DE102006016773A1

DE102006016773A1 - Magneto-rheologische Elastomere (MRE) mit Polynorbornen als Trägermedium, Verfahren zur Herstellung solcher Elastomerkomposite sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE102006016773A1
Application number: DE102006016773A
Authority: DE
Inventors: Holger Dr. Böse; Réne Dipl.-Ing. Röder (FH); Nikolaus Prof. Dr. Rennar
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2006-04-10
Filing date: 2006-04-10
Publication date: 2007-10-11
Also published as: WO2007118639A1; EP2010598A1; US20090173908A1; US8123971B2

Abstract

Die Erfindung betrifft Komposite aus einem elastischen Trägermedium aus Polynorbornen (PNR) und magnetisierbaren Partikeln, die in einem Magnetfeld reversibel polarisiert werden. So lassen sich die mechanischen Eigenschaften wie z.B. Speichermodul G' (beschreibt das elastische Verhalten bzw. die Energiespeicherung) und Verlustmodul G'' (beschreibt das viskose Verhalten bzw. die Energiedissipation) derartiger Elastomerkomposite in Abhängigkeit eines externen Magnetfeldes in weiten Grenzen (bis zu etwa zwei Größenordnungen) schnell und reversibel steigern. Hieraus ergeben sich weit reichende Anwendungsmöglichkeiten, z.B. für adaptive Dämpfungssysteme, bei denen sich die Dämpfungskraft über die Stärke des Magnetfeldes einstellen lässt.

Description

Die Erfindung betrifft Komposite aus einem elastischen Trägermedium aus Polynorbornen (PNR) und magnetisierbaren Partikeln, die in einem Magnetfeld reversibel polarisiert werden. So lassen sich die mechanischen Eigenschaften wie z.B. Speichermodul G' (beschreibt das elastische Verhalten bzw. die Energiespeicherung) und Verlustmodul G'' (beschreibt das viskose Verhalten bzw. die Energiedissipation) derartiger Elastomerkomposite in Abhängigkeit eines externen Magnetfeldes in weiten Grenzen (bis zu etwa zwei Größenordnungen) schnell und reversibel steigern. Hieraus ergeben sich weit reichende Anwendungsmöglichkeiten, z. B. für adaptive Dämpfungssysteme, bei denen sich die Dämpfungskraft über die Stärke des Magnetfeldes einstellen lässt.
Magnetisch steuerbare Elastomerkomposite, so genannte magneto-rheologische Elastomere (MRE), sind in allgemeiner Form bereits bekannt. Sehr viel weiter verbreitet sind jedoch magneto-rheologische Flüssigkeiten (MRF), bei denen die magnetisierbaren Partikel in einer Trägerflüssigkeit verteilt sind. Wegen der fehlenden chemischen Vernetzung haben solche Materialien jedoch keine feste Form, sondern sind flüssig oder als physikalisch schwach vernetzte Gele irreversibel verformbar.
Ebenfalls bekannt ist die Möglichkeit, in einem MRE während der Vernetzung durch Anlegen eines Magnetfeldes eine kettenförmige Ausrichtung der Partikel zu erzeugen. Hierfür wurden bislang Silicone verwendet, die als gießfähige Vorstufen eingesetzt wurden. Daneben ist in der Literatur der Einsatz von anderen technisch weit verbreiteten Elastomeren aus Natur- und Synthesekautschuk (z.B. Nitrilkautschuk) beschrieben; damit wurden jedoch nur relativ geringe Änderungen der mechanischen Eigenschaften im Magnetfeld erreicht. Auch die Verwendung verschiedener magnetisierbarer Partikelmaterialien in MRE wurde in allgemeiner Form bereits erwähnt.
Die im stand der Technik beschriebenen Materialien sind in folgenden Literaturstellen zu finden: M. R. Jolly, J. D. Carlson, B. C. Munoz, T. A. Bullions, J. Int. Mat. Syst. Struct. 1996, 7, 613; J. M. Ginder, M. E. Nichols, L. D. Elie, J. L. Tardiff, SPIE 1999, Vol. 3675, 131; M. Lokander, B. Stenberg, Pol. Test. 2003, 245(22), 677.
Aufgabe vorliegender Erfindung war es somit, die im Stand der Technik bekannten Nachteile zu beseitigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Komposit-Materialien mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Verfahren zu deren Herstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 24 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar. Die Ansprüche 34 bis 39 nennen erfindungsgemäße Verwendungen.
