Ciecze magnetoreologiczne, ich charakterystyka reologiczna i możliwość aplikacji w pancerzach ochronnych

• Autorzy: Kozłowska J. , Leonowicz M. , Wierzbicki Ł. , Olszewska K. , Zielińska D. , Struszczyk M.

Warianty tytułu

EN

Rheological characterization of magnetorheological fluids and possibility of their application in armor protection

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Ciecze magnetoreologiczne MRF (magnetorheologicalfluids) reprezentują ważną grupę materiałów inteligentnych, zmieniających swoje właściwości, w sposób kontrolowany, dzięki oddziaływaniu odpowiedniego czynnika zewnętrznego. W przypadku cieczy magnetoreologicznych, zmiana ta następuje pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Zjawisko to nazywane jest efektem magnetoreologicznym. Wytworzono i przebadano ciecze magnetoreologiczne na bazie oleju syntetycznego i żelaza karbonylkowego. Zastosowano różne rodzaje Stabilizatora, wielkości cząstek Fe oraz oleje o różnej lepkości i zbadano ich wpływ na właściwości reologiczne cieczy magnetoreologicznych. Stwierdzono, że zastosowanie odpowiednich składników odgrywa istotną rolę w zachowaniu się MRF. Przeprowadzono badania właściwości reologicznych w trybie statycznym lepkości i naprężenia ścinającego W funkcji szybkości ścinania (0,1÷630 S-1) bez pola i W polu 159 kA/m. Największy wzrost lepkości W polu magnetycznym wykazała ciecz o oznaczeniu OM75.15.A200 na bazie oleju nośnego o najmniejszej lepkości (15 mm2/S). Natomiast największą lepkość n = 87 kPa' s i naprężenie ścinające t= 8,7 kPa cechowała się ciecz OM75.l0O.A200 na bazie oleju o lepkości 100 mm2/S w polu magnetycznym 15 9 kA/m. Ponadto dla wytworzonych cieczy wyznaczono charakterystykę lepkosprężystą W funkcji pola magnetycznego: moduł zespolony G*, moduł zachowawczy G' i moduł stratności G". Największy wzrost modułów charakteryzujących właściwości lepkosprężyste w polu magnetycznym 0,3 T, wykazała opracowana przez autorów MRF o symbolu OM75.100.1A200. Właściwości tej cieczy w polu 230 kA/m wynosiły: moduł zespolony |G*| - 1,2 MPa, moduł zachowawczy G' - 1,2 MPa i moduł stratności G” - 0,35 MPa. Opracowaną MRF zastosowano do budowy hybrydowych pancerzy z wysokowytrzymałymi materiałami tekstylnymi z włókien paraaramidowych oraz polietylenowych, chroniących przed atakami z użyciem noża/białej broni. Obecność cieczy magnetoreologicznej w hybrydowych pancerzach przyczyniła się do zmniejszenia głębokości penetracji ostrza.

