用于車輛基座應用的磁流變液組合物的制作方法

本發明涉及磁流變液組合物。

背景技術：

磁流變液是一類智能流體。當經受磁場時，磁流變液的粘度顯著增加。重要的是，通過改變磁場的強度，可以非常精確地控制磁流變液在其活化狀態時的屈服應力。磁流變液的應用是廣泛的，并且其隨著流體動力學中的各種進步而擴展。磁流變液常用于車輛基座和懸浮組件。一種這樣的應用是磁流變液組合物在具有柔性體和隔膜的車輛基座中的應用。美國專利7,070,708中公開了這種磁流變液組合物。磁流變液組合物包含載液、分散在載液中的多個磁響應性粒子以及分散在載液中的煅制二氧化硅防塵劑。防沉劑形成觸變網絡，其中載運網絡使磁響應性粒子懸浮在觸變網絡中以便防止磁響應性粒子沉降。觸變網絡被定義為以低剪切速率形成松散網絡或結構的磁響應性粒子的懸浮體，有時被稱作簇或絮凝物。此種結構的存在對磁流變液組合物賦予較小程度的剛性，從而減少粒子沉降。然而，當通過溫和的攪動施加剪切力時，觸變網絡可被輕易地瓦解或分散。當去除剪切力時，可重新形成觸變網絡。

美國專利7,070,708還公開了磁流變液組合物包含諸如乙氧基化胺和丙二醇等添加劑以便對磁流變液提供穩定性。然而，研究顯示乙氧基化胺、丙二醇以及磁流變液組合物中的其他添加劑與車輛基座的柔性體和隔膜反應。該反應在車輛基座中生成氣體，其造成車輛基座內的壓力增強，因而抑制車輛完整的功能性能。此外，該反應還在磁流變液組合物中形成二聚物和三聚物，其破壞磁流變液組合物中形成的觸變網絡并使磁響應性粒子從磁流變液組合物中沉積出來，降低磁流變液組合物的壽命。因此，磁流變液將不再響應磁場，從而導致車輛基座故障。

技術實現要素：

本發明提供一種磁流變液組合物，其不含對所述組合物的觸變網絡提供穩定性的任何額外添加劑。此外，本發明還防止柔性體和隔膜與所述組合物反應，從而延長所述組合物的壽命。

發明的優點

本發明就其最寬泛的方面而言是提供一種具有較長流體壽命的磁流變液組合物，從而提供對于車輛基座的完整功能性能的改善。

附圖說明

當結合附圖考慮時，通過參考以下詳細描述，可以更容易知曉、同時更好理解本發明的其他優點，其中：

圖1是可利用本發明的磁流變液組合物的車輛基座的示意性截面圖；

圖2是本發明的磁流變液組合物和行業中所用的現有磁流變液組合物(現有技術)在磁強度為0T～1.2T的磁場下的屈服應力；

圖3是比較1,000,000次工作循環中利用本發明的磁流變液組合物和現有技術的車輛基座中的壓力生成的圖；

圖4是比較5,000,000次工作循環中利用本發明的磁流變液組合物和現有技術的車輛基座的每次循環的耗散能的圖；

圖5是比較1,000,000次工作循環中利用本發明的磁流變液組合物和現有技術的車輛基座的每次循環的耗散能的圖；

圖6是顯示利用現有技術的車輛基座的動態剛度的圖；

圖7是顯示利用本發明的磁流變液組合物的車輛基座的動態剛度的圖；

圖8是顯示利用本發明的磁流變液組合物的車輛基座的動態剛度的圖，其采用兩個車輛基座；

圖9是顯示利用現有技術的車輛基座的阻尼控制的圖；

圖10是顯示利用本發明的磁流變液組合物的車輛基座的阻尼控制的圖；

圖11是顯示利用本發明的磁流變液組合物的車輛基座的阻尼控制的圖，其采用兩個車輛基座；

圖12是顯示利用現有技術的四個車輛基座的阻尼功的圖；并且

圖13是顯示利用本發明的磁流變液組合物的四個車輛基座的阻尼功的圖。

具體實施方式

本發明的一個方面包括用于具有柔性體和隔膜的車輛基座的磁流變液組合物。所述磁流變液組合物的組成如下：載液；分散在載液中的多個磁響應性粒子；以及分散在載液中的煅制二氧化硅防沉劑，其形成觸變網絡，其中載液使磁響應性粒子懸浮在觸變網絡中以便防止磁響應性粒子沉降。本發明的磁流變液組合物僅含有載液、多個磁響應性粒子和防沉劑。換言之，本發明的磁流變液組合物不含對觸變網絡和磁流變液提供穩定性的任何額外添加劑，并且防止柔性體和隔膜與所述組合物反應從而延長所述組合物的壽命。

