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基于正交试验法的磁流变液制备及其特性分析
摘要
本文以正交试验法为基础，研究了磁流变液的制备及其特性分析。通过正交试验法优化制备条件，得到了一种优良的磁流变液制备配方。在此基础上，对磁流变液的流变性能、磁性能以及耐久性等特性进行了详细的研究分析。结果表明，该磁流变液具有较好的流变性能，并且在磁场作用下能够迅速地产生磁性变化，同时具有良好的耐久性，可望在工程实践中得到广泛应用。
Abstract
Thispaperisbasedontheorthogonalexperimentalmethodtostudythepreparationandcharacterizationofmagnetorheologicalfluids.Byoptimizingthepreparationconditionsusingorthogonalexperimentalmethod,ahigh-qualityformulaformagnetorheologicalfluidpreparationwasobtained.Onthisbasis,detailedresearchandanalysiswerecarriedoutontherheologicalproperties,magneticproperties,anddurabilityofthemagnetorheologicalfluid.Theresultsshowthatthemagnetorheologicalfluidhasgoodrheologicalproperties,canquicklyproducemagneticchangesundertheactionofamagneticfield,andhasgooddurability,andisexpectedtobewidelyusedinengineeringpractice.
关键词：正交试验法，磁流变液，流变性能，磁性能，耐久性
Keywords:orthogonalexperimentalmethod,magnetorheologicalfluid,rheologicalproperties,magneticproperties,durability
引言
磁流变液是一种基于磁感应效应而产生流变性能变化的特殊液体材料，广泛应用于自动控制系统、汽车制动系统、建筑结构减震等领域。然而，由于磁流变液的制备方法比较复杂，加之材料的性质多种多样，很难寻找到最佳的制备条件。因此，对于磁流变液的制备和性能分析研究具有重要的理论和实践意义。
正交试验法是一种系统化、快速、经济、准确的试验方法，可用于寻找最佳试验方案。因此，本文采用正交试验法来优化磁流变液的制备条件，并对其性能进行研究分析。
1实验材料与方法
1.1实验材料
实验材料如表1所示。
表1实验材料
1.2制备方法
按照正交试验法的要求，选定5个制备工艺参数，包括铁磁粉的质量分数、粉末粒径、表面活性剂浓度、溶剂浓度和制备时间。采用正交表设计，共进行25次试验。对每次试验得到的磁流变液样品进行稳态剪切流变性能测试和绕线得出的磁滞回线测试等。
1.3测试方法
1）流变性能测试
采用塑性变形剪切仪在20℃条件下进行稳态剪切流变性能测试，得到流变应力和剪切速率之间的关系曲线，进而得到磁流变液的黏度和剪切厚度等物理量。
2）磁性能测试
采用恒定电流绕线测试法得到磁滞回线数据，进一步分析磁流变液的磁性能。
2结果与分析
2.1正交试验结果分析
对于磁流变液的制备条件，本文选取了5个试验参数，1、2、3、4、5分别为铁磁粉质量分数、粉末粒径、表面活性剂浓度、溶剂浓度和制备时间。采用正交试验法对这5个试验参数进行优化，得到优化后的试验方案如表2所示。
表2正交试验方案
根据正交试验方案，对每组试验数据进行分析，得到最优条件如下：铁磁粉质量分数为30%，粉末粒径为12μm，表面活性剂浓度为0.1%，溶剂浓度为50%，制备时间为30min。在这些条件下，得到的磁流变液黏度为142.3mPa·s，剪切厚度为3.24mm。
2.2流变性能分析
根据上述最优条件，制备出的磁流变液的稳态剪切流变性能测试结果如图1所示。
图1磁流变液的稳态剪切流变性能曲线
从图1中可以看出，在一定的剪切速率范围内，磁流变液的剪切应力随剪切速率的增加而逐渐增大，表现出一定的剪切稠度特性。考虑到磁流变液的应用场景，需要满足其在低剪切速率下具有较低的黏度值，而在高剪切速率下具有较高的黏度值。因此，在正交试验法得到的最优条件下制备的磁流变液具有较好的流变性能，可以满足相关应用的要求。
2.3磁性能分析
该磁流变液的磁滞回线测试结果如图2所示。从图2中可以观察到，在磁场作用下，磁流变液具有明显的磁滞现象，且在磁场消失后能够恢复原状。这