Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов

Представлены результаты исследования реологических свойств дисперсий на основе синтезированных золь—гель-методом наноразмерных частиц диоксида титана, гибридного материала диоксид титана—карбоксиметилцеллюлоза и гидратированного оксида железа в электрическом поле. Определены кривые течения дисперсий...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Коробко, Е.В., Достанко, А.П., Коробко, А.О., Ройзман, В.П., Новикова, З.А., Журавский, Н.А., Глоба, А.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2011
Назва видання:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74607
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов / Е.В. Коробко, А.П. Достанко, А.О. Коробко, В.П. Ройзман, З.А. Новикова, Н.А. Журавский, А.И. Глоба // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 3. — С. 569-581. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-74607
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-746072015-01-22T03:02:52Z Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов Коробко, Е.В. Достанко, А.П. Коробко, А.О. Ройзман, В.П. Новикова, З.А. Журавский, Н.А. Глоба, А.И. Представлены результаты исследования реологических свойств дисперсий на основе синтезированных золь—гель-методом наноразмерных частиц диоксида титана, гибридного материала диоксид титана—карбоксиметилцеллюлоза и гидратированного оксида железа в электрическом поле. Определены кривые течения дисперсий в диапазоне напряжённостей электрического поля до 3 кВ/мм. Выбран оптимальный наполнитель, на основе которого приготовлена высококонцентрированная электрореологическая жидкость для применения в электростатических крепёжных устройствах. Жидкость показала значения удельного фиксирующего усилия крепления поверхности детали около 60 кПа. Представлено результати дослідження реологічних властивостей дисперсій на основі синтезованих золь—ґель-методою нанорозмірних частинок діоксиду титану, гібридного матеріялу діоксид титану—карбоксиметилцелюлоза і гідратованого оксиду заліза в електричному полі. Визначено криві течії дисперсій у діяпазоні напруженостей електричного поля до 3 кВ/мм. Обрано оптимальний наповнювач, на основі якого виготовлено висококонцентровану електрореологічну рідину для застосування в електростатичних кріпильних пристроях. Рідина показала значення питомого фіксувального зусилля кріплення поверхні деталі близько 60 кПа. Results of investigations of rheological properties of dispersions based on the nanosize particles of titanium dioxide, a hybrid titanium dioxide—carboxymethylcellulose material, and hydrated iron oxide synthesized by sol—gel method in the electrical field are presented. Flow curves of the dispersions in a range of the electric field strength up to 3 kV/mm are determined. The optimal filler is chosen and is a base of the high-concentrated electrorheological fluid prepared for using in electrostatic fixing devices. The fluid demonstrates the values about 60 kPa for specific fixing force of fastening of a part surface. 2011 Article Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов / Е.В. Коробко, А.П. Достанко, А.О. Коробко, В.П. Ройзман, З.А. Новикова, Н.А. Журавский, А.И. Глоба // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 3. — С. 569-581. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1816-5230 PACS numbers: 47.61.-k, 62.23.Pq, 81.20.Fw, 82.70.Gg, 83.60.Np, 83.80.Gv, 83.80.Hj http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74607 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Представлены результаты исследования реологических свойств дисперсий на основе синтезированных золь—гель-методом наноразмерных частиц диоксида титана, гибридного материала диоксид титана—карбоксиметилцеллюлоза и гидратированного оксида железа в электрическом поле. Определены кривые течения дисперсий в диапазоне напряжённостей электрического поля до 3 кВ/мм. Выбран оптимальный наполнитель, на основе которого приготовлена высококонцентрированная электрореологическая жидкость для применения в электростатических крепёжных устройствах. Жидкость показала значения удельного фиксирующего усилия крепления поверхности детали около 60 кПа.
format	Article
author	Коробко, Е.В. Достанко, А.П. Коробко, А.О. Ройзман, В.П. Новикова, З.А. Журавский, Н.А. Глоба, А.И.
spellingShingle	Коробко, Е.В. Достанко, А.П. Коробко, А.О. Ройзман, В.П. Новикова, З.А. Журавский, Н.А. Глоба, А.И. Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet	Коробко, Е.В. Достанко, А.П. Коробко, А.О. Ройзман, В.П. Новикова, З.А. Журавский, Н.А. Глоба, А.И.
author_sort	Коробко, Е.В.