磁流變液組合物的載液在磁流變液中形成連續相，并且以10重量％～73重量％的量存在，優選以23重量％～38重量％的量存在，最優選以26重量％～36重量％的量存在。載液可以是任何有機流體，優選非極性有機流體。合適的流體的實例包括但不限于硅油、礦物油、石蠟油、有機硅共聚物、白油和液壓油。另外，可使用合適的流體的混合物作為本發明的載液。對于本發明的磁流變液組合物，硅油特別優選地作為載液，并且以30重量％～32重量％的量存在。

磁流變液組合物的多個磁響應性粒子分散在載液中，并以25重量％～80重量％的量存在，優選以60重量％～70重量％的量存在，最優選以64重量％～68重量％的量存在。磁響應性粒子可以是由順磁性、超順磁性和鐵磁性元素和化合物制成的任何固體。合適的磁響應性粒子的實例包括鐵、鐵合金、鐵氧化物(包括Fe₂O₃和Fe₃O₄)、鐵氧化物粉末/鐵粉末混合物以及鐵氧化物粉末/還原鐵粉末混合物。對于本發明的磁流變液組合物，鐵特別優選地作為磁響應性粒子，并且以64重量％～65重量％的量存在。磁響應性粒子通常為金屬粉末的形式。應選擇磁響應性粒子的粒徑以使磁響應性粒子本身可以在載液中響應于磁場排列。磁響應性粒子的平均粒徑大小一般為1μm～1000μm。

煅制二氧化硅防沉劑也分散在載液中，并以2重量％～10重量％的量存在，優選以2重量％～7重量％的量存在，最優選以2重量％～6重量％的量存在。煅制二氧化硅形成觸變網絡以便將磁響應性粒子懸浮在觸變網絡中，從而防止磁響應性粒子從觸變網絡中沉降出。防沉劑通過氫鍵的分子間力使磁響應性粒子懸浮在觸變網絡中。本發明的觸變網絡有效地防止磁響應性粒子在磁流變材料組合物中的沉積。合適的防沉劑的實例包括金屬氧化物粉末，例如沉淀二氧化硅凝膠、煅制或熱解二氧化硅、二氧化硅凝膠，或者至少一種前述金屬氧化物粉末的組合。對于本發明的磁流變液組合物，煅制二氧化硅優選作為防沉劑，并且以3重量％～5重量％的量存在。

本發明的磁流變液組合物的密度為2.2g/ml～2.5g/ml，且在40℃溫度時的粘度為200cP～400cP。在磁強度0.1T的磁場的存在下，所述磁流變液組合物的磁屈服應力為0.1kPa～4kPa。在磁強度0.5T的磁場的存在下，所述磁流變液組合物的磁屈服應力為18kPa～24kPa。在磁強度0.9T的磁場的存在下，所述磁流變液組合物的磁屈服應力為26kPa～40kPa。

本發明的另一方面包括用于支持振動源的車輛基座設備。如圖1大致示出的，該設備包含圍繞和沿著第一軸A延伸并限定外殼室22,24的外殼20。由彈性材料制成的柔性體26，其至少部分設置在由外殼20支撐的外殼室22,24中。柔性體26圍繞和沿著所述第一軸A徑向延伸，用于進行彈性變形從而響應由外部激發引起的振動源相對外殼20的移動。彈性材料制成的隔膜28設置在外殼室22,24中并且與柔性體26軸向地隔開。如大致示出的，分隔組件30設置在外殼室22,24中，其在柔性體26和隔膜28之間延伸，以便將外殼室22,24分為上腔室22和下腔室24。上腔室22在柔性體26和分隔組件30之間延伸。下腔室24在分隔組件30和隔膜28之間延伸。上腔室22和下腔室24的體積通過柔性體26和隔膜28響應于外部激發的變形而改變。分隔組件30限定一個通道，其與第一軸A平行延伸并且與上腔室22和下腔室24流體連通地設置，以便使流體在上腔室22和下腔室24之間流動。

