Magnetorheological liquids in automotive industry

Abstract

Branża motoryzacyjna, zwłaszcza w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat, przeżywa dynamiczny rozwój. Dowodzą tego nowatorskie rozwiązania, materiały i systemy, w jakie wyposaża się samochody. Przykładem innowacyjnych materiałów, które coraz częściej znajdują zastosowanie w konstrukcji samochodów, są ciecze sterowalne (ciecze smart), zmieniające swoje własności na skutek oddziały-wania zewnętrznych pól fizycznych. W zależności od przyjętego kryterium ciecze te można różnie sklasyfikować. Zazwyczaj dzieli się je ze względu na czynnik wywołujący zmianę stanu cieczy. Wyróżnia się ciecze elektroreologiczne (ER), zmieniające własno-ści mechaniczne (lepkość, granicę płynięcia) na skutek oddziaływania sił pola elektrostatycznego, oraz podgrupę cieczy magnetoreologicznych (MR), zmieniających swoje własności pod wpływem oddziaływania pola magnetycznego [2,3,14]. Co istotne, zmiany własności omawianych cieczy odbywają się w sposób kontrolowany i są w pełni odwracalne.Analiza publikacji na temat cieczy MR potwierdza niesłabnące zainteresowanie nimi w skali międzynarodowej. Większość opracowań powstaje w języku angielskim [np. 1, 11, 12, 15, 18]. W branży motoryzacyjnej bardzo często dochodzi do praktycznej konfrontacji najnowszych osiąg-nięć techniki. Pozostaje kwestią czasu, kiedy do obecnie stosowanych rozwiązań opierających się na technologii cieczy sterowalnych dołączą kolejne. Ciecze magnetoreologiczneCiecze MR są to reostabilne płyny nienewtonowskie o postaci koloidalnej zawiesiny ferromagnetycznych czą-steczek rozproszonych w pewnej objętości dyspersyjnej cieczy nośnej. Cząsteczki ferromagnetyczne mają wielkość od kilku do kilkunastu mikrometrów i są magnetycznie spolaryzowane. Najczęściej otrzymuje się je na drodze mechanicznego rozdrabniania np. tlenków żelaza lub kobaltu [2,5]. Z kolei dyspersyjna ciecz nośna nie wykazuje własności magnetycznych -dzięki magnetycznej obojętności umożliwia swobodny ruch względny cząsteczek ferromagnetyka. W stanie pracy ciecz nośna wspomaga odprowadzanie z układu ciepła, które powstaje m.in. na skutek tarcia pomiędzy przemieszczającymi się cząsteczkami ferromagnetyka. Tę rolę może przyjąć zasadniczo każda ciecz obojętna magnetycznie, która spełnia wymagania co do gęstości, lepkości i odparowalności [16]. Najczęstszym dodatkiem cieczy MR jest tzw. surfaktant -substancja powierzchniowo czynna (np. wyższe kwasy tłuszczowe), której zadaniem jest ograniczanie oddziaływania między-cząsteczkowych sił typu van der Waalsa i niedopuszczanie do grupowania się cząsteczek ferromagnetyka (rys. 1). Tworzące się kolonie cząsteczek stałych mają skłonność do grawitacyjnej sedymentacji, co znacznie obniża jakość i własności użytkowe cieczy MR [3]. 2Rys. 1. Warstwy substancji powierzchniowo czynnej (2) zapobiegające agregacji cząstek ferromagnetyka (1) [19] Rozpatrując zastosowania cieczy sterowalnych [np. 6, 7, 9, 12], szczególnie istotne wydaje się zachowanie cieczy wobec linii oddziałującego pola magnetycznego, ze wzglę-du na kierunek przykładanego obciążenia. W obliczu tak definiowanych warunkó...