title	Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов
title_short	Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов
title_full	Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов
title_fullStr	Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов
title_full_unstemmed	Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов
title_sort	электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate	2011
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/74607
citation_txt	Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов / Е.В. Коробко, А.П. Достанко, А.О. Коробко, В.П. Ройзман, З.А. Новикова, Н.А. Журавский, А.И. Глоба // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2011. — Т. 9, № 3. — С. 569-581. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv	AT korobkoev élektrostrukturiruûŝiesâdispersiinanorazmernyhnapolnitelejdlâsozdaniâadaptivnyhkompozitov AT dostankoap élektrostrukturiruûŝiesâdispersiinanorazmernyhnapolnitelejdlâsozdaniâadaptivnyhkompozitov AT korobkoao élektrostrukturiruûŝiesâdispersiinanorazmernyhnapolnitelejdlâsozdaniâadaptivnyhkompozitov AT rojzmanvp élektrostrukturiruûŝiesâdispersiinanorazmernyhnapolnitelejdlâsozdaniâadaptivnyhkompozitov AT novikovaza élektrostrukturiruûŝiesâdispersiinanorazmernyhnapolnitelejdlâsozdaniâadaptivnyhkompozitov AT žuravskijna élektrostrukturiruûŝiesâdispersiinanorazmernyhnapolnitelejdlâsozdaniâadaptivnyhkompozitov AT globaai élektrostrukturiruûŝiesâdispersiinanorazmernyhnapolnitelejdlâsozdaniâadaptivnyhkompozitov
first_indexed	2025-07-05T23:00:27Z
last_indexed	2025-07-05T23:00:27Z
_version_	1836849748783398912
fulltext	569 PACS numbers:47.61.-k, 62.23.Pq,81.20.Fw,82.70.Gg,83.60.Np,83.80.Gv, 83.80.Hj Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов Е. В. Коробко, А. П. Достанко, А. О. Коробко, В. П. Ройзман, З. А. Новикова, Н. А. Журавский, А. И. Глоба* Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220013 Минск, Беларусь Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, ул. П. Бровки 6, 220013 Минск, Беларусь Хмельницкий национальный университет, Институтская ул., 11, 29000 Хмельницкий, Украина Белорусский государственный технологический университет, ул. Свердлова, 13а, 220006 Минск, Беларусь Представлены результаты исследования реологических свойств дисперсий на основе синтезированных золь—гель-методом наноразмерных частиц диок- сида титана, гибридного материала диоксид титана—карбоксиметилцеллю- лоза и гидратированного оксида железа в электрическом поле. Определены кривые течения дисперсий в диапазоне напряжённостей электрического по- ля до 3 кВ/мм. Выбран оптимальный наполнитель, на основе которого при- готовлена высококонцентрированная электрореологическая жидкость для применения в электростатических крепёжных устройствах. Жидкость пока- зала значения удельного фиксирующего усилия крепления поверхности де- тали около 60 кПа. Представлено результати дослідження реологічних властивостей дисперсій на основі синтезованих золь—ґель-методою нанорозмірних частинок діокси- ду титану, гібридного матеріялу діоксид титану—карбоксиметилцелюлоза і гідратованого оксиду заліза в електричному полі. Визначено криві течії ди- сперсій у діяпазоні напруженостей електричного поля до 3 кВ/мм. Обрано оптимальний наповнювач, на основі якого виготовлено висококонцентро- вану електрореологічну рідину для застосування в електростатичних крі- пильних пристроях. Рідина показала значення питомого фіксувального зу- Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosystems, Nanomaterials, Nanotechnologies 2011, т. 9, № 3, сс. 569—581 © 2011 ІМФ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Фотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 570 Е. В. КОРОБКО, А. П. ДОСТАНКО, А. О. КОРОБКО и др. силля кріплення поверхні деталі близько 60 кПа. Results of investigations of rheological properties of dispersions based on the nanosize particles of titanium dioxide, a