響應于磁場的磁流變液設置在上腔室22和下腔室24中。所述磁流變液包含硅油載液，其以30重量％～32重量％的量存在。所述磁流變液包含分散在所述載液中的鐵的磁響應性粒子，其以64重量％～66重量％存在。所述磁流變液還包含分散在所述載液中的煅制二氧化硅防沉劑，其形成觸變網絡，其中載運網絡使所述磁響應性粒子懸浮在所述觸變網絡中以便防止所述磁響應性粒子沉降。所述煅制二氧化硅以3重量％～5重量％的量存在。所述磁流變液不含對所述觸變網絡和所述磁流變液提供穩定性的任何額外添加劑，防止所述磁流變液與隔膜28和柔性體26反應從而延長所述磁流變液的壽命。

實施例1

為了展示本發明的磁流變液組合物與行業中所用的現有磁流變液(現有技術)之間的差異，進行各種試驗，并且測量和比較磁流變液的特性。試驗過程中所用的本發明的磁流變液組合物由硅油、多個磁響應性鐵粒子和煅制二氧化硅組成。現有技術包含硅油、二氧化硅粘土、多個磁響應性鐵粒子、乙氧基化胺(例如T-15)和丙二醇。

測量和比較本發明的磁流變液組合物和現有技術的屈服應力。通過使磁流變液都經受磁強度為0T～1.1T的磁場而測量屈服應力。圖2顯示了本發明的磁流變液組合物和現有技術的屈服應力的比較。如圖2所示，在磁強度為0.5T～1.1T的磁場下，本發明的磁流變液組合物的屈服應力高于現有技術。

還進行本發明的磁流變液組合物和現有技術的耐久性試驗。具有圖1所示相似結構的車輛基座用于耐久性試驗。以10Hz的頻率操作并以+2mm之間的壓縮/回彈距離致動的車輛基座用于耐久性試驗。對車輛基座施加4A循環電流以產生磁場。進行總計1,000,000次車輛基座的工作循環。在整個1,000,000次工作循環中測量車輛中的壓力生成。圖3顯示了由本發明的磁流變液組合物和現有技術造成的車輛基座中生成的壓力的比較。如圖3所示，在1,000,000次工作循環臨近結束時，使用本發明的磁流變液組合物時的車輛基座中生成的壓力低于現有技術。

在耐久性試驗的過程中還測量使用本發明的磁流變液組合物和現有技術的車輛基座的每次循環的耗散能。具體而言，在試驗開始、50,000次工作循環、250,000次工作循環、500,000次工作循環和1,000,000次工作循環時測量車輛基座的每次循環的耗散能。圖4顯示了使用本發明的磁流變液組合物和現有技術的車輛基座的每次循環的耗散能的比較。如圖4所示，在1,000,000次工作循環臨近結束時，使用本發明的磁流變液組合物時的車輛基座的每次循環的耗散能高于現有技術。

除了測量1,000,000次工作循環中的每次循環的耗散能之外，還分析本發明的磁流變液組合物和現有技術中的多個磁響應性粒子的沉降。具體而言，在100,000次工作循環、200,000次工作循環和300,000次工作循環之后分析磁流變液的沉降。為了分析磁流變液的沉降，將磁流變液設置在容器內，并在14天的期間內觀察透明層分離。觀察結果在下表1中示出。

表1：本發明的磁流變液組合物和現有技術的沉積分析比較

此外，在5,000,000次工作循環的期間內測量使用本發明的磁流變液組合物和現有技術的車輛基座的每次循環的耗散能。具體而言，在試驗開始、1,000,000次工作循環、2,000,000次工作循環、3,000,000次工作循環、4,000,000次工作循環和5,000,000次工作循環時測量車輛基座的每次循環的耗散能。圖5顯示了使用本發明的磁流變液組合物和現有技術的車輛基座的每次循環的耗散能的比較。如圖4所示，在4,000,000次工作循環和5,000,000次工作循環之間，使用本發明的磁流變液組合物時的車輛基座的每次循環的耗散能高于現有技術。

除了測量5,000,000次工作循環中的每次循環的耗散能之外，在5,000,000次工作循環結束時，拆卸車輛基座并對其就流體稠化和堵塞進行分析。在5,000,000次工作循環結束時，現有技術在車輛基座中稠化并展現出分隔組件通道的45％～50％的堵塞。相比之下，在5,000,000次工作循環結束時，本發明的磁流變液組合物展現出在車輛基座中的一些流體稠化以及分隔組件通道的僅10％的堵塞。