Erfindungsgemäß werden Komposit-Materialien, enthaltend magnetisierbare Partikel in einer Elastomermatrix enthaltend mindestens ein Polynorbornen bereitgestellt.
Die Grundsteifigkeit des Elastomerkomposites ohne äußeres Magnetfeld kann vorteilhafterweise durch das gewählte Polynorbornen, den Grad und die Art der chemischen Vernetzung sowie die magnetisierbaren Partikel beeinflusst werden.
Mögliche Basismaterialien für die Herstellung des erfindungsgemäßen Elastomerkomposites sind grundsätzlich alle Polynorbornen-Typen (Tab. 1) sowie alle magnetisierbaren Partikelmaterialien. Polynorbornen ist das Homopolymerisat der Monomerkomponente 2-Norbornen. Dieses Monomer lässt sich zum einen über einen ringöffnenden Metathesemechanismus mittels spezieller Übergangsmetallkatalysatoren synthetisieren. Dabei werden vor allem Polymere mit der Struktur 1 und 2 erhalten. Zum anderen lässt sich Polynorbornen durch Vinylpolymerisation herstellen mit den hauptsächlichen Strukturen 3 und 4.
Tab. 1: Verschiedene Polynorbornen-Typen
Vorzugsweise wird ein trans-Polynorbornen (PNR) der Struktur 2 (Tab. 1) eingesetzt, das bei Raumtemperatur amorph ist, eine ungewöhnlich hohe Molmasse aufweist (> 3·10⁶ g/mol) und durch eine Glasübergangstemperatur T_g ≈ 37°C charakterisiert ist. Darüber hinaus weist das reine Polymer eine poröse Struktur auf, was die Aufnahme von großen Mengen Weichmacher erleichtert. So wird die Glastemperatur durch Zusatz von ca. 250 Massenteilen eines paraffinischen Weichmacheröls (bezogen auf 100 Massenteile Polymer) auf T_g < –50°C erniedrigt und das Material kautschukartig.
Es ist bevorzugt, dass die magnetisierbaren Partikel aus weichmagnetischen Materialien bestehen. Weichmagnetische magnetisierbare Partikelmaterialien sind vorzugsweise alle Ferro- und Ferrimagnetika, insbesondere Eisenpulver (Carbonyleisenpulver und anders hergestellte Eisenpulver), Cobalt, Nickel, Vanadium, Wolfram, Kupfer, Mangan und Legierungen daraus sowie Eisenoxide (z.B. Magnetit) und Ferrite.
Es ist auch möglich, als magnetisierbare Partikel solche aus hartmagnetischen Materialien zu wählen.
Diese sind dann vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus AlNiCo, AlNiCoCu, CuNiCo, CoFe, CoFeV, FeMo, FeMoCo, CuNiFe, CoPt, FePt, SmCo, CeCo, NdFeB und Hartferriten, insbesondere Barium- und Strontiumferriten.
Es erweist sich ebenso als vorteilhaft, Partikel von metallischen Gläsern, Metalloxiden, Granaten, Metallnitriden, Metallcarbiden sowie Mischungen aus den genannten Materialien einzusetzen.
Der Einfluss der magnetisierbaren Partikel auf die Grundsteifigkeit des Elastomerkomposites hängt von der Volumenkonzentration, aber auch von der Art der Partikel, der Partikelgrößenverteilung und der Partikelform ab.
Vorzugsweise besitzen die magnetisierbaren Partikel dabei eine Größe, die zwischen 5 nm und 10 mm, besonders bevorzugt zwischen 10 nm und 1 mm liegt. Die Volumenkonzentration der Partikel bezogen auf das Gesamtvolumen des Komposit-Materials kann dabei in einer vorzugsweisen Ausführungsform zwischen 1 und 70%, besonders bevorzugt zwischen 10 und 50% variieren.
Die Verteilung der magnetisierbaren Partikel kann in Abstimmung auf das Anwendungsgebiet der Komposit-Materialien sowohl isotrop als auch anisotrop erfolgen.