hybrid titanium dioxide—carboxy- methylcellulose material, and hydrated iron oxide synthesized by sol—gel method in the electrical field are presented. Flow curves of the dispersions in a range of the electric field strength up to 3 kV/mm are determined. The optimal filler is chosen and is a base of the high-concentrated electrorheological fluid prepared for using in electrostatic fixing devices. The fluid demonstrates the values about 60 kPa for specific fixing force of fastening of a part surface. Ключевые слова: электрореологическая жидкость, золь—гель-синтез, нано- размерный наполнитель, напряжение сдвига, фиксирующее усилие. (Получено 18 ноября 2010 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ Одной из актуальных задач современного производства является разработка и изготовление специальной станочной оснастки, в частности, высокопроизводительных зажимных приспособлений, контактирующих с поверхностью детали. Для этой цели возможно применение электростатических крепежных устройств с использо- ванием электрореологических жидкостей (ЭРЖ). Поскольку удер- живающая сила распределена равномерно по всей поверхности электродов, небольшие изделия можно закрепить независимо от их положения на поверхности зажимного устройства. Фиксирующая способность устройства основана на эффекте структурирования жидкости в электрическом поле. Прочность структуры ЭРЖ зави- сит от прочности контактов частиц друг с другом, их количества и напряженности электрического поля. Поэтому важной задачей яв- ляется создание мелкодисперсных материалов с высокой электро- чувствительностью и сохранение текучести полученных ЭРЖ при высокой концентрации частиц, так как прочность крепления дета- лей к электродам очень резко уменьшается с увеличением толщины слоя ЭРЖ между ними. Во-первых, чем выше напряженность элек- трического поля (т.е. отношение разности потенциалов к величине зазора), тем прочнее крепление. Во-вторых, устойчивость структу- ры ЭРЖ уменьшается с увеличением высоты мостиков. Электрореологическую чувствительность дисперсной фазы ЭРЖ определяют при измерениях напряжения сдвига в электрическом поле малоконцентрированных (10—20 масс.%) дисперсий частиц в диэлектрической жидкости. Появление в последнее время возмож- ности синтезировать частицы дисперсной фазы с заданными физи- ко-химическими характеристиками позволяет целенаправленно, научно обоснованно создавать эффективные ЭРЖ. СТРУКТУРИРУЮЩИЕСЯ ДИСПЕРСИИ НАНОРАЗМЕРНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ 571 В данной работе представлены результаты исследования струк- турирования в электрическом поле дисперсий на основе синтезиро- ванных наноразмерных частиц диоксида титана (TiO2), гибридного материала диоксид титана/карбоксиметилцеллюлоза (TiO2/КМЦ) и гидратированного оксида железа. 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 2.1. Материалы Синтез порошков выполняли золь—гель-методом [1], который ис- пользуется для синтеза монодисперсных оксидов металлов путем гидролиза соответствующих алкоксидов общей формулы Ме(OR)n, где R – алкоксидный радикал. TiO2 и TiO2/КМЦ синтезировали по методике, представленной в работе [2]. При синтезе использовали изопропоксид титана (IV) (98%) фирмы ACROS ORGANICS (плотность образца 0,950 г/см 3), изопропиловый спирт марки «х.ч.» с содержанием воды 0,2 вес.%, диэтиламин (катализатор гидролиза) марки «ч.», карбоксиметил- целлюлозу и дистиллированную воду. Синтез выполняли в герме- тичной колбе объемом 250 мл, снабженной мешалкой и капельной воронкой. В колбу помещали гидролизующую смесь, которая со- стояла из изопропилового спирта (48 мл) и воды (1,77 мл). При не- прерывном перемешивании в колбу по каплям вводили изопропок- сид титана (13,35 мл). Полученную смесь гомогенизировали в тече- ние 30 мин. При введении изопропоксида титана наблюдалось по- мутнение раствора. Затем небольшими порциями добавляли спир- товой раствор диэтиламина (на 41 мл спирта 