Inteligentne kompozyty magnetoreologiczne

• Autorzy: Boczkowska A. , Awietjan S.

Warianty tytułu

EN

Intelligent magnetorheological elastomer composites

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Prezentowane badania dotyczą nowej grupy materiałów inteligentnych, jakimi są magnetoreologiczne kompozyty elastomerowe (MRE), złożone z ferromagnetycznych cząstek rozmieszczonych w elastomerowej osnowie. Mikrostrukturę wytworzonych MRE oceniano stosując skaningową mikroskopię elektronową. W celu określenia anizotropii magnetycznej i strukturalnej wyznaczono właściwości magnetyczne MRE, ponadto w szerokim zakresie charakteryzowano ich właściwości reologiczne. Względny efekt magnetoreologiczny oznaczono na podstawie analizy wpływu zawartości i rozmiaru cząstek, a także ukierunkowania łańcuchów cząstek na kształtowaną mikrostrukturę wybranego kompozytu. Stwierdzono, że MRE o anizotropowej mikrostrukturze, kształtowanej na etapie wytwarzania w polu magnetycznym, charakteryzują się znacznie większym efektem magnetoreologicznym niż MRE o izotropowym rozmieszczeniu cząstek, dodanych do elastomerowej osnowy w takiej samej ilości. Zauważono również nieliniową zmianę właściwości reologicznych w funkcji udziału cząstek, będącą wynikiem anizotropii strukturalnej i magnetycznej, mającej najistotniejszy wpływ na zmianę właściwości MRE w polu magnetycznym. Zaobserwowano ponadto, że wartością efektu magnetoreologicznego można sterować zmieniając kierunek ułożenia łańcuchów cząstek względem kierunku działania pola. Oznacza to, że w celu uzyskania odpowiednio dużego efektu magnetoreologicznego nie jest konieczne wprowadzenie do osnowy polimerowej dużej ilości cząstek magnetycznych, wystarczy wytworzyć odpowiednią ich mikrostrukturę, co pozwala na korzystne zmniejszenie masy konstrukcji urządzeń, w których wykorzystano materiał na bazie MRE.

EN

The study is related to a new group of intelligent materials, namely magnetorheological elastomer composites (MRE), composed of ferromagnetic particles dispersed in an elastomeric matrix. They exhibit reversible changes of their properties and shape under the magnetic field, what makes them attractive for applications as dampers, sensors or actuators. The microstructure of the produced MRE was studied using scanning electron microscopy. In order to determine the magnetic and structural anisotropy of MRE, their magnetic properties were investigated. The rheological properties of MRE were also characterized in a broad range. The relative magnetorheological effect was evaluated by analyzing the influence of the volume fraction, size and arrangement of the particles on the microstructure of selected composite. It was found, that MRE with an anisotropic microstructure formed during the preparation under the magnetic field show much higher magnetorheological effect than MRE with an isotropic arrangement of the particles, added in the same amount to the elastomeric matrix. A non-linear change of the rheological properties versus particle fraction was also observed, as a result of the structural and magnetic anisotropy, which has a major influence on the change in MRE properties under the magnetic field. Moreover, it was found that the magnetorheological effect can be controlled by changes in the particle alignment according to the magnetic field direction. It means that to obtain a sufficiently high magnetorheological effect it is not necessary to introduce a large amount of magnetic particles into the polymer matrix, but it can be achieved by formation of an appropriate particle microstructure. This is beneficial for reducing the weight of devices based on MRE.

Słowa kluczowe

PL

elastomery magnetoreologiczne; kompozyty; cząstki ferromagnetyczne; mikrostruktura; właściwości reologiczne

EN

magnetorheological elastomers; composites; ferromagnetic particles; microstructure; rheological properties

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 58, nr 6
• Strony: 443--449
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz. , rys., wykr.

Twórcy

autor

Boczkowska A.

autor

Awietjan S.

• Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Materiałowej ul. Wołoska 141, 02-507 Warszawa,

Bibliografia

• 1. Carlson J. D., Jolly M. R.: Mechatronics 2000, 10, 555.
• 2. Ginder J. M.: „Rheology controlled by magnetic fields” w „Encyclopedia of Applied Physics”, VCH Publisher Inc., New York 1996, t. 16.
• 3. Zhou G. Y.: Smart Mater. Struct. 2003, 12, 139.
• 4. Farshad M., Benine A.: Polym. Test. 2004, 23, 347.
• 5. Jolly M. R., Carlson J. D., Munoz B. C, Bullions T. A.: J. Intell. Mater. Syst. Struct. 1996, 7, 613.
• 6. Banks H. T., Pinter G. A., Potter L. K., Gaitens M. J., Yanyo L. C.: J. Intell. Mater. Syst. Struct. 1999, 10, 820.
• 7. Liu B., Shaw M. T.: J. Intell. Mater. Syst. Struct. 2001, 12, 57.
• 8. Lokander M., Reitberger T., Stenberg B.: Polym. Degrad. Stab. 2004, 86, 467.
• 9. Farshad M., Le Roux M.: Polym. Test. 2005, 24, 163.
• 10. Kankanala S. V., Triantafyllidis N.: J. Mech. Phys. Sol. 2004, 52, 2869.
• 11. Böse H., Röder R.: J. Phys: Conf. Series 2009, 149, 1.
• 12. Nquyen V. Q., Ramanujan R. V.: Macromol. Chem. Phys. 2010, 211, 618.
• 13. Xu Z.B., Gong X. L., Liao G. J., Chen X. M.: J. Intell. Mater. Syst. Struct. 2010, 21, 1039
• 14. Boczkowska A., Awietjan S. F., Babski K., Wróblewski R., Leonowicz M.: „Effect of the processing conditions on the microstructure of urethane magnetorheological elastomers”, Smart Structures and Materials 2006 Conference w: „Active Materials: Behavior and Mechanics” (red. W. D. Armstrong), Proc. of SPIE t. 6170, nr. 28.
• 15. Boczkowska A., Awietjan S. F.: Mater. Sci. Forum 2008, 587—588, 630.
• 16. Boczkowska A., Awietjan S. F.: Polimery 2009, 54, 26.
• 17. Boczkowska A., Awietjan S. F., Wejrzanowski T., Kurzydłowski K. J.: J. Mater. Sci. 2009, 44, 3135.
• 18. Kallio M., Aalto S., Lindroos T.: „Preliminary test on a MRE device”, AMAS Workshop on Smart Materials and Structures SMART’03, Jadwisin, 2—5 wrzeoenia 2003, mat. konf. str. 353—360.
• 19. Boczkowska A., Awietjan S. F., Wróblewski R.: Smart Mater. Struct. 2007, 16, 1924.
• 20. Goupta R. K.: „Polymer and Composite Rheology”, CRC Press, 2000.
• 21. Boczkowska A., Czechowski L., Jaroniek M., Niezgoda T.: J. Theoret. Appl. Mech. 2010, 48, 659.
• 22. Szymczyk W., Boczkowska A., Niezgoda T., Zubko K.: Solid State Phenom. 2009, 154, 113