The influence of microstructural anisotropy on the magnetorheological effect in elastomer-based composites with iron particles

• Autorzy: Boczkowska A. , Awietjan S. F.

Warianty tytułu

PL

Wpływ anizotropii mikrostruktury na efekt magnetoreologiczny w kompozytach elastomerowych z cząstkami żelaza

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The results presented in this paper are a part of the studies on development of magnetorheological elastomers based on ferromagnetic particles in a polyurethane matrix. The influence of the amount of the ferromagnetic particles and their arrangement in relation to the external magnetic field was investigated. Scanning electron microscopy was used to observe MRE microstructure. The particles orientation and their arrangement were also investigated with vibrating sample magnetometer (VSM). Rheological properties of obtained MREs were studied with and without application of an external magnetic field. It was found that the microstructure of the MRE depends on the amount of ferrous particles. The orientation of the iron particles into aligned chains is possible for a lower volume content of ferromagnetic filler. Magnetic measurements confirmed the existence of microstructure anisotropy for MREs with 1.5; 11.5; 18 and 25 vol. % of iron particles. This structural and magnetic anisotropy has not been found in the the MRE with 33 vol. % of carbonyl-iron. Both the particles content and their chains direction have significant effect on the rheological properties of magnetorheological urethane elastomers. Application of an external magnetic field leads to a significant increase in elastic modulus. Relative changes of storage modulus, calculated from obtained curves, show that the samples microstructure has a significant effect on their magnetorheological effect.

PL

Wyniki zamieszczone w tej pracy są częścią badań prowadzonych nad magnetoreologicznymi elastomerami zawierającymi cząsteczki ferromagnetyczne w poliuretanowej osnowie. Zbadano wpływ zawartości i sposobu rozmieszczenia cząstek w aspekcie zewnętrznego pola magnetycznego. Do obserwacji mikrostruktur MRE wykorzystano skaningowy mikroskop elektronowy. Ukierunkowanie i rozmieszczenie cząstek zbadano za pomocą magnetometru z wibrującą próbką (VSM). Właściwości reologiczne wytworzonych materiałów badano zarówno bez pola, jak i w zewnętrznym polu magnetycznym. Stwierdzono, że mikrostruktura MRE zależy od zawartości cząstek ferromagnetycznych. Ukierunkowanie cząstek w jednokierunkowe łańcuchy jest możliwe dla niższych zawartości ferromagnetycznego komponentu. Pomiary magnetyczne potwierdziły występowanie anizotropii strukturalnej dla MRE o zawartości 1,5; 11,5; 18 i 25% obj. cząstek żelaza. W przypadku kompozytów o zawartości 33% obj. żelaza karbonylkowego nie zaobserwowano strukturalnej i magnetycznej anizotropii. Na właściwości reologiczne elastomerów uretanowych ma wpływ zarówno zawartość cząstek, jak i kierunek łańcuchów przez nie tworzonych. Przyłożenie zewnętrznego pola magnetycznego prowadzi do znacznego wzrostu modułu sztywności. Względne zmiany modułu zachowawczego G , wyliczone z otrzymanych krzywych, świadczą o znaczącym wpływie mikrostruktury na uzyskiwany efekt magnetoreologiczny.

Słowa kluczowe

EN

carbonyl iron; elastomer; magnetorheological properties; polyurethane

PL

żelazo karbonylkowe; elastomer; właściwości magnetoreologiczne; poliuretan

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Kompozyty
• Rocznik: 2008
• Tom: R. 8, nr 4
• Strony: 327--331
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., wykr.

Twórcy

autor

Boczkowska A.

autor

Awietjan S. F.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Materials Science and Engineering, Woloska 141, 02-507 Warsaw,

Bibliografia

• [1] Zhou, G.Y., Shear properties of magnetorheological elastomer, Smart Materials and Structures 2003, 12, 139-146.
• [2] Farshad M., Benine A., Magnetoactive elastomer composites, Polymer Testing 2004, 23, 347-353.
• [3] Jolly M.R., Carlson J.D., Munoz B.C, Bullions T.A., The magnetoviscoelastic response of elastomer composite consisting of ferrous particles embedded in a polymer matrix, Journal of Intelligent Material Systems and Structures 1996, 7, November 613-622.
• [4] Khoo M., Liu C, Micromagnetic silicone elastomer membrane actuator, Sensors and Actuators A: Physical 2001, 89, 259-266.
• [5] An Y., Shaw M.T., Actuating properties of soft gels with ordered iron particles: basis for a shear actuator, Smart Materials and Structures 2003, 12, 157-163.
• [6] Lokander M., Stenberg B., Performance of isotropic magnetorheological rubber materials, Polymer Testing 2003, 23, 245-251.
• [7] Banks H.T., Pinter G.A., Potter L.K., Gaitens M.J., Yanyo L.C., Modeling of nonlinear hysteresis in elastomer under uniaxial tension, Journal of Intelligent Material Systems and Structures 1999, 10 February.
• [8] Liu B., Shaw M.T., Electrorheological effects of ER gels containing iron particles, Journal of Intelligent Material Systems and Structures 1001, 12 January, 57-63.
• [9] Lokander M., Stenberg B., Improving the magnetorheological effect in isotropic magnetorheological rubber materials, Polymer Testing 2003, 22, 677-680.
• [10] Boczkowska A., Awietjan S., Babski K., Wróblewski R., Leonowicz M., Effect of the processing conditions on the microstructure of urethane magnetorheological elastomers, Smart Structures and Materials 2006: Active Materials: Behavior and Mechanics, ed. W.D. Armstrong, Proc. of SPIE 2006, 6170_28, 11.
• [11] Boczkowska A., Awietjan S.F., Wróblewski R., Microstructure - property relationships of urethane magnetorheological elastomers, Smart Materials and Structures 2007, 16, 1924-1930.