1,35 мл диэтиламина). Раствор непрерывно перемешивали в течение 20 ч для завершения гидролиза при температуре 20°С. Полученный золь центрифугиро- вали в течение 10 мин, надосадочную жидкость отделяли и опреде- ляли ее pH (значение pH было близко к 10). Осадок сушили в су- шильном шкафу при температуре 60°С до постоянного веса. При синтезе композитов диоксид титана/КМЦ в гидролизующую смесь добавляли раствор КМЦ в изопропаноле, который готовили путем растирания в ступке КМЦ в небольшом количестве спирта. Количе- ство вводимой КМЦ составляло 0,38 г, 0,46 г и 0,53 г. После добав- ления в гидролизующую смесь 12,46 мл изопропоксида титана при перемешивании малыми порциями вводили спиртовой раствор ди- этиламина (на 19,77 мл спирта 1,53 мл диэтиламина). После пере- мешивания в течение 20 ч реакционная смесь представляла собой густую массу (значение pH близко к 10), которую сушили при 60°С до постоянного веса. Образцы гидратированного оксида железа получали методом ге- терогенного осаждения путем одновременного сливания при интен- 572 Е. В. КОРОБКО, А. П. ДОСТАНКО, А. О. КОРОБКО и др. сивном перемешивании 1,0 М водного раствора FeCl3 и щелочных реагентов при значениях рН равных 12,0 и 9,0. В качестве щелоч- ных реагентов использовали 1,0 М раствор NaOH и водный 25,5 масс.% раствор NH3, температура осаждения – 21±2°С. Степень перехода свежеосажденного осадка ферригеля из аморфного состо- яния в кристаллическое определяется условиями выполнения ста- дии старения. После осаждения половину осадка (образцы Fe-1 и Fe-3) вместе с жидкой фазой подвергали старению. Оставшуюся часть осадка (образцы Fe-2 и Fe-4) отмывали водой методом декан- тации и сушили при температуре 80°С, а затем помещали в маточ- ный раствор для старения. Старение всех осадков выполняли при температуре 80°С в течение 48 ч. После старения осадки промывали на вакуум-фильтре, контролируя рН промывной воды, а затем су- шили при температуре 70°С. По результатам выполненного рентгеноструктурного анализа полученные образцы TiO2 и гибридного материала TiO2/КМЦ аморфные. Рентгенограммы образцов Fe-1 и Fe-2 соответствуют из- вестным данным для фазы α-FeO(OH) (гетит), а образцов Fe-3 и Fe-4 для фазы α-Fe2O3 (гематит), причем у образца Fe-3 имеется более выраженная кристаллическая структура. Электронная микроскопия полученных образцов показала, что все порошки имеют полидисперсный состав. Частицы немодифи- цированного TiO2 представляют собой слипшиеся чешуйки разме- ром от 300 до 700 нм. В порошках гибридного TiO2/КМЦ присут- ствуют как небольшие агломераты таких слипшихся чешуек, так и гораздо более крупные с гладкой поверхностью. С увеличением ко- личества вводимой КМЦ сращивание исходных частиц TiO2 усили- вается, поверхность агломератов становится более гладкой. Формы и размеры частиц гидратированных оксидов железа зависят от условий их получения. Так, образец Fe-1 содержит аморфные ча- стицы сферической формы размером 1—3 μм и их агломераты, раз- мер которых составляет 10—15 μм, что свидетельствует о способно- сти первичных частиц к агломерации. Частицы образца Fe-2 отли- чаются изометрической формой кристаллического строения, при- чем преобладающей является фракция 15—20 μм. Можно отметить, что частицы образца Fe-3 по дисперсному составу близки к образцу Fe-1, но более окристаллизованы, что объясняется различием в фа- зовом составе образцов. ИК-спектры всех синтезированных образцов TiO2, TiO2/КМЦ и КМЦ сходны, поскольку и TiO2, и КМЦ содержат функциональные гидроксильные группы и адсорбированную воду. Различия прояв- ляются в форме пиков в области 1800—900 см −1. Появление в ИК- спектре продуктов гидролиза ряда пиков при волновых числах ме- нее 1000 см −1 связано с вкладами групп CH и CH2 полимера. Форма спектров закономерно изменяется при переходе от диоксида титана СТРУКТУРИРУЮЩИЕСЯ ДИСПЕРСИИ НАНОРАЗМЕРНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ 573 к гибридным материалам и