磁流变液(MRF)一般由微米级软磁颗粒、载体液及功能性添加剂组成。在磁场作用下,MRF在毫秒级内形成可逆的磁链结构,发生从液态到类固态的相变,并使其流变特性产生显著变化。MRF在建筑、汽车、军事工业等领域受到广泛关注,如地震和汽车减振器、起落架、射流抛光技术等。但是,当前MRF仍未得到广泛商用,关键原因之一是MRF的沉降问题。沉降问题会降低甚至严重恶化磁流变系统的性能,其本质来源于磁性颗粒与载体液之间悬殊的密度差(~7倍)。通过采用添加剂、颗粒表面改性、提高载体液黏度等技术途径可以改善MRF的沉降稳定性,但该问题仍未得到很好地解决。基于Stokes定理,本文提出一种以高黏度线性聚硅氧烷(HVLP)作为载体液的MRF(即HVLP MRF),一定条件下彻底解决了MRF的沉降难题,实现了远优于传统MRF的长期沉降稳定性(至少365 d无沉降)。磁流变材料可分为MRF、磁流变弹性体以及新兴的磁流变胶等三大类材料,目前学界对磁流变胶的研究较少。HVLP MRF本质上可归类为液相磁流变胶,本文针对HVLP MRF的研究是对磁流变胶研究的促进和扩充。其突出特点在于,HVLP的高零剪切黏度为HVLP MRF的高沉降稳定性提供了条件,而在高剪切率时急剧下降的黏度又有利于保持较好的磁流变效应。除了对HVLP MRF的磁致机理、磁致影响因素、特殊流变行为、高沉降稳定性机理等进行研究外,还对传统MRF的沉降机理、检测技术、评价方法等做了系统研究。(1)由低分子硅氧烷合成了3种不同零剪切黏度的HVLP高聚物,利用红外光谱分析技术与黏度测试对所制得样品进行了验证。基于上述HVLP样品,制备用于相关主题研究的共18种HVLP MRF样品。除HVLP MRF外,另外制备了12种传统MRF样品用于沉降机理研究。(2)磁流变胶通常具有异于一般MRF的流变特性,HVLP的高分子螺旋与团聚结构被认为是导致HVLP MRF特殊流变行为的关键因素。所发现到的特殊流变行为包括片状磁化结构、零场屈服行为、屈服后过渡效应等。通过研究HVLP MRF在低剪切率下(0.1~400 s-1)的流变特性,分析出HVLP MRF的特殊流变行为来自HVLP聚合物流变特性的叠加效应,以及高分子结构与磁链结构间的耦合效应。另外,经研究HVLP高分子结构在动态剪切下的形变行为,阐明了其剪切稀化效应的微观机理。HVLP的螺旋高分子结构也是导致其较大体积压缩性的原因,实验显示20 wt%HVLP MRF的体积压缩率在141.5 MPa下达20.5%。本研究重点关注了流变特性受颗粒浓度、HVLP黏度、温度等因素的影响机制。HVLP MRF的屈服应力远大于同类型Lord MRF,前者可达后者的3.2倍,且具备优秀的温度稳定性,70℃时的屈服应力约保持了室温下的80%。(3)高剪切测试是对MRF工程应用环境的模拟,通过一种剪切式同心圆筒高剪切旋转流变仪,研究了HVLP MRF在高剪切率下(103~104 s-1)的流变特性,具体在三方面:(a)颗粒浓度对HVLP MRF流变特性的影响;(b)与商业Lord MRF的对比研究;(c)HVLP MRF在高、低剪切率下的流变特性差异。结果显示,HVLP MRF的零场屈服行为与剪切稀化行为在高剪切率下仍然存在,其屈服应力仍显著大于Lord MRF,且屈服应力在高剪切率下小于低剪切率下,但前者大于后者的动态范围。(4)从理论与实验上系统研究了传统MRF的沉降机理。通过特殊设计的竖直轴电感监测系统(VAIMS)实现对整个试管内颗粒浓度分布的监测,结合沉降区概念,获得各沉降区随时间的演变进程,直观地展现了MRF的沉降过程。对比分析多种沉降速率模型,确定Vesilind模型为沉降速率-浓度关系的最佳预测模型。在已公开文献中首次基于Kynch理论对MRF的沉降机理进行了深入的研究,推导出浓度传播速度,从沉降层传播的角度为深入理解MRF的沉降机制提供了另外一种视角。所得固体流量曲线为制备MRF提供了理论依据,结果显示,为获得较好的沉降稳定性,颗粒浓度需至少为21 vol%。(5)HVLP的高分子螺旋与团聚结构是决定HVLP MRF高沉降稳定性的关键因素。HVLP线性高分子长达1~4μm,且与颗粒尺寸(1~10μm)在同一量级,这是HVLP MRF具备高沉降稳定性的客观条件。其机理可进一步揭示为:微观上,HVLP高分子与颗粒所构成的空间网络结构提供了高沉降稳定性;宏观上,高沉降稳定性归功于HVLP的高零剪切黏度、或HVLP MRF的零场屈服应力。HVLP MRF的长期高沉降稳定性由VAIMS监测实验获得验证,并总结了其受HVLP黏度、颗粒浓度等因素的影响规律。结果表明:当HVLP黏度大于140 Pa·s,颗粒浓度大于32 vol%,或当HVLP黏度大于440 Pa·s,颗粒浓度大于20 vol%时,不需借助任何添加剂,HVLP MRF在365 d内几乎不发生沉降。