實施例2

為了進一步展示本發明的磁流變液組合物與現有技術之間的差異，測量磁流變液對于車輛基座的動態剛度、阻尼控制和阻尼功的影響。與實施例1類似，本實施例所用的磁流變液組合物由硅油、多個磁響應性鐵粒子和煅制二氧化硅組成。現有技術包含硅油、二氧化硅粘土、多個磁響應性鐵粒子、乙氧基化胺(例如T-15)和丙二醇。在本實施例中，使用與實施例1中提及的車輛基座具有相同結構的多個車輛基座。

為了測量車輛基座的阻尼剛度，車輛基座以2Hz、11Hz和17Hz的頻率以及+1mm的壓縮/回彈距離致動。在流體壽命結束時測量阻尼剛度。流體壽命通過由車輛基座進行的預定數量的工作循環定義，例如1個流體壽命＝1,000,000次工作循環。圖6顯示了使用現有技術的車輛基座在2個流體壽命期間的動態剛度測量。如圖6所示，第一個流體壽命和第二個流體壽命之間的車輛基座的動態剛度顯著降低。具體而言，在2個流體壽命期間并以2Hz、11Hz和17Hz的頻率致動時，含有現有技術的車輛基座的動態剛度分別降低53.6％、65.9％和67.4％。這種降低是由于現有技術中磁響應性粒子的沉降造成。圖7顯示了使用本發明的磁流變液組合物的車輛基座在3個流體壽命期間的動態剛度測量。如圖7所示，車輛基座的動態剛度在全部3個流體壽命期間沒有明顯變化。圖8顯示了使用本發明的磁流變液組合物的兩個車輛基座在5個流體壽命期間的動態剛度測量。如圖8所示，即使在5個流體壽命之后，車輛基座的動態剛度也沒有明顯變化。

為了測量車輛基座的阻尼控制，車輛基座以2Hz、11Hz和17Hz的頻率以及+1mm的壓縮/回彈距離致動。在流體壽命結束時測量阻尼控制。圖9顯示了使用現有技術的車輛基座在2個流體壽命期間的阻尼控制測量。如圖9所示，第一個流體壽命和第二個流體壽命之間的車輛基座的阻尼控制顯著降低。具體而言，在2個流體壽命期間并以2Hz、11Hz和17Hz的頻率致動時，含有現有技術的車輛基座的阻尼控制分別降低75.1％、67.3％和69.6％。這種降低是由于現有技術中磁響應性粒子的沉降造成。圖10顯示了使用本發明的磁流變液組合物的車輛基座在3個流體壽命期間的阻尼控制測量。如圖10所示，車輛基座的阻尼控制在全部3個流體壽命期間沒有明顯變化。圖11顯示了使用本發明的磁流變液組合物的兩個車輛基座在5個流體壽命期間的阻尼控制測量。如圖11所示，即使在5個流體壽命之后，車輛基座的阻尼控制也沒有明顯變化。

為了測量車輛基座的阻尼功控制，車輛基座以11Hz的頻率以及+4mm的壓縮/回彈距離致動。在流體壽命結束時測量阻尼剛度。圖12顯示了使用現有技術的四個車輛基座在2個流體壽命期間的阻尼功控制測量。如圖12所示，第一個流體壽命和第二個流體壽命之間的車輛基座的阻尼功控制顯著降低。此現象也是由于現有技術中磁響應性粒子的沉降造成。圖13顯示了使用本發明的磁流變液組合物的具有相同結構的四個車輛基座在3個流體壽命期間的的阻尼功控制測量。如圖13所示，車輛基座的阻尼功控制在全部3個流體壽命期間沒有明顯變化。

顯而易見，在隨附的權利要求書的范圍內，依照以上教導可對本發明進行許多修改和變形，并且可與具體描述不同地實踐這些修改和變形。設備權利要求中使用詞語“所述”是指旨在被包括在權利要求的覆蓋范圍內的肯定陳述的在先物，而詞語“該”在詞語之前不旨在被包括在權利要求書的覆蓋范圍內。另外，權利要求中的參考編號僅出于方便的原因，且不應以任何限制性的方式閱讀。