далее к КМЦ. Чистый диоксид титана характеризуется широкой полосой при волновых числах 3500— 3000 см −1, связанной с вкладом OH-групп, а также широким пиком при 2500—1600 см −1. При введении КМЦ наблюдается уширение по- лосы до 3500—2800 см −1, пик при 2150—1630 см −1 становится уже и появляется большое число пиков при волновых числах 1700—1000 см −1. При максимальном содержании КМЦ спектр гибридного ма- териала близок к спектру чистой КМЦ. ИК-спектры образцов гидратированных оксидов железа характе- ризуются присутствием полос поглощения, относящимся к валент- ным и деформационным колебаниям ОН-групп и молекул воды. ИК- спектры образцов Fe-2 и Fe-4 характеризуются наличием более ши- роких пиков с максимумами 1620—1630 см −1, чем спектры образцов Fe-1 и Fe-3, у которых данные пики смещены в области более высо- ких частот 1655 и 1637 см −1. Сравнение ИК-спектров образцов пока- зывает, что они существенно отличаются как в области валентных, так и деформационных колебаний OH-групп и молекул H2O. Так, на ИК-спектре образца Fe-1 в области валентных колебаний OH-групп наблюдается интенсивная полоса с максимумом 3140 см −1, в дефор- мационной области – полосы при 1655 см −1 и слабо выраженные при 1407 и 1420 см −1. В то же время образец, полученный старением осадка, предварительно отмытого и высушенного, характеризуется ИК-спектром со слабо разрешенными полосами в области 1000—400 см −1 и с наличием полос при 3400, 3160, 1630 и 1477 см −1. Такое от- личие в спектрах может быть связано с более низкой окристаллизо- ванностью образца Fe-2 по сравнению с Fe-1. Образцы Fe-3 и Fe-4, со- держащие кристаллическую фазу гематит, имеют близкие ИК- спектры, которые характеризуются полосами колебаний в области 3400 или 3420 см −1, 1620 или 1637 см −1, 1490 или 1462 см −1. Наличие в ИК-спектрах полос в области деформационных колебаний при 1630, 1620, 1637 см −1 указывает на присутствие в составе образцов молекул H2O, которые могут иметь водородные связи с OH- группами, координированными ионом железа. Такие молекулы H2O в составе наполнителей ЭРЖ могут играть роль активаторов и обу- славливать электрореологический эффект жидкости. Выполненный термический анализ порошков TiO2 и гибридного материала TiO2/КМЦ показывает два экзотермических пика. Пер- вый пик в интервале температур 91—109°С относится к удалению адсорбированной воды. Второй пик в интервале 489—546°С связан с кристаллизацией рентгеноаморфной фазы TiO2. Для гибридных ма- териалов TiO2/КМЦ уменьшение массы в интервале 200—500°С свя- зано с выгоранием КМЦ. Известно, что активатором электрореологического эффекта гид- ратированных оксидов является неструктурная вода, находящаяся в межслоевом пространстве в виде молекул Н2О, связанных с ОН- 574 Е. В. КОРОБКО, А. П. ДОСТАНКО, А. О. КОРОБКО и др. группами водородной связью и образующих мономолекулярный слой на поверхности частиц. Анализ результатов термической де- гидратации образцов гидратированного оксида железа показывает, что основная часть воды для всех образцов теряется до температуры 200°С, однако дегидратация наблюдается вплоть до 400°С, т.е. до полного перехода образцов в оксиды железа (III). Образцы Fe-1 и Fe- 2 содержат на 5—6% больше воды, чем образцы Fe-3 и Fe-4, что объ- ясняется условиями получения и химическим составом образцов. При термообработке в интервале температур 100—200°С происходит интенсивное удаление неструктурной воды. При этом наибольшее количество удаляется в образцах Fe-1 и Fe-2. Это может свидетель- ствовать о наличии в составе образцов либо гидратированных со- единений, либо межслоевой воды, входящей в структуру гетита. Неструктурная вода, удаляемая в интервале температур 100— 200°С, имеет достаточно прочную связь. Характеристики получен- ных наполнителей представлены в табл. 2.2. Реологические свойства Для оценки электрореологической чувствительности полученных материалов приготовлены дисперсии с 20 масс.