УДК  53.097/538.956

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ЭЛЕКТРОРЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В СУСПЕНЗИЯХ ПОЛИИМИДОВ

 

APPLICATION POLYIMIDE AS THE DISPERSED PHASE OF ELECTRORHEOLOGICAL SUSPENSION

 

Семенов Н.А., Власов А.Н., Келбышева Е.С., Шафоростова М.С. (ФГБУН Институт прикладной механики РАН, г. Москва, РФ)

Semenov N.A., Vlasov A.N., Kelbysheva E.S., Shaforostova M. S.( FGBUN Institute of applied mechanics of the Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia)

 

В работе показано влияние температуры на реологическое поведение электроуправляемых суспензий. Суспензии были приготовлены из частиц полиимида полученного со полимеризацией диангидрида 3,3,4,4-бензофенонтетракарбоновой кислоты и 4,4-оксидианилина.

In this paper has shown the influence temperature to the rheological properties of the electrosensitive suspension. The suspensions contained particles of polyimides which had been obtained by copolymerization of Benzophenone-3,3′,4,4′-tetracarboxylic dianhydride and 4,4′-Oxydianiline.

 

Ключевые слова: электрореологические среды, стабилизация, температурные эффекты

Key words: electrorheological environment, stabilization, temperature effects

 

Введение

Электрореологический (ЭР) эффект представляет собой резкое и обратимое изменение физико-механических, в частности реологических свойств дисперсий различных материалов в диэлектрической жидкости под действием приложенного внешнего электрического поля [1, 2]. Материалы, проявляющие такие свойства, называют электрореологическими жидкостями и относят к, так называемым, «умным материалам» [3, 4]. Поскольку, указанные трансформации происходят в течение миллисекунд и обратимы, а суспензия изменяет характер своего течения с ньютоновского до вязкопластического, то подобные материалы перспективны с практической точки зрения.  Материалы, проявляющие такие свойства, можно использовать для создания широкого ряда устройств, таких как устройства преобразования механической энергии в тепловую [5, 6],  трансмиссий и устройств плавной передачи крутящего момента [7, 8, 9, 10], механизмов контроля вибрации [11] и гидравлических клапанов [12].

 

Исследование влияния температуры

 

Исследования влияния температуры на электрореологический эффект проводилось при температуре 25, 40, 50, 60 и 70ºС. Испытания проводились при постоянной скорости деформации сдвига 30с-1. Результаты исследований представлены на рис. 1.

Рисунок 1 - Зависимость t/t0 от температуры, где t0 касательные напряжения без приложенного поля

 

Из полученной зависимости t/t0 (рис. 1), где t касательное напряжение в электрическом поле, а t0 касательное напряжение в отсутсвии электрического поля, видно, что приведенные значения для образцов исследуемых в электричеком поле растут с повышением температуры до 40 оС. При дальнейшем повышении етмпературы до 50 оС происходит небольшое снижение значений t/t0, и новый рост до максимльного значения приведенных касательных напряжений при температуре 60 оС, При этой температуре t/t0=12. Две точки перегиба могут объясняться химической стуктурой полиимида, который по сути своей является статистическим блок-сополимером состоящий из чередующихся гомополимерных блоков, различающихся по составу или строению. А блок-сополимеры, как правило [13, 14], сочетают свойства составляющих их блоков.

Для определения влияния свойств дисперсионной среды на температурные эффекты в суспензии было проведено сравнение поведения суспензии в электрическом поле при разных уровнях напряжений при повышении температуры дисперсионной среды. На рис. 2 показана зависимость приведенных касательных напряжений t/t25 от температуры, где t25 - значение измеренных касательных напряжений при температуре 25 oС.

 

Рисунок 2 - Зависимость значений касательных напряжений, полченных в различных напряженностях электрического поля, приведенных к значениям полченным при температуре 25 оС от температуры испытания.

 

Можно отметить, что значение t/t25 для среды и суспензии, измеренной без приложенного поля, практически линейно падает с повышением температуры, так как в данном случае влияние на реологические параметры оказывают только свойства жидкой фазы суспензии. Тогда как в поле t/t25 для суспензии возрастает с ростом температуры.

 

Список использованной литературы

1.      Block H., Kelly J.P., Qin A., Watson T. Materials and mechanisms in electrorheology // Langmuir. 1990. V. 6. P. 6-14.

2.      Hao T. Electrorheological fluids // Adv. Mater. 2001. V. 13. P. 1847-1852.

3.      Frank E. Filisko, Current Developments in Electrorheological Materials In: Mel Schwartz,  Smart Materials, 2008, pt 21, pp 1-6

4.      Sanjay Ramchandra Kumbhar, Subhasis Maji, Bimlesh Kumar Research on Smart Materials for Automotive Applications // Journal of Automobile Engineering and Applications, Vol 1, #1, 2014,

5.      Danilin A.N., Yanovsky Yu.G., Semenov N.A., Shalashilin A.D. Kinematic model of the rheological behavior of non-newtonian fluids in conditions of nonstationary cyclic loading // Composites: Mechanics, Computations, Applications: An International Journal. 2012 C V.3, №3 C pp.331-345

6.      Gavin H. P., Multi-Duct ER Dampers // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2001. V.12. P.353

7.      Bullough W. A., Johnson A. R., Hosseini-Sianaki A., Makin J., The Electro-Rheological Clutch: Design, Performance Characteristics and Operation // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering. 1993. V.207. P. 87.

8.      Chen S. M., Bullough W.A., CFD Study of the Flow in a Radial Electrorheological Fluid Clutch  // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2010. V.21. P.1569.

9.      Choi S.-B., Yook Ji-Y., Choi M.-K., Nguyen Q. H., Lee Y.-S., M.-S. Han, Speed Control of  DC Motor using Electrorheological Brake System // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2007. V.18. P. 1191

10.  Lou, Z., Winkler, C.B., Ervin, R.D., Filisko, F.E., Filisko, F.E., Venhovens,P.J.Th., Johnson,G.E., Electrorheology For Smart Automotive Suspensions //  Final Technical Report

11.  Krivenkov K., Ulrich S., Bruns R., Extending the operation range of electrorheological actuators for vibration control through novel designs  // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. V.23(12). P.1323–1330

12.  Kamelreiter M., Kemmetmüller W., Kugi A. Digitally controlled electrorheological valves and their application in vehicle dampers // Mechatronics, Volume 22, Issue 5, August 2012, Pages 629–638

13.  Geoffrey A.O., Andre C. A., Ludovico C. Nanochemistry. A Chemical Ap-proach to Nanomaterials. 2nd ed. - RSC, 2009. -782 p. ISBN: 978-1-84755-895-4

14.  Noshay A., McGrath J. E., Block Copolymers: Overview and Critical Survey   ISBN: 978-0-12-521750-7

 

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда: код проекта № 14-19-01653