Zudem können weitere, beliebige Zusatzstoffe in den Komposit-Materialien vorhanden sein, beispielsweise Füllstoffe, Alterungsschutzmittel, Dispergiermittel, Vernetzungsmittel und/oder Weichmacher. Eine entscheidende Einflussmöglichkeit ergibt sich außerdem durch die Verwendung von synthetischen Weichmacherölen oder Mineralölweichmachern. Die Ausgangshärte des Komposites kann durch die Verwendung von Ölen als Weichmacher herabgesetzt werden, um die Änderung der mechanischen Steifigkeit in einem weiten Bereich zu ermöglichen. Ein besonderer Vorteil des Polynorbornens als Trägermedium des magnetorheologischen Elastomers liegt darin, dass Gehalte an Weichmacher von über 1000 Massenteilen (bezogen auf 100 Massenteile Polymer) eingebracht werden können. Dies eröffnet die Möglichkeit der Herstellung von extrem weichen Elastomerkompositen, wodurch sich die mechanischen Kenngrößen um den Faktor > 50 steigern lassen. So wurde beispielsweise bei einer dynamisch-mechanischen Messung mit einer Anregungsfrequenz von 10 Hz und einer Scheramplitude von 1% eine Erhöhung des Speichermoduls G' um den Faktor von etwa 80 festgestellt.
Weiterhin kann auf die Grundsteifigkeit des Elastomers über den Vernetzungsgrad der Polynorbornenmatrix Einfluss genommen werden. Die zuzugebenden Vernetzungsmittel sind dabei vorzugsweise organische Peroxide und/oder Schwefel-Beschleuniger-Systeme.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Härte der Elastomermatrix durch die Additive so eingestellt ist, dass sie nicht mehr als 20 Shore A, bevorzugt nicht mehr als 10 Shore A aufweist.
Zur weiteren Charakterisierung der Elastomermatrix eignet sich der Schubmodul. Dieser sollte in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung bei einer Frequenz von 10 Hz und einer Deformation von 1% nicht mehr als 500 kPa, bevorzugt nicht mehr als 250 kPa betragen.
Der Elastizitätsmodul (E-Modul) ist ebenfalls geeignet, weitere Aussagen über die Konsistenz der Elastomermatrix zu treffen. Vorteilhafterweise sollte der E-Modul keinen größeren Wert als 1500 kPa, insbesondere keinen größeren Wert als 750 kPa aufweisen.
Alterungs- und Wärmebeständigkeit bis wenigstens 100°C sind für die neuartigen MRE gegeben und können durch zusätzliche Additive weiter verbessert werden. Gutes Kälteverhalten und Beständigkeit gegen polare flüssige Medien wie Alkohol, verdünnte Säuren und Laugen sind für die erfindungsgemäßen magnetorheologischen Elastomerkomposite charakteristisch. Ein besonderer Vorteil der neuartigen Elastomerkomposite gegenüber bisher bekannten Materialien liegt in der hohen Reißdehnung von etwa 500% gegenüber maximalen Dehnungen von ≤ 100% für entsprechende Vergleichsmaterialien. Durch die Einarbeitung großer Mengen Weichmacher kann bei Bedarf eine sehr niedrige Grundhärte des Komposites eingestellt werden, wodurch besonders hohe Steigerungsfaktoren der mechanischen Kenngrößen wie z. B. des Schubmoduls im Magnetfeld ermöglicht werden.
Hervorzuheben ist ferner, dass PNR-Elastomere eine nahezu konstante Dämpfung über einen weiten Temperaturbereich aufweisen. Dadurch werden adaptive Dämpfungssysteme auf der Basis der vorliegenden Erfindung weitgehend temperaturunempfindlich, zeigen aber die gewünschte magnetfeld-sensitive Eigenschaftsänderung. So wurde festgestellt, dass bei den erfindungsgemäßen Elastomerkompositen sowohl der Speichermodul G' als auch der Verlustmodul G'' durch das Magnetfeld beeinflusst werden. Gleiches gilt auch für den Verlustfaktor als Verhältnis von Verlust- und Speichermodul.
Damit eröffnen sich technisch bedeutende Möglichkeiten der gesteuerten Schwingungsdämpfung bzw. Schwingungsisolation.
Eine weitere interessante Eigenschaft des magnetorheologischen Elastomerkomposites besteht im Auftreten eines Formgedächtniseffektes. Ein aus dem Komposit-Material geformter Gegenstand kann im Magnetfeld durch Einwirken von äußeren Kräften verformt werden. Die neue Form bleibt erhalten, solange das Magnetfeld wirkt. Nach Abschalten des Feldes geht der Gegenstand jedoch in seine ursprüngliche Form zurück. Dieser Effekt lässt sich darauf zurückführen, dass im Magnetfeld die magnetischen Kräfte zwischen den magnetisierbaren Teilchen dominieren, während das Verhalten ohne Magnetfeld durch die elastischen Kräfte des Elastomers bestimmt wird. Voraussetzung für dieses Verhalten ist jedoch, dass die elastischen Rückstellkräfte nicht zu stark sind und eine Beweglichkeit der magnetisierbaren Partikel ermöglichen. Eine weiche Elastomermatrix ist daher besonders vorteilhaft.