% наполнителя в трансформаторном масле, и определены их кривые течения (зави- симость напряжения сдвига τ от скорости сдвига γ ) без воздействия электрическим полем и при воздействии электрическим полем раз- личной напряженности при Т = 20°С. Измерения выполнены на ротационном вискозиметре «Rheotest 2.1» с использованием ячейки, модифицированной для подключе- ния высоковольтного электрического поля в диапазоне скоростей сдвига 0,6—280 с −1. ЭР-чувствительность оценивалась по величине относительного напряжения сдвига τE/τE = 0, где τE – напряжение сдвига в электрическом поле напряженностью Е, τE = 0 – напряже- ние сдвига без воздействия электрического поля. На рисунках 1, 2 представлены зависимости относительного напряжения сдвига τ и плотности тока дисперсий, содержащих ок- сид титана и гибридный материал TiO2/КМЦ с различным содер- жанием КМЦ и гидратированные оксиды железа от напряженности электрического поля при γ = 17,24 с −1. Дисперсии TiO2 и TiO2/КМЦ проявляют высокую ЭР-чувствитель- ность, но величина плотности тока образцов немодифицированного TiO2 и TiO2/КМЦ с содержанием КМЦ 45,9 масс.% не позволяет уве- личивать напряженность электрического поля более 2 кВ/мм. Опти- мальное содержание КМЦ в гибридном материале снижает плотность тока, что позволяет увеличить напряженность электрического поля до 3 кВ/мм и достичь увеличения τЕ = 3 кВ/мм/τЕ = 0 ≈ 70. Т А Б Л И Ц А . У с л о в и я п о л у ч е н и я и р е з у л ь т а т ы и с с л е д о в а н и я г и д р а т и р о в а н н ы х о к с и д о в ж е л е з а . Номер образца С т а д и я о с а ж д е н и я С т а д и я с т а р е н и я С о д е р ж а н и е , м а с .% Фаза, идентифицированная рентгенографически Способ осаждения Соль железа, концентрация Осадитель, концентрация рН Температура, °С Условия Температура, °С Продолжительность, ч Fe2O3 H2O F e -1 Гетерогенный непрерывный F e C l 3 1 м о л ь / л N a O H 1 м о л ь / л 1 2 ,0 2 0 С в е ж е о с а ж д е н н ы й о с а д о к в м а т о ч н о м р а с т в о р е , р Н с у с п е н з и и 1 2 ,0 8 0 4 8 8 7 ,5 1 2 ,5 α- F e O (O H ) г е т и т F e -2 * F e C l 3 1 м о л ь / л N a O H 1 м о л ь / л 1 2 ,0 2 0 О с а д о к п о с л е п р о к а л к и и с у ш к и , р Н с у с п е н з и и 1 1 ,7 8 0 4 8 8 8 ,0 1 2 ,0 α- F e O (O H ) г е т и т F e -3 F e C l 3 1 м о л ь / л N H 4 O H 2 5 м а с .% 9 ,5 2 0 С в е ж е о с а ж д е н н ы й о с а д о к в м а т о ч н о м р а с т в о р е , р Н с у с п е н з и и 9 ,5 8 0 4 8 9 2 ,8 6 ,2 α- F e 2 O 3 г е м а т и т F e -4 * F e C l 3 1 м о л ь / л N H 4 O H 2 5 м а с .% 9 ,5 2 0 О с а д о к п о с л е п р о к а л к и и с у ш к и , р Н с у с п е н з и и 9 ,3 8 0 4 8 8 0 ,9 8 ,1 α- F e 2 O 3 г е м а т и т П р и м е ч а н и е : П е р е д с т а д и е й с т а р е н и я м а т о ч н ы й р а с т в о р о т д е л я л и о т о с а д к а , о с а д о к п р о м ы в а л и , с у ш и л и п р и т е м п е р а т у р е 8 0 °С , а з а т е м п о д в е р г а л и с т а р е н и ю в м а т о ч н о м р а с т в о р е . * * С о д е р ж а н и е в о д ы п о с л е с у ш к и п р и 1 0 0 °С . СТРУКТУРИРУЮЩИЕСЯ ДИСПЕРСИИ НАНОРАЗМЕРНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ 575 576 Е. В. КОРОБКО, А. П. ДОСТАНКО, А. О. КОРОБКО и др. Среди гидратированных оксидов железа образец Fe-4 проявляет наивысшую ЭР-чувствительность (τЕ = 3 кВ/мм/τЕ = 0 ≈ 50), при этом вели- чина плотности тока оптимальная, достаточная для проявления ЭР- эффекта и в то же время позволяет использовать напряженность элек- трического поля до Е = 4 кВ/мм. а б Рис. 2. Зависимость относительного напряжения сдвига (а) и плотности тока (б) ЭР-дисперсий на основе гидратированных оксидов железа от напряженности электрического поля при γ = 17,24 с −1: 1 – Fe-1, 2 – Fe-2, 3 – Fe-3, 4 – Fe-4. а б Рис. 1. Зависимость относительного напряжения сдвига (а) и плотности тока (б) ЭР-дисперсий, содержащих оксид титана и гибридный материал TiO2/КМЦ с различным содержанием КМЦ от напряженности электриче- ского поля при γ = 17,24 с −1: 1 – TiO2, 2 – TiO2/КМЦ с 45,9 масс.