Page 61 - 《振动工程学报》2025年第8期

第 8 期 刘 鹏，等： 一种机器人铣削颤振抑制用磁流变弹性体吸振器的设计与试验研究 1701

1 MRE 的制备与测试

1. 1 MRE 制备

MRE 作为一种新兴的智能材料，目前还没有统
一的制备方法，而使用不同工艺制成的 MRE 在磁
流变效应上的差距很大，按其固化方式可简单分为
有场制备与无场制备，与无场制备下的 MRE 相比，
图 2 MRE 样品
有场制备下得到的各向异性 MRE 一般具有更高的
Fig. 2 Sample of MRE
磁致模量变化和磁流变效应 ［33］ 。本文采用各向异性
硅橡胶基 MRE，制备流程如图 1 所示。具体流程如 增加，颗粒之间的相互作用力不断增强，被包覆的基
下：首先将羰基铁粉与二甲基硅油充分混合，按比例 体被周边的颗粒包裹得更加紧密，受到更大力的作
加入硅橡胶后再次搅拌均匀，将盛有混合物的容器 用，导致模量会随颗粒相互作用力增强而增大，从而
放入真空干燥箱中抽除内部气泡，然后将混合物倒 宏观表现为随着外界磁场的增加，MRE 储能模量不
入模具后放在强磁场环境下预结构化处理，待内部 断增大。
铁磁性颗粒完成链状排列再放置在无磁场环境下固
化一段时间即可得到各向异性 MRE。

图 3 各向异性 MRE 微观结构图
Fig. 3 Microstructure diagram of anisotropic MRE

1. 2 MRE 动态力学性能测试

评价 MRE 性能的重要指标是其磁控性能，因
此针对 MRE 的磁控力学性能研究是一个不可忽略
图 1 各向异性 MRE 制备流程图
的问题。本文通过 MRE 储能模量随磁场的变化来
Fig. 1 Flow chart of preparation for anisotropic MRE
表征 MRE 的磁流变效应。利用安东帕旋转流变仪
在 MRE 制备过程中原料组成及比例、工艺模式 MCR 302e 对制备完成的 MRE 进行动态力学性能
以及其参数的选取对其性能均起着决定性作用。本 测试，设置外部磁感应强度变化步长为 100 mT，检
文主要研究制备原料的不同质量配比对 MRE 的力 测 0~1000 mT 共 11 组磁场环境下的 MRE 储能和
学性能影响。本文选用内部铁颗粒含量≥96.8%、平 耗能模量。图 4 为测试结果，可以看出三种配比的
均粒径为 3.016 μm 的德国巴斯夫公司 EW 型羰基铁 MRE 储能模量和耗能模量均随磁场发生连续性变

粉，该型号具有磁导率大、饱和磁感应强度高和剩磁 化，在 0~200 mT 弱磁场环境下模量增加幅度较小，
小的优点 ［34］ 。另外选用 704 室温固化硅橡胶作为基 在 200~800 mT 区间 MRE 模量增加幅度明显，而在
体，道康宁 500 CS 二甲基硅油作为添加剂 ［35］ 。在预
结构化处理过程中，始终保证 MRE 处于磁感应强
度大小为 1 T、方向垂直于 MRE 圆形截面的磁场环
境中 ［34， 36］ 。固定 MRE 样品的厚度为 3 mm，分别制
备不同质量配比（羰基铁粉、硅油、硅橡胶比重分别
为 5∶2.5∶2.5，6∶2∶2，7∶1.5∶1.5）的三组 MRE，制备
完成的样品如图 2 所示。
通过电子扫描显微镜观察制备完成的各向异性 图 4 不同原料配比的 MRE 力学性能随磁场变化曲线
MRE 的微观结构，如图 3 所示，可以看到其内部铁 Fig. 4 Curves of mechanical properties of MRE with
磁颗粒呈链状排列于橡胶基体中。随着外界磁场的 magnetic field under different raw material ratios