Die magnetisierbaren Teilchen können direkt durch mechanisches Mischen von Polymer und magnetisierbaren Pulvern mittels geeigneter Vorrichtungen homogen in der Kautschukmatrix verteilt werden (isotroper Werkstoff). Sie können aber auch indirekt durch Vermischen des Kautschuks mit einem Precursor der magnetisierbaren Komponente und einer anschließenden physikalisch-chemischen Reaktion in-situ in der Kautschukmatrix eventuell in Form von magnetisierbaren Nanopartikeln sehr fein dispergiert werden. Außer der Herstellung solcher isotroper Werkstoffe ist es darüber hinaus möglich, den Füllstoffteilchen bereits vor der Vernetzung durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes eine ungleichmäßige, gerichtete, kettenför mige Struktur entlang der magnetischen Feldlinien einzuprägen (anisotroper Werkstoff). Durch die Stärke des während des Vernetzungsprozesses herrschenden Magnetfeldes lässt sich die eingeprägte Struktur in weiten Grenzen variieren. Die Vernetzung kann sowohl durch Schwefel-Beschleuniger-Systeme als auch durch den Einsatz von Peroxiden erfolgen.
Für die Herstellung der Polynorbornen-Komposite eignen sich zwei erfindungsgemäße Verfahren, nämlich das Lösungsverfahren oder die Mischungsherstellung mit einem Mischungsaggregat, z.B. auf dem Walzenstuhl oder im Innenmischer.
a) Lösungsverfahren:
Das weichmacherfreie oder bereits ölgestreckte Polymer wird in einem organischen Lösungsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere n-Hexan, n-Heptan, n-Octan oder n-Nonan, cyclischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Cyclohexan, aromatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Toluol, Ethern sowie Mischungen hiervon gelöst und mit sämtlichen Additiven wie z.B. Füllstoffen, Alterungsschutzmitteln, Dispergiermitteln, Vernetzungsmitteln, Weichmachern, Verarbeitungsmitteln, Haftmitteln, Antistatika und/oder Verzögerern vermischt. Anschließend kann das Lösungsmittel im Vakuum und/oder durch Erhitzen entfernt, die homogene plastische bzw. gießfähige Masse in verschließbare Probenformen überführt und bei höherer Temperatur im Bereich von 100°C bis 200°C, vorzugsweise im Bereich von 140°C bis 180°C vernetzt. Die Vernetzung kann bei gleichzeitigem Anlegen eines Magnetfeldes erfolgen, um eine anisotrope Anordnung der magnetisierbaren Partikel zu erreichen.
b) Mischungsherstellung auf dem Walzenstuhl bzw. im Innenmischer:
Polymer, Weichmacher, Füllstoff, Vernetzungschemikalien und gegebenenfalls weitere Additive werden nach derzeit üblicher Methode mittels geeigneter Mischaggregate (Walzwerk, Innenmischer) intensiv miteinander vermischt; anschließend erfolgen Formgebung und eine Vernetzung bei höherer Temperatur. Durch Anlegen eines Magnetfeldes kann eine anisotrope Verteilung der magnetisierbaren Partikel erreicht werden.
Mögliche Anwendungen der Erfindung liegen in Dämpfungssystemen, bei denen das Maß der Dämpfung oder Schwingungsisolation temporär durch ein variables Magnetfeld verändert werden kann.
Außerdem können mit magnetisch steuerbaren Elastomerkompositen auf Polynorbornen-Basis haptische Systeme realisiert werden, bei denen die Steifigkeit einer Oberfläche fühlbar verändert wird.
Durch die hohe Verformbarkeit der neuartigen Elastomerkomposite sind darüber hinaus künstliche Muskeln denkbar, deren Ausdehnung bzw. Kontraktion magnetisch gesteuert wird.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten bestehen in Aktoren oder Sicherungsschaltern, bei denen unter Ausnutzung des Formgedächtniseffektes durch Veränderung des Magnetfeldes eine Bewegung ausgelöst wird.
Ebenfalls besteht die Möglichkeit zur Verwendung der magneto-rheologischen Komposit-Materialien in Sicherheitssystemen.