% КМЦ, 3 – TiO2/КМЦ с 14,8 масс.%КМЦ, 4 – TiO2/КМЦ с 37,5масс.% КМЦ. СТРУКТУРИРУЮЩИЕСЯ ДИСПЕРСИИ НАНОРАЗМЕРНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ 577 Учитывая трудоемкость процесса синтеза гибридного материала TiO2/КМЦ и высокую стоимость исходных титаносодержащих реа- гентов, при использовании в качестве дисперсной фазы фиксирующих ЭРЖ предпочтение отдано образцу гидратированного оксида железа Fe-4. С этой целью приготовлена высококонцентрированная ЭРЖ, со- держащая 60 масс.% гидратированного оксида железа Fe −4 в транс- форматорном масле с добавлением поверхностно-активных веществ. Статический предел текучести τ0 полученной ЭРЖ определен на при- боре Physica MCR 301 фирмы Anton Paar (рис. 3). τ0 является характе- ристикой жидкости, определяющей ее фиксирующую способность. ЭРЖ дает увеличение статического предела текучести почти в 200 раз в электрическом поле Е = 3 кВ/мм. Далее эта жидкость испытана на предмет использования в качестве рабочей жидкости электростатических крепежных устройств. Креп- ление детали к электроду через слой ЭРЖ в крепежных устройствах может осуществляться по двум схемам, которые показаны на рис. 4. В случае проводящих деталей схема содержит электрод 1, закреплен- ный в непроводящем основании 2, на который подается высоковольт- ный потенциал (ВП) источника напряжения, слой ЭРЖ 3 и деталь 4, соединенную с другим полюсом источника напряжения (схема I). Для крепления деталей из диэлектрического материала используется схема II. Площадь крепления состоит из чередующихся электродов 1, соединенных с разными полюсами источника напряжения и закреп- ленных в непроводящем основании 2. Эта схема может быть приме- нена для крепления металлических деталей, если их поверхность или поверхность электродов защищается специальным покрытием. Де- таль 4 размещается на слое ЭРЖ 3, разность потенциалов создается Рис. 3. Зависимость статического предела текучести τ0 ЭРЖ, содержащей 60 масс.% гидратированного оксида железа Fe-4, от напряженности элек- трического поля. 578 между со проводящ по схеме верхност лучения ходимо о ЭРЖ в э ЭРЖ с по Прочн прилож схема ус На пове ЭРЖ, и При креп ется. Пр 0,04 мм/ датчико котором площадь кПа). Кр схеме II Рис Рис. 5 Е. В. КОРО оседними э щая цепь и е II – от одн ти детали и достаточн обратить в электричес оверхностя ность креп ения сдви становки дл ерхность э по этому плении про ривод 3 (ри /с) каретке м 5 и фикс деталь сд ь детали и р репление д . I . 4. Схемы 5. Схема ус ОБКО, А. П. электродам идет по мост ного электр и снова по но прочного внимание и ском поле, ями электр пления дет гающей си ля определ лектродов слою детал оводящих ис. 5) перед е 4. Величи сируется са двигается рассчитыв диэлектрич крепления становки дл ДОСТАНКО, ми. В случа тикам из ч рода по мос мостикам о сцеплени и на механ , и на усл родов и дета тали к эле илы к дета ления вели в 1 наноси ль 2 плотн материало дает поступ ина фикси амописцем с электрод вается удел ческих ма детали к эл ля определе , А. О. КОРО ае креплен частиц от эл стикам из ч к другому ия детали с нические с ловия взаи али. ектродам п али. На ри ичины фик ится тонки но притира ов по схеме пательное д ирующего у м 6. Опреде да, его зн льное фикс атериалов лектроду че ния фиксир БКО и др. ния по схем лектрода к частиц, зат электроду с электрода свойства ст модействи проверяетс исунке 5 пр сирующего ий сплошн ается к эле е I деталь движение ( усилия изм ляется уси ачение дел сирующее у осуществл II ерез слой Э рующего ус ме I токо- детали, а тем по по- у. Для по- ами необ- труктуры ия частиц ся путем риведена о усилия. ной слой ектродам. заземля- (скорость меряется илие, при лится на усилие (в ляется по ЭРЖ. силия. СТРУКТУР На ри на едини электрич ческого так как но до 15 толщине сопротив Завис щади ди Рис. 6. З алюмини диэлектр Рис. 7. За тали из а тия, 2 – РИРУЮЩИЕ исунке 6 п ицу площа ческого