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01.08.2014 | Original Contribution | Ausgabe 8/2014

Rheologica Acta 8/2014

Yield stress and flow behavior of concentrated ferrofluid-based magnetorheological fluids: the influence of composition

Zeitschrift:
Rheologica Acta > Ausgabe 8/2014
Autoren:
Daniela Susan-Resiga, Ladislau Vékás

Abstract

In this paper, the magnetorheological (MR) and magnetoviscous properties of ferrofluid-based iron particle suspensions were investigated. The 2.1-µm mean size Fe particles were dispersed in high-concentration transformer oil-based ferrofluid, the iron particle volume fraction in the resulting nano-micro composite magnetorheological fluid samples varying from Φ Fe = 5 to 40 %. The ferrofluid carrier has φ p = 23 % solid volume fraction of magnetic nanoparticles stabilized with chemisorbed oleic acid monolayer and without any excess surfactant. In the absence of the field, the ferrofluid has a quasi-Newtonian behavior with a weak shear thinning tendency. The static yield stress shows an increase of about 3 orders of magnitude for an iron particle content of approx. Φ Fe = 25 % (Φ tot = 42.25 %), while above this value, a saturation tendency is observed. The dynamic yield stress (Bingham model) also increases with the magnetic induction and the particle volume fraction; however, the saturation of the MR effect is less pronounced. The relative viscosity change has a maximum at Φ Fe = (10–15) % due to the accelerated increase of the effective viscosity of the composite for higher Fe content. Addition of micrometer-sized iron particles to a concentrated ferrofluid without any supplementary stabilizing agent proved to be a direct and simple way to control the magnetorheological and magnetoviscous behavior, as well as the saturation magnetization of the resulting nano-micro composite fluid to fulfill the requirements of their use in various MR control and rotating seal devices.

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