影響磁性復(fù)合材料磁特性的因素
發(fā)布時間：
2023-11-17 14:21
來源：
磁粉
磁粉性能的好壞是直接影響磁性復(fù)合物材料性能的關(guān)鍵因素之一。磁粉性能的優(yōu)劣與材料、組成、顆粒大小、粒度分布及制造工藝有關(guān)。
材料種類與組成的影響
鐵磁粉末都可以與塑料復(fù)合，目前通常使用鋇、銘鐵氧體為主。原因是鋇、鈕鐵氧體具有磁特性穩(wěn)定、矯頑力高、電阻率高、密度小、價廉等優(yōu)點。它們的晶體結(jié)構(gòu)為六角晶型，分子式為MO6Fe2O3 (M為Ba, Sr, Mn, Pb等)。除了鐵氧體之外，還有使用衫鉆稀土合金制造塑料磁體。稀土類塑料磁體比鐵氧體塑料磁體的磁性能高得多。它是今后發(fā)展電子儀器、通訊設(shè)備理想的磁性元件。鐵氧體磁粉價格便宜，易于加工，穩(wěn)定性好，但磁性能較差。SmCo3類磁粉穩(wěn)定性差，成型中易氧化，其復(fù)合永磁長期使用溫度低。Sm2Co17類磁粉，其磁性能比SmCo3磁粉優(yōu)異得多，熱穩(wěn)定性也有較大幅度的提高。NdFeB類磁粉的熱穩(wěn)定性差，易腐蝕生銹，加人Co, Ni等元素可使性能得到改善。
顆粒大小的影響
磁粉顆粒的大小是影響磁性復(fù)合材料性能的重要因素。據(jù)文獻(xiàn)報道，鐵氧體和Sm倆 類粉體的矯頑力是由磁體內(nèi)部的晶粒成核機制所控制，而Sm2嘶7和熔一淬法生產(chǎn)的微晶NdFeB類磁粉的矯頑力是由晶粒內(nèi)部的疇壁釘扎所決定，對于矯頑力受成核機制所控制的磁粉，當(dāng)磁粉顆粒尺寸大小接近單疇尺寸時，其矯頑力明顯提高，抗退磁能力明顯增大，如一般鐵的矯頑力約為80A/m，而粒徑小于20m的鐵，其矯頑力卻增大了100倍但當(dāng)尺寸再減小到約6mn時其矯頑力反而又下降到零，表現(xiàn)出超順磁性。對于矯頑力受釘扎機制控制的磁粉，其矯頑力不受顆粒大小的影響，這類磁粉顆粒的大小主要由填充密度和制造工藝等因素決定。
粒徑分布的影響
磁粉粒度分布以及粒子形狀對于填充率、加工性能和取向度都有重要影響。磁粉顆粒大小分布范圍適宜，將有利于提高材料的填充密度，有利于磁粉在樹脂中分布均勻，從而提高磁性能。這主要由復(fù)合方法決定:傳統(tǒng)的復(fù)合方法是在聚合物中直接加人磁粉，由于磁粉很細(xì)，很容易團聚成粒徑較大的顆粒;在塑料熔融過程中，由于樹脂粘度較大，不利磁粉的取向，因而造成磁性能下降。此外，適宜的顆粒大小分布有利于成型時混合物流動。
磁特性的影響
磁粉本身的磁特性直接影響磁體 (制品)的性能。與燒結(jié)磁體不同，塑料磁體成型之后不再進(jìn)行燒結(jié).因此用于制造塑料磁體的磁粉必須反應(yīng)完全、結(jié)晶完整、并達(dá)到一定的密度、細(xì)度。
制備工藝的影響
傳統(tǒng)的磁粉制備是用研磨法，在研磨過程中，易使晶粒產(chǎn)生變形，造成內(nèi)應(yīng)力，這對于最終磁體(制品)的性能不利，必須通過退火處理來消除。此外，為了增強磁粉與塑料的親和力，須控制磁粉含水量及對表面進(jìn)行活化處理。作者運用化學(xué)共沉淀法通過控制反應(yīng)條件制得合適的粒徑、粒徑分布及晶型的磁性微粒，并在磁性微粒形成的過程中包覆上一層表面活性劑，這有以下優(yōu)點:因為化學(xué)共沉淀法是使磁粉由小到大生長成納米級微粒，避免了傳統(tǒng)研磨法可能產(chǎn)生的晶粒變形，簡化了生產(chǎn)工藝;(2)可以使磁性微粒與單體及其聚合物相容性改善;因降低了磁粉微粒的表面活性，減少了與外界氧化物接觸的面積，所以大大提高了磁性微粒的穩(wěn)定性。