Ferner besteht die Möglichkeit der Nutzung von weichen magnetisch steuerbaren Elastomerkompositen durch den Aufbau eines Magnetkreises unter Einschluss eines Elektromagneten und eines Permanentmagneten. Durch die Auswahl von Permanentmagneten kann eine erhöhte Grundsteifigkeit des Elastomerkomposites eingestellt werden. Ein zusätzlicher Elektromagnet kann je nach Richtung des erzeugten Stromes dieses Magnetfeld verstärken oder schwächen und somit die Steifigkeit des Elastomerkomposites entweder erhöhen oder verringern. Auf diese Weise kann beispielsweise die Härte des Materials in dem Zustand, in dem kein Strom durch die Spule fließt in einem schwingungsdämpfenden System festgelegt werden.
Beispiel
100 Gewichtsanteile Polynorbornenkautschuk (Norsorex) werden mit 733 Gewichtsanteilen Eisenpulver (Höganäs ASC 300, mittlere Partikelgröße 41 μm) vermengt und auf einem Labor-Walzwerk 20 Minuten homogenisiert. Anschließend werden 132 Gewichtsanteile eines naphthenischen Öls (Enerthene) als Weichmacher und außerdem 2,13 Gewichtsanteile Dicumylperoxid als Vernetzer hinzugefügt und ebenfalls auf dem Walzwerk homogenisiert. Nach weiteren 20 Minuten Homogenisierung wird der damit erhaltene Masterbatch entnommen und nach einer Abkühlzeit von mindestens einer Stunde weiterverarbeitet. Zur Herstellung eines Prüfkörpers wird eine entsprechende Menge des Masterbatches in die Form des Presswerkzeuges eingebracht und druckdicht bei einer Temperatur von 150°C 3 Stunden lang vernetzt.
Die viskoelastischen Eigenschaften der magnetorheologischen Elastomerproben wurden in einem Rotationsrheometer MCR 300 der Firma Paar-Physica in einem Magnetfeld variabler Stärke untersucht. Dabei befindet sich die scheibenförmige Probe mit 20 mm Durchmesser zwischen zwei parallelen, horizontal angeordneten Platten, von denen die obere Platte eine vorgegebene Drehschwingung ausübt und damit die Probe oszillatorisch einer Scherdeformation unterzieht. Das Magnetfeld durchdringt die Probe vertikal, d. h. senkrecht zur Plattenebene. Die Amplitude γ₀ der Scherdeformation wurde mit γ₀ = 0,01 (entspricht 1%) konstant gehalten. Die Frequenz der Schwingung betrug 10 Hz, die Temperatur war 25°C. Während der Messung wurde die Stromstärke in der magnetfelderregenden Spule stufenweise gesteigert und damit die Magnetfeldstärke erhöht.
Bei der Messung werden außer der Scherdeformation auch die Schubspannung und die Phasenverschiebung zwischen beiden Größen vom Messgerät aufgenommen. Aus den Messgrößen werden der Speichermodul G' (Realteil des komplexen Schubmoduls) und der Verlustmodul G'' (Imaginärteil des komplexen Schubmoduls) bestimmt. Der Speichermodul beschreibt das elastische Verhalten des Materials (Speicherung mechanischer Energie), während der Verlustmodul das viskose Verhalten des Materials beschreibt (Dissipation mechanischer Energie und Umwandlung in Wärme).
Die Messungen zeigen einen sehr starken Anstieg des Speichermoduls G' und des Verlustmoduls G'' mit der magnetischen Flussdichte als Maß für die Magnetfeldstärke.

Claims

Komposit-Materialien, enthaltend magnetisierbare Partikel in einer Elastomermatrix enthaltend mindestens ein Polynorbornen.
Komposit-Materialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Polynorbornen zumindest teilweise vernetzt ist.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Polynorbornen eine poröse Struktur aufweist.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Polynorbornen eine molekulare Masse von mindestens 3·10⁶ g/mol aufweist.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Polynorbornen trans-Polynorbornen ist.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisierbaren Partikel weichmagnetisch sind.
Komposit-Materialien nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die weichmagnetischen magnetisierbaren Partikel aus fer ro- und/oder ferrimagnetischen Materialien bestehen.
Komposit-Materialien nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die ferro- und/oder ferrimagnetischen Materialien ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Metallen, metallischen Gläsern, Metalloxiden, Ferriten, Granaten, Metallnitriden, Metallcarbiden und Mischungen hiervon.