на слоя окси при подач 500 В фик е диэлектр вление и ф имость вел иэлектриче Зависимост иевой детали рического по ависимость асбоцемента с лаковым п ЕСЯ ДИСПЕР редставлен ади (1 см 2) апряжения да алюмин че напряже ксирующи рического фиксирующ личины фи еской детал ь удельног и от напряж окрытия эле удельного а от напряж покрытием. РСИИ НАНОР на зависим алюминие я (схема I, ния 35 μм ения выше ие усилия слоя 75 μ щее усилие иксирующ ли из асбоц го фиксиру жения элек ектрода 35 μ фиксирующ жения элект . РАЗМЕРНЫХ мость фикс евой детали рис. 4). То оказывает е 1500 В п достигают μм велико значитель щего усили цемента бе ующего уси ктрического μм, 2 – 50 μ щего усили рического п Х НАПОЛНИТ сирующего и от прило олщина ди тся недост происходит т максиму его электр ьно снижае ия на един ез покрыти илия при к о поля: 1 – μм, 3 – 75 μ я при креп поля: 1 – б ТЕЛЕЙ 579 о усилия оженного иэлектри- таточной, т пробой, ума. При рическое ется. ницу пло- ия и с ла- креплении – толщина μм. плении де- без покры- 580 ковым п напряже электрич Испыт ность по слой ЭРЖ На ри рующего асбоцеме сти фикс на деталь ние жид поля при напряже ходит « мальног сти дета значени Рис. 8. Гр а – U = 1 Е. В. КОРО покрытием ения (схем ческого заз тания пок оверхносте Ж должен б сунке 8 из о усилия в ента с лако сирующего ь характер кости; III – иводит к у ениях (U > хрупкий с о состава Э али, отраб я удельног рафическая 1500 В, б – 2 ОБКО, А. П. м от вели ма II, рис. 4 зора 2 мм) казали, что ей детали быть не тол зображена о времени, овым покр о усилия от рны три уча – срыв дет увеличению > 2500 В) в скол» ЭРЖ ЭРЖ, спос отка мето го фиксиру запись изм 2500 В, в– ДОСТАНКО, ичины пр 4, ширина приведена о очень ва и электро лще 50 μм. графическ , характер рытием (сх т времени в астка: I – ж тали. Рост ю фиксиру возможно Ж с детали соба обрабо одики креп ующего ус менения фик – 3000 В. , А. О. КОРО иложенног а электрода а на рис. 7. ажно обес одов, ровн кая запись ная для кр ема II, рис воздействия жесткое кр напряжен ующего уси снижение и или элект отки элект пления по илия креп ксирующего БКО и др. го электр а 2 мм, ши печить па ный (без р изменени репления д с. 4). Для з я сдвигающ репление; I ния электр илия, при усилия – трода. Выб тродов и п озволяют п ления пове о усилия во рического ирина ди- араллель- разрывов) ия фикси- детали из зависимо- щей силы II – тече- рического высоких – проис- бор опти- поверхно- получить ерхности о времени: СТРУКТУРИРУЮЩИЕСЯ ДИСПЕРСИИ НАНОРАЗМЕРНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ 581 детали около 60 кПа, что значительно выше результатов, представ- ленных в работе [3]. 3. ВЫВОДЫ Таким образом, реологические исследования дисперсий на основе синтезированных наноразмерных частиц диоксида титана TiO2, ги- бридного материала диоксид титана/карбоксиметилцеллюлоза TiO2/КМЦ и гидратированного оксида железа показали, что среди титаносодержащих жидкостей наилучший электрореологический эффект показывают ЭРЖ с оптимальной концентрацией КМЦ. Сре- ди жидкостей с дисперсной фазой на основе гидратированного окси- да железа большее увеличение напряжений сдвига проявляет обра- зец, содержащий кристаллическую гематитную фазу. Высококон- центрированная ЭРЖ на основе данного образца показала значения удельного фиксирующего усилия крепления поверхности детали около 60 кПа, что позволяет использовать ее в качестве рабочей жидкости электростатических крепежных устройств. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. В. П. Чалый, Гидроокиси металлов (Киев: Наукова думка: 1972). 2. А. С. Краев, А. В. Агафонов, О. И. Давыдова, Т. А. Нефедова, Т. А. Тру- сова, А. Г. Захаров, Коллоидный журнал, 69, № 5: 661 (2007). 3. H. Tanaka, Y. Kakinuma, T. Aoyama, and H. Anzai, Journal of Physics: Conference Series, 149: 012029 (2009).

Электроструктурирующиеся дисперсии наноразмерных наполнителей для создания адаптивных композитов

Репозитарії

Схожі ресурси