天然橡胶基磁流变弹性体硫化体系研究制备MRE(2)
聚合物基体、磁性粒子和添加剂共同构成了MRE，添加剂包括：交联补强剂，防老剂，促进剂和增塑剂等。MRE的基体有很多种，包括天然橡胶和合成橡胶，其中硅橡胶为最常见的MRE基体。可使用的磁性颗粒包括：羰基铁粉，氧化铁，纳米镍粉、钴粉以及复合粒子。
国内外制备的MRE大都选择树脂、硅橡胶等软性材料作为基体，制得的MRE制品的力学性能较差，不能再在高强度环境下使用。近年来，也有许多研究者选择力学性能较好的天然橡胶作为基体，制得的MRE制品的磁流变效应(MR effect)较低。因而，该领域的目前研究方向是制备兼具优异的机械性能与较高的磁流变效应的MRE。
1.1 磁流变弹性体概述
1.1.1 磁流变弹性体简介
自1948年磁流变效应被发现以来[4]，磁流变材料被广泛研究。早期的磁流变材料为磁流变液(Magnetorheological fluids, MRFs)，相比电流变液，MRFs具有以下优势：模量变化范围大，低能耗，无需高压的工作环境[5]]。用高聚物弹性体代替MRFs的水基或油基的液态基体即可得到MRE，它克服了MRFs稳定性差、易沉降、颗粒磨损等缺点[6]。近年来，MRE逐渐成为磁流变材料研究的热点。
MRE通常由高聚物弹性体与微米级的铁磁性粒子构成。固态基体固定了磁性颗粒，使其移动和沉降受阻，从而避免了MRFs中磁性颗粒凝聚问题。MRE基体有硅橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶和聚氨酯MRE等。磁性颗粒有：羰基铁粉，铁的氧化物，钴及其氧化物，纳米粒子等，羰基铁粉使用较多，其他的粒子也能获得较好的使用效果。而磁性粒子的分布和弹性体的链状结构取决于外加磁场的强度、外加磁场的分布等因素。
基体中加入磁性颗粒制备弹性体的历史已有近30年，但直到上世纪90年代，研究者才开始重视MRE在磁场作用下的流变性。l992年，日本研究者Shiga等[7]以硅橡胶为基体加入铁粉，制备了MRE，并对其机械性能进行了表征。美国Ginder等[8]自1997年以来对天然橡胶基MRE进行了深入研究，并对其力学模型及在汽车减震器上的应用进行了探究。国内对磁流变材料的研究起步较晚，且多为对MEFs的研究。关于MRE的研究自2002年才有相关文章发表。方生[9]等人对MRE的力学性能进行了实验研究，制定了一套MRE流变性能的测试方法。陈琳[3]等对基于天然橡胶以及共混胶的MRE进行了系统的研究。
1.1.2 磁流变弹性体的分类
MRE从不同的角度可以有多种分类方法[10]。
(1)根据磁性粒子的类别，可分为软磁性MRE，硬磁性MRE，磁致伸缩MRE，磁性记忆MRE。
(2)根据基体结构的不同，可分为致密MRE和多孔MRE。
(3)根据基体的导电性，可分为绝缘MRE和导电MRE。
(4)根据磁性颗粒的分散情况，可分为各向同性MRE和各项异性MRE。
1.2 磁流变弹性体的性能
1.2.1 磁流变性能
1948年，美国工程师Rabinow[4]首次发现了磁流变效应(MR effect)，即在外加磁场的作用下，材料的流变性能会发生显著变化，材料可从牛顿流体变为非牛顿流体，而撤去外加磁场后，材料又变为牛顿流体，即此过程可逆[11]。磁流变材料，包括MRE，其屈服应力和表观粘度在外加磁场的作用下会发生极大的改变[12]。
MR effect是衡量MRE性能的一个重要参数。张红辉等[11]通过对流变阻尼器的研究，得到了磁场可变条件下的磁流变效应Bingham模型。陈琳等[13]研究了增塑剂对磁流变效应的影响，其结果表明增塑剂的添加有利于提高材料的磁致模量，并降低材料的自身模量，从而提高其磁流变效应。Lokander[14]等研究了增加各向同性MRE磁流变效应的方法，包括：添加增塑剂，增强磁场和施加小振幅应力。