聚合物粘結(jié)劑
聚合物在聚合物基磁性復(fù)合材料中主要起粘結(jié)劑的作用，它將磁粉及各種助劑粘結(jié)起來賦予必要的加工性和機械特性。盡管大多數(shù)聚合物都可用來制備聚合物基磁性復(fù)合材料，但是為了獲得加工性能和機械性能優(yōu)良的制品，有必要對聚合物進(jìn)行選擇和改性，所選用的聚合物應(yīng)盡可能滿足熔融粘度低、機械強度高、熱穩(wěn)定性好等要求。各種樹脂對磁性能有一定的影響，例如，在使用烯烴與乙烯醇共聚物時，其磁性能比使用聚乙烯和聚丙烯差些。即使同一類型的聚酞胺樹脂，由于種類不同，其磁性能也有差異。資料報道:當(dāng)鐵氧體粉末含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88%時，尼龍一12的磁性能最高，其次是尼龍一11，再次為PA6，PA66最低。又如四川大學(xué)的崔香福等人曾用空氣和乙醇等離子體來處理聚丙烯塑料磁體，研究表明等離子處理過的PP與磁粉相容性有了很大的提高，改善了PP與磁粉的混煉性、PP塑磁的流變性及磁粉在PP中分布的均勻性。國內(nèi)已有學(xué)者在這方面作了一些系統(tǒng)的研究。近年來，由于出現(xiàn)了一種新型的磁性材料— 高分子有機磁性材料，人們嘗試著用這種磁性聚合物取代傳統(tǒng)的非磁性聚合物作為聚合物基復(fù)合磁性材料的粘結(jié)劑。四川大學(xué)的劉穎等人在這方面做了一些研究，結(jié)果表明:磁性高分子材料含量降低，磁性高分子粘結(jié)磁體的最大磁能積、剩磁、矯頑力均升高，內(nèi)票矯力略為下降，但在含相同體積分?jǐn)?shù)磁粉情況下，磁性高分子粘結(jié)磁休的磁性能比非磁性高分子粘結(jié)磁體的磁性能高，溫度穩(wěn)定性差不多。
加工助劑
在傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的聚合物磁性復(fù)合材料成型中，由于磁粉的填充量很高，磁粉與聚合物的摩擦阻力很大、流動性差，不利于磁粉顆粒沿易磁化軸方向取向。為了改善這種狀況，人們常加人加工助劑來改善流動性，提高磁粉的取向度。常用的加工助劑有增塑劑、潤滑劑、穩(wěn)定劑及表面處理劑等。其中表面處理劑最為重要，這是因為磁粉屬于親水性物質(zhì)而樹脂屬于親油性物質(zhì)，因此它們之間的親和性很差。此外，磁粉表面的微孔中吸附的空氣和水分也妨礙樹脂和助劑對磁粉的浸潤，使磁粉和樹脂復(fù)合后難以分散均勻，因此影響復(fù)合物熔體的流動性和成型加工性。因此，須控制磁粉含水量以及對磁粉表面進(jìn)行處理。通常加人兼有親水基團和親油基團的偶聯(lián)劑 (如有機硅、有機欽)、硬脂酸、油酸等，使磁粉表面吸附一層偶聯(lián)劑薄膜，通過偶聯(lián)劑覆蓋于磁粉粒子表面形成親油層，從而改善磁粉與樹脂間的親和性，二者相容性得到提高，使磁粉與樹脂相互問分散更均勻，同時流動性也得到改善。實驗證明:經(jīng)偶聯(lián)劑處理過的磁粉與樹脂相互分散均勻川，相容性得到改善，使其復(fù)合熔體的流動性提高，從而能夠順利地進(jìn)行成型加工。
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