EN

Magnetorheological fluids (MRFS) represent a prominent group of smart materials with variable properties under the infiuence of distinctive, external factors. In magnetorheological fluids the properties can be Varied in a controlled way by a magnetic field. This specific behaviour is called the magnetorheological effect. In this paper, a series of MRFS based on synthetic oils and carbonyl iron powders was produced and examined. Different types of stabilizers, the size of the carbonyl iron powder particles and synthetic oils varying in viscosity, were applied. The infiuence of each component on the rheological properties of the MRFS was investigated. It was found that the application of a proper component plays a crucial role in MRFS performance. The rheological measurements of viscosity and shear stress as a function of shear rate in the range of 0. 1÷630 s-1 in static tests were carried out without and in a magnetic field of 159 kA/m (Fig. 5, 6, 8, 9, 11, 12). The maximum increase in viscosity in a magnetic field was shown by the MRF marked as OM75.15. A200 based on the lowest viscosity carrier oil (15 mm2/S). On the other hand, the MRF marked as OM75.l0O.A200 based on a carrier oil with a viscosity of 100 mm2/S demonstrated the largest values of viscosity (n = 87 kPa's) and shear stress (t = 8.7 kPa) in the magnetic field of 159 kA/m. Additionally, the viscoelastic characteristics of the synthesized MRFS (complex G*, Storage G' and loss G" modules) as a function of magnetic field were also carried out (Fig. 7, 10, 13). The results show that the most intense increase in the viscoelastic module under the magnetic field was exhibited by the OM75.l0O.A200. The maximum values of viscoelastic module achieved by this fluid are respectively complex modulus |G*| - 1.2 MPa, storage modulus G' - 1.2 MPa and loss modulus G"- 0.35 MPa. One of the synthesized MRFS was chosen for application in a hybrid structure of knife-resistant armour combined with textile materials, including high-strength para-aramid and polyethylene fibres. The application of MRF in hybrid, knife-resistant armours helped to reduce the penetration depth of the blade (Tab. 2).

Słowa kluczowe

PL

ciecze magnetoreologiczne; właściwości reologiczne; pancerze ochronne

EN

magnetorheological fluids; rheological properties; protective armors

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 2
• Strony: 62--70
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kozłowska J.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Leonowicz M.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Wierzbicki Ł.

• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Olszewska K.

• Instytut Technologii Bezpieczeństwa "Moratex", Łódź

autor

Zielińska D.

• Instytut Technologii Bezpieczeństwa "Moratex", Łódź

autor

Struszczyk M.

• Instytut Technologii Bezpieczeństwa "Moratex", Łódź

Bibliografia

• [1] Vicente J., Klingenberg D. J., Hidalgo-Alvarez R.: Magnetorheological fiuids: a review. Soft Matter 7 (2011) 3701÷3710.
• [2] Kozłowska J., Leonowicz M.: Synthesis and properties of magnetorheological fluids. Inżynieria Materiałowa 3 (175) (2010) 312÷315.
• [3] Vicente J., Lopez-Lopez M. T., Gonzalez-Caballero F., Duran J. D. G.: Rheological study of the stabilization of magnetizable colloidal suspensions by addition of silica nanoparticles. J. Rheol. 47 (2003) 1093÷ 1110.
• [4] Park B. J., Park C. W., Yang S. W., Kim H. B., Choi H. J.: Core-shell typed polymer coated-carbonyl iron suspensions and their magnetorheology. J. Phys. Conf. Ser. 149 (012078) (2009) 1÷5.
• [5] Jang I. B., Kim H. B., Lee J. Y., You J. L., Choi H. J.: Role of organic coating on carbonyl iron suspended particles in magnetorheological fluid. J. Appl. Phys. 97 (10Q912) (2005) 1÷3.
• [6] Hong M. K., Park B. J., Choi H. J.: Preparation and characterization of MR fluid consisting of magnetite particle coated with PMMA. J. Phys. Conference Series 149 (012055) (2009) 1÷5.
• [7] Viota J. L., Vicente J., Duran J. D. G., Delgado A. V.: Stabilization of magnetorheological suspensions by polyacrylic acid polymers. J. Colloid Interface Sci. 284 (2005) 527÷541.
• [8] Muc A., Barski M.: Ciecze magnetoreologiczne i ich zastosowania praktyczne. Czasopismo Techniczne 11 (2008) 31÷41.
• [9] Milecki A.: Ciecze elektro- i magnetoreologiczne oraz ich zastosowanie w technice. Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań (2010).
• [10] Carlson J. D., Jolly M. R.: MR fluid, foam and elastomer devices. Mechatronics 10 (4-5) (2000) 555÷569.
• [11] Tang H. Z.: Particle size polydispersity of the rheological properties in magnetorheological fluids. Science China Physics, Mechanics and Astronomy 54 (7) (2011) 1258÷1262.