Experimental investigation of the effect of ferromagnetic particles addition on mechanical properties of magneto-rheological materials

Abstract

The ferromagnetic particle, are used in many areas due to their magnetic field sensitivity. Composite MRE materials which obtained from the combination of the matrix material with these particles are classified as a kind of smart materials. In this study, it is aimed that the compressive mechanical properties of MRE materials produced by adding four different magnetic particles in RTV (room temperature vulcanizing) silicone elastomer are investigated. As a matrix material Vario 40 silicone rubber were used, which is common in engineering application. The particle rate inside MRE materials was kept at 30% by volume. In addition, to investigate the influence of orientation of particles inside MRE materials, some samples were subjected to external magnetic field during production. These samples are named as anisotropic MRE materials while the others are described as isotropic ones. The tests showed that anisotropic samples have much more strength values according to isotropic samples. Of all, the MRE samples including BASF CN particles reveal the biggest strength values. Also, the samples were evaluated in terms of MR effect and the largest MR effect with an increase value of 201% was found for anisotropic samples including SQ-I particles with regard to the corresponding isotropic one. As a result, this study determined that the mechanical and MR properties of MRE materials seriously depend on ferromagnetic particle kind and its magnetic characteristic.

Keywords

• RTV silicone rubber,MRE composite materials,Ferromagnetic particles,Magnetic field

Manyeto-reolojik malzemelere ferromanyetik toz ilavesinin mekanik özelliklere etkisinin deneysel olarak incelenmesi

Öz

Ferromanyetik toz partikülleri, manyetik alana duyarlılıklarından dolayı günümüzde pek çok alanda kullanılmaktadır. Bu tozların matris malzemeleri ile birleşimlerinden elde edilen kompozit MRE malzemeler bir tür akıllı (smart) malzeme olarak sınıflandırılmaktadır. Bu çalışmada, RTV (room temperature vulcanization) silikon kauçuğuna dört farklı manyetik toz ilave edilmesi ile elde edilen kompozit MRE malzemelerinin bası yüklemesi altındaki mekanik özelliklerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Matris malzemesi olarak mühendislik açıdan kullanımı yaygın olan Vario 40 silikon kauçuk malzemesi kullanılmıştır. Kompozit MRE malzemelerde toz oranı hacimce %30 oranında tutulmuştur. Ayrıca, tozların yönlenmesinin etkisini incelemek için, üretim esnasında bazı numunelere dış manyetik alan uygulanmıştır. Bu numuneler anizotropik olarak adlandırılırken diğerleri izotropik numunelere olarak adlandırılmıştır. Sonuçlar göstermiştir ki; anizotrop MRE numuneler izotrop numunelere göre çok daha yüksek gerilme değerlerine sahip olmaktadır ve en büyük gerilme artışı BASF CN tozu ilave edilen anizotrop MRE malzemeler için elde edilmiştir. Ayrıca, numuneler MR etki açısından da değerlendirildi ve izotropik versiyonlarına göre %201 gibi bir artış değeri ile en büyük MR etki SQ-I tozu içeren anizotrop numunelerde gözlemlendi. Sonuç olarak, gerçekleştirilen çalışma ile MRE malzemelerin mekanik ve MR özellikleri, ilave edilen tozun cinsi ve manyetiklik özelliklerine ciddi bir şekilde bağlı olduğu belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• RTV silikon kauçuk,MRE kompozit malzemeler,Manyetik tozlar,Manyetik alan

References

1. Rabinow J. “The magnetic fluid clutch”. AIEE Transactions, 67, 1308–1315, 1948.
2. Zhou GY, Li JR. “Dynamic behavior of a magnetorheological elastomer under uniaxial deformation: I. Experiment”. Smart Materials and Structures, 12(6), 859–872, 2003.
3. Zhou GY. “Shear properties of a magnetorheological elastomer”. Smart Materials and Structures, 12(1), 139-146, 2003.
4. Lokander M, Stenberg B. “Performance of isotropic magnetorheological rubber materials”. Polymer Testing, 22(3), 245-251, 2002.
5. Davis LC. “Model of magnetorheological elastomers”. Journal Applied Physics, 85(6), 3348-3351, 1999.
6. Bose H, Roder R. US Patent 7.608.197 B2. Magnetorheological Elastomers and use thereof, 2009b.
7. Elie L, Ginder J, Mark J, Nichols M. Us Patent 5.814.999. method and apparatus for measuring displacement and force, 1998.
8. Klukowski C, Meier R. “Adaptive linear crash systems intelligent materials for passenger car steering column”. ThyssenKrupp techforum, 1, 41-47, 2006.

9. Brei D, Redmond J, Wilmot N, Browne A, Johnson N, Jones G. US patent application US 2006/0012191 A1. Hood latch assemblies utilizing active materials and methods of use 2006.
10. Browne A, Johnson N. US Patent 7.029.056 B2. Closure lockdown assemblies and methods of utilizing active materials, 2006.
11. Lerner A, Cunefar K. US Patent 7,102,474 B2. Adaptable vibration absorber employing a magnetorheological elastomer with a variable gap length and methods and systems therefor, 2006.
12. Lokander M, Stenberg B. “Improving the magnetorheological effect in isotropic magnetorheological rubber materials”. Polymer Testing, 22(6), 677–680, 2003.
13. Ginder JM. “Rheology Controlled by Magnetic Fields”. Encyclopedia of Applied Physics, 16, 487–503, 1996.
14. Ginder JM, Nichols ME, Elie LD, Tardiff JL. “Magnetorheological elastomers: Properties and applications”. SPIE-The International Society for Optical Engineering. Proceedings of the 1999 Smart Structures and Materials on Smart Materials Technologies, Newport Beach, CA, USA, 3–4 March 1999.
15. Schubert G, Harrison P. “Large-strain behaviour of Magneto-Rheological Elastomers tested under uniaxial compression and tension, and pure shear deformations”. Polymer Testing, 42, 122–134, 2015.