PL

inteligentne materiały magnetyczne; ciecze magnetoreologiczne; właściwości reologiczne

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2013
• Tom: R. 13, nr 3
• Strony: 214--219
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kozłowska J.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

autor

Leonowicz M.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, ul. Wołoska 141, 02-507 Warsaw, Poland

Bibliografia

• [1] Tani J., Takagi J.J., Qiu J., Intelligent materials systems: Application of functional materials, Appl. Mech. Rev. 1998, 51 (8), 505-522.
• [2] Kaleta J., Lewandowski D., Mech R., Zając P., Smart Magnetic Composites, Metal, Ceramic and Polymeric Composites for Various Uses, Dr. John Cuppoletti (Ed.), InTech. 2011.
• [3] Kordonski W.I., Golini D., Fundamentals of magnetor'heological fluid utilization in high precision finishing, J. Intel. Mat. Syst. Struct. 1999, 10(9), September, 683-689.
• [4] Klingenberg D.J., Magnetorheology: applications and challenges, AIChE Journal 2001, February, 47, 2, 246-249.
• [5] Carlson J.D., Jolly M.R., MR fluid, foam and elastomer devices, Mechatronics 2000, 10, 555-569.
• [6] Kciuk M., Turczyn R., Properties and applications of mag'netorheological fluids, J. Achiev. Mater. Manuf. 2006, September'October 18(1'2), 127-130.
• [7] Kormann C., Schwab E., Laun M., Magnetorheological fluids, U.S. Patent 5505880, 1996.
• [8] Alves S., Alcantara M.R., Figueiredo Neto A.M., The effect of hydrophobic and hydrophilic fumed silica on the rheology of magnetorheological elastomers, J. Rheol. 2009, May'June, 53(5), 651-662.
• [9] López-López M.T., Kuzhir P., Bossis G., Mingalyov P., Preparation of well'dispersed magnetorheological fluids and effect of dispersion on their magnetorheological . properties, Rheol. Acta 2008, September, 47, 7, 787-796.
• [10] Phulé P.P., Ginder J.M., Synthesis and properties of novel magnetorheological fluids having improved stability and redispersibility, Int. J. Mod. Phys. 1999, B, 13, 2019-2027.
• [11] López-López M.T., Zugaldía A., González'Caballero F., Durán J.D., Sedimentation and redispersion phenomena in iron'based magnetorheological fluids, J. Rheol. 2006, 50(4), 543-560.
• [12] López-López M.T., Zugaldía A., Gómez'Ramirez A., González'Caballero F., Durán J.D.G., Effect of particle aggregation on the magnetic and magnetorheological properties of magnetic suspensions, J. Rheol. 2008, (52)4, 902-911.
• [13] López-López M.T., Vertelov G., Bossis G., Kuzhir P., Durán J.D.G., New magnetorheological fluids based on magnetic fibers, J. Mater. Chem. 2007, 17, 3839-3844.
• [14] Song K.H., Park B.J., Choi H.J., Effect of magnetic nanoparticles additive on characteristics of magnetorheological fluids, IEEE Trans. Mag. 2009, 45, 10 October, 4045-3748.