НОВЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Степанов Геннадий Владимирович ¹, Никитин Лев Васильевич ².

1. Государственный научно-исследовательский институт химии и технологии элементоорганических соединений. Москва, 113123, Шоссе Энтузиастов, дом 38. E – mail: Gstepanov@mail.ru

2. Физический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова. Москва, 119899, Воробьёвы горы. E – mail: Nikitin@magn.phys.msu.ru

Полимерные магнитные материалы весьма разнообразны. Это магнитные эластомеры [1 – 3], магнитоэластики [4 – 7], феррогели [8 – 10], полимерные волокна и губки, модифицированные магнитными жидкостями [11, 12], ультратонкие многослойные магнитные плёнки, полученные методами самосборки [13, 14], и многие другие системы, представляющие собой полимерную матрицу, наполненную малыми магнитными частицами.

Наиболее известными полимерными магнитными материалами являются магнитные эластомеры, или магнитоэласты, главными компонентами которых являются различные полимеры и магнитные порошковые наполнители. В настоящее время магнитоэласты успешно применяются в качестве постоянных магнитов, магнитопроводов, удерживающих или скрепляющих элементов, способных повторять неровности и кривизну контактирующих с ними ферромагнитных поверхностей. При этом главным их достоинством является то, что они имеют высокую прочность, легко поддаются механической обработке, из них можно формировать детали сложной конфигурации с искривлёнными поверхностями, и, самое главное – они не хрупкие.

Однако работ, посвящённых исследованию полимерных магнитных материалов, реагирующих на внешнее магнитное поле обратимым изменением формы, не так много. Здесь в первую очередь следует указать на работы по изучению свойств магнитных гелей, представляющих собой полимеры с поперечными молекулярными связями, наполненные магнитными частицами с размерами около 10 нм [8 – 10]. В работах было показано, что в неоднородном магнитном поле форма магнитного геля зависит от величины и конфигурации поля. При этом были рассмотрены вызванные неоднородным магнитным полем одноосные деформации цилиндрических образцов, достигающие 40 % от размера образца в отсутствие поля.

Настоящая работа посвящена рассмотрению свойств новых высокоэластичных магнитоуправляемых полимерных материалов (магнитоэластиков), способных существенно изменять свою форму, упругие и вязкие характеристики во внешнем магнитом поле [4 – 7]. Экспериментальное исследование в неоднородных магнитных полях показало, что образцы магнитоэластиков цилиндрической, ленточной и сферической формы растягиваются или сокращаются в зависимости от условий их закрепления. При этом в неоднородных магнитных полях деформации достигают рекордно большой величины от нескольких десятков до нескольких сотен процентов от первоначального размера. В работе рассмотрены различные виды деформаций для изотропных и анизотропных магнитоэластиков, синтезированных в магнитном поле. Показано, что формирование цепочек магнитных частиц при синтезе во внешнем магнитном поле влияет на дальнейшее магнитодеформационное поведение образцов.

В работе рассматривается влияние магнитного поля на упругие и вязкие свойства магниоэластиков. Обнаружено, что магнитное поле, в котором находится магнитоэластик, сильно влияет на его упругие и вязкие характеристики, увеличивая эффективную вязкость и модуль Юнга.

Другим рассматриваемым в работе объектом являются полимерные пористые структуры, гидрогели и полимерные волокна, модифицированные частицами магнитных жидкостей [11, 12]. Процесс проникновения магнитных частиц магнитной жидкостью в гидрогели и полимерные губки рассматривался как в магнитном поле, так и без него. Обнаружено, что внешнее градиентное магнитное поле увеличивает глубину проникновения магнитной жидкости в гидрогель, а получаемые таким способом плоские двухслойные структуры, один из слоёв которых является магнитным, ведут себя при повышении температуры следующим образом: вначале скручиваются в трубочки, а затем вновь распрямляются и становятся плоскими.

В работе также были рассмотрены условия приготовления, и магнитные свойства новых магнитоуправляемых высокоэластичных материалов на основе шерсти, хлопка, капрона, лавсана и углеродного волокна, сделана оценка толщины магнитного покрытия. Показано, что толщина магнитного покрытия зависит от концентрации магнитной жидкости, рН среды, природы поверхности волокна, поверхностного заряда и способа предварительной обработки волокна.

Библиографический список:

1. Алексеев А. Г., Корнев А. Е. Магнитные эластомеры, М.: Химия, 1987.

2. Carlson J. D., Jolly M. R. // Mechatronics, 2000, V. 10, P. 555.

3. Ginder J. M., Nichols M. E., Clark S. M., Schlotter W. F. // Abstracts of Eighth Intarnational Conference on Electrorheological fluids and Magnetorheological Suspensions, Nice, July, 9 – 13 (2001).

4. Levina E. F., Mironova L. S., Nikitin L. V., Stepanov G. V. Magnetocontrolled elastic composite materials. // Russian Patent № 2157013 (2000).

5. Nikitin L. V., Mironova L. S., Kornev K. G., Stepanov G. V., Samus A. N. // Proceedings of MISM, Moscow, 1999, Part 2, P.231.

6. Nikitin L. V., Mironova L. S., Stepanov G. V., Samus A. N. // Proceedings of 9^th International Plyos Conference on magnetic fluids, Plyos, 2000, V.1, P.148.

7. Nikitin L. V., Mironova L. S., Stepanov G. V., Samus A. N. // J. Polymer Science, Ser. A, 2000, V.43, № 4, 2001, P.443.

8. Zrinyi M., Barsi L., Szabo D. // J. Chem. Phys., 1997, V.106, № 13, P.5685.

9. Zrinyi M., Szabo D., Kilian H.-G. // Polymer Gels and Networks, 1998, V. 6, P. 441.

10. Szabo D., Szeghy G., Zrinyi M. Macromolecules, 1998, V.31, P.6451.

11. Lunina M. A., Nikitin L. V., Bayburtskiy F. S., Mironova L. S. // Abstracts of international conference on colloid chemistry and physical-chemical mechanics, 4 – 8 Oktober 1998, Moscow, Russia, P. 353.

12. Bayburtskiy F. S., Lunina M. A., Romina N. N., Kiselyov M. R., Nikitin L. V. // Abstracts of 9^th IPCMF-2000, Plyos, Russia, September, 2000, P. 7.

13. Fendler J. H., Meldrum F. C. // Advanced Materials, 1995, V. 7, P. 607.

14. Kotov N. A., Dekany I., Fendler J. H. // J. Phys. Chem., 1995, V. 99, P. 13065.