Реология и механика электроуправляемых наносуспензий на основе полиимидов

• Автор: Семенов, Николай Александрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Электрореологические среды и материалы

1.2 Электрореологические эффекты

1.3 Возможные приложения электрореологических материалов в конкретных технических устройствах

1.4 Полиимиды - перспективная дисперсная фаза электрореологических суспензий

1.5 Обоснования выбора химического состава полиимидов для дисперсной фазы

электрореологической среды

Глава 2. Экспериментальная часть

2.1 Краткое описание методологии синтеза полиимидов
2.2 Выбор образцов ЭРС на основе наноразмерных частиц полиимидов с оптимальным электрореологическим эффектом
2.3 Анализ физико-химических характеристик синтезированных частиц полиимидов
2.4 Технология подготовки объектов для электрореологических исследований
2.5 Методика исследований реологических свойств ЭР суспензий на
реоспектрометре с электрореологическими свойствами
Глава 3. Экспериментальные результаты и их обсуждение
3.1 Электрореологические исследования в режиме установившегося сдвигового деформирования
3.2 Электрореологические эксперименты при малоамплитудном периодическом сдвиговом деформировании (динамические испытания)

3.3 Сравнительные оценки электрореологических свойств ЭРС на основе наноразмерной и микроразмерной дисперсных фаз
3.4 Анализ структуры ЭР суспензии сформированной под действием электрического ПОЛЯ
3.5 Электрореологические свойства при различных температурах
Глава 4. Кинематическая модель электрореологического поведения ЭРС
4.1 Кинематический подход к описанию электрореологиических свойств ЭРС .
4.2 Моделирование поведения ЭРС при циклическом нестационарном
нагружении
Заключение
Список литературы

Введение
Электрореологические суспензии (ЭРС) относятся к числу, так называемых, «умных материалов», реологические и механические свойства которых (вязкость, предел текучести, модуль сдвига, и др.) могут резко изменяться под воздействием прикладываемого внешнего электрического поля [1, 2, 3, 4]. Поскольку указанные трансформации происходят в течение миллисекунд и обратимы, а среда при наложении электрического поля, от маловязкой и жидкотекучей субстанции способна проявлять свойства вязкопластичного объекта, подобные материалы перспективны с практической точки зрения. ЭР суспензии могут использоваться в качестве рабочих тел в электрически управляемых механических передаточных устройствах - демпферы с электрическим контролем, электромагнитные муфты, различные устройства виброзащиты и др. Они широко востребованы в космической технике, биомеханике, биомедицине и т.д. [5, 6]. Практический интерес к ЭР суспензиям определил и появление ряда теоретических [7, 8, 9, 10] и экспериментальных [11, 12, 13, 14] исследований.
Изменение реологических свойств ЭР суспензий зависит от состава суспензии. Подобные объекты могут представлять собой коллоидные системы и дисперсии, состоящие из неполярной или слабо полярной дисперсионной среды с низкой диэлектрической проницаемостью и твердой дисперсной фазой с достаточно высокой диэлектрической проницаемостью. Дисперсионными средами могут служить слабо полярные органические жидкости. В качестве дисперсной фазы на практике широко применяются, в первую очередь, различные модификации кремнезема - силикагель, аэросил, а также оксиды: титана, бария, стронция, крахмал, целлюлоза, алюмосиликаты и др. Однако ЭР суспензии на основе вышеперечисленных традиционных твердых фаз имеют ряд

открывают хорошие перспективы для регулирования электрореологических свойств дисперсных систем на их основе.
Микроструктура и микроскопические механические характеристики ЭР жидкостей под действием электрического поля на теоретическом этапе изучили в рамках прямого вычислительного квантового механического компьютерного моделирования, это позволило исследовать сдвиговую деформацию суспензии в электрических полях различной напряженности, учитывая при этом химическую атомно-молекулярную структуру природу ЭР среды. При этом использовалось кластерное приближение[100], в котором нанодисперсные частицы ЭР жидкости моделировались наноразмерными кластерами в явном (молекулярном) виде, а среда моделировалась в континуальном приближении.
Введение электрических полей в квантово механический расчет был выполнен в рамках пакета программ ЖЖО/зр-эрс! [101], и для каждой модели, полученной при оптимизации в электрическом поле, рассчитывалась наноскопическая координата сдвиговой деформации, изменение которой позволяло описать требуемую последовательность деформационных состояний модельного фрагмента ЭР суспензии.
Как уже упоминали выше, в настоящей работе была использована континуальная модель вязкой среды, в которую помещены частицы твердой фазы. Последние рассматривались в явном (молекулярном) виде. В рамках подобной модели представлялось возможным рассматривать вязкую среду с переменной диэлектрической проницаемостью, что важно для задач в настоящей работе. Расчеты проводились для высокой, умеренно низкой и низкой диэлектрических проницаемостей вязкой фазы (этанол: е=24.55, дихлорэтан: е=10.36, и диэтиловый эфир: е=4.35). В рамках настоящей работы было также показано, что использование модифицированных полиимидов в качестве дисперсной фазы ЭР суспензий может привести к повышению седиментационной стойкости композиции за счет существенно меньшей плотности материала (1,1-1,2 г/см3) по сравнению с дисперсными фазами неорганической природы и снижения агрегирования частиц. При этом