Komposit-Materialien nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Metalle ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Cobalt, Nickel, Vanadium, Wolfram, Kupfer, Mangan sowie deren Legierungen und Mischungen hiervon.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisierbaren Partikel hartmagnetisch sind.
Komposit-Materialien nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die hartmagnetischen magnetisierbaren Partikel ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus AlNiCo, AlNiCoCu, CuNiCo, CoFe, CoFeV, FeMo, FeMoCo, CuNiFe, CoPt, FePt, SmCo, CeCo, NdFeB und Hartferriten, insbesondere Barium- und Strontiumferriten.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgröße der magnetisierbaren Partikel von 5 nm bis 10 mm reicht.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Partikelgröße der magnetisierbaren Partikel von 10 nm bis 1 mm reicht.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumengehalt der Partikel am Gesamtvolumen 1 bis 70%, vorzugsweise 10 bis 50% ausmacht.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisierbaren Partikel isotrop in der Elastomermatrix verteilt sind.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisierbaren Partikel anisotrop in der Elastomermatrix verteilt sind.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Additive vorhanden sind.
Komposit-Materialien nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Füllstoffen, Alterungsschutzmitteln, Dispergiermitteln, Vernetzungsmitteln, Weichmachern, Verarbeitungsmitteln, Haftmitteln, Antistatika und/oder Verzögerern.
Komposit-Materialien nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Weichmacher ausgewählt sind aus der Gruppe der aroma tischen, naphthenischen und/oder paraffinischen Mineralöle und/oder synthetischen Öle.
Komposit-Materialien nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzungsmittel ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus organischen oder anorganischen Peroxiden und/oder Schwefel-Beschleuniger-Systemen.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomermatrix eine Härte von ≤ 20 Shore A, insbesondere ≤ 10 Shore A aufweist.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomermatrix einen Speichermodul ≤ 500 kPa bei 10 Hz und 1% Scherdeformation, insbesondere ≤ 250 kPa bei 10 Hz und 1% Scherdeformation aufweist.
Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomermatrix einen E-Modul ≤ 1500 kPa, insbesondere ≤ 750 kPa aufweist.
Verfahren zur Herstellung von magnetorheologischen Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, bei dem die magnetisierbaren Partikel und gegebenenfalls weitere Additive mit einem Mischaggregat in die Elastomermatrix eingemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Einmischung mit einem Walzwerk oder einem Innenmischer erfolgt.
Verfahren zur Herstellung von magnetorheologischen Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, bei dem die Elastomermatrix in einem organischen Lösungsmittel gelöst wird, die magnetisierbaren Partikel und gegebenenfalls weitere Additive in die Lösung eingemischt werden.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus aliphatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere n-Hexan, n-Heptan, n-Octan oder n-Nonan, cyclischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Cyclohexan, aromatischen Kohlenwasserstoffen, insbesondere Toluol, Ethern sowie Mischungen hiervon.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einarbeitung der magnetisierbaren Partikel und gegebenenfalls weiterer Additive das organische Lösungsmittel im Vakuum und/oder durch Erhitzen entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vernetzung der Elastomermatrix in verschließbaren Probeformen durchgeführt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 200°C, insbesondere im Bereich von 140°C bis 180°C vernetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisierba ren Partikel in der Elastomermatrix isotrop verteilt oder anisotrop angeordnet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 24 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetisierbaren Partikel isotrop in die Elastomermatrix eingemischt und anisotrop in der Elastomermatrix angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die anisotrope Anordnung der magnetisierbaren Partikel durch Anlegen eines äußeren magnetischen Feldes vor und/oder während der Vernetzung erreicht wird.
Verwendung der Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23 als magnetorheologische Elastomere.
Verwendung der Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23 in adaptiven Stoß- und Schwingungsdämpfern, steuerbaren Bremsen, Kupplungen sowie in Sport- oder Trainingsgeräten.
Verwendung der Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23 zur Erzeugung und/oder Darstellung haptischer Informationen wie Kräfte, Drehmomente, Schriftzeichen, computersimulierte Objekte, Sensorsignale oder Bilder.
Verwendung der Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23 in künstlichen Muskeln.
Verwendung der Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23 in Aktoren oder Sicherheitsschaltern.
Verwendung der Komposit-Materialien nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23 zusammen mit einem Magnetkreis, der außer Elektro- auch Permanentmagnete enthalten kann, zur Einstellung der Härte des Materials in dem Zustand, in dem kein Strom durch die Spule fließt.