本發(fā)明屬于粘結(jié)磁性復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種適用于注塑成型的高磁性能的復(fù)合材料的制備方法，尤其涉及一種高韌性、高磁性能和高流動(dòng)性的聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著復(fù)合材料制備技術(shù)和注塑成型工藝的發(fā)展，注塑成型也被廣泛應(yīng)用于磁體的制備。相比傳統(tǒng)的燒結(jié)磁體，注塑磁體具有產(chǎn)品尺寸精度高、便于制備復(fù)雜形狀的細(xì)微零部件以及生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，符合電子信息產(chǎn)品“輕、薄、短、小”的發(fā)展趨勢(shì)，被廣泛用于家電、汽車、通信設(shè)備、儀器儀表等方面。
注塑磁體由有機(jī)高分子樹(shù)脂和無(wú)機(jī)磁性粉末一起復(fù)合而成。常見(jiàn)的有尼龍/鐵氧體、尼龍/釹鐵硼、聚丙烯/鐵氧體、橡膠/鐵氧體、聚苯硫醚/鐵氧體、聚苯硫醚/釹鐵硼、聚苯硫醚/復(fù)合磁粉等體系。
通常尼龍樹(shù)脂因其加工性能好而被廣泛用于注塑磁體，但其耐高溫性和耐溶劑性能差在某些領(lǐng)域被限制應(yīng)用如空調(diào)、冰柜等制冷設(shè)備，壓縮機(jī)里面的冷凍機(jī)油對(duì)尼龍具有溶脹作用，影響著磁性器件的尺寸穩(wěn)定性(CN102504534A)。聚苯硫醚樹(shù)脂因其優(yōu)異的耐溶劑性能是這類注塑磁體最合適的粘結(jié)劑。
對(duì)于磁粉，釹鐵硼磁體因其較高的磁性而被稱為“磁王”，但其居里溫度低、易氧化、易腐蝕且成本昂貴限制著其應(yīng)用。鐵氧體雖然性能穩(wěn)定，耐腐蝕、抗氧化、價(jià)格低廉，但其矯頑力太低，抗外界磁場(chǎng)干擾能力弱，導(dǎo)致注塑鐵氧體制備的轉(zhuǎn)子難以在復(fù)雜的電磁環(huán)境下穩(wěn)定工作；而釤鐵氮的磁性能理論值接近釹鐵硼卻遠(yuǎn)高于鐵氧體，且其稀土金屬元素含量低，所以價(jià)格相對(duì)低、節(jié)約國(guó)家的稀土資源。是無(wú)論從性能和價(jià)格都是介于二者之間。
隨著節(jié)能減排政策的推廣，在制冷電器中，變頻技術(shù)越來(lái)越多的取代定頻技術(shù)，制冷電器對(duì)轉(zhuǎn)子磁體的磁性能要求也越來(lái)越高，因此，要求制備轉(zhuǎn)子磁體的注塑磁具有更高的磁性能。目前，傳統(tǒng)的尼龍/鐵氧體注塑磁體系已難以滿足其要求，所以PPS/釤鐵氮磁性復(fù)合材料是最理想的材料。
雖然國(guó)內(nèi)也有不少關(guān)于PPS/釤鐵氮的體系的報(bào)道，大多都是復(fù)合磁粉，即用釹鐵硼、釤鐵氮、釹鐵氮、鐵氧體中的兩種或者多種磁粉混合，用偶聯(lián)劑簡(jiǎn)單處理后與樹(shù)脂復(fù)合制備注塑磁體。而PPS的成型加工溫度都在300℃～330℃，實(shí)際上會(huì)導(dǎo)致釹鐵硼等磁粉嚴(yán)重氧化， 甚至高溫退磁，導(dǎo)致其高的磁性能不能充分的發(fā)揮；同時(shí)，不同粉體之間存在界面問(wèn)題，影響在磁路的完整性，難以達(dá)到理想的磁性。而本專利采用表面磷化處理后再偶聯(lián)的工藝，既保證了釤鐵氮粉末不被氧化，又改善了磁粉和樹(shù)脂之間的界面性能，達(dá)到發(fā)揮其高磁性的目的。
此外，注塑磁的基體樹(shù)脂要具有高的流動(dòng)性，以利于注塑時(shí)磁粉在樹(shù)脂中飽和取向。在磁粉填充量較高時(shí)易導(dǎo)致聚苯硫醚樹(shù)脂的流動(dòng)性和力學(xué)性能嚴(yán)重下降。因此，本發(fā)明首先對(duì)PPS樹(shù)脂進(jìn)行改性，然后再和磁粉混煉造粒，得到磁性、力學(xué)性能和流動(dòng)性良好的復(fù)合材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是采用兩步造粒工藝解決現(xiàn)有工藝技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種性能優(yōu)良的聚苯硫醚樹(shù)脂基磁性復(fù)合材料及其制備方法。
本發(fā)明所述的聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料，其所包括的組份及其各組分百分含量如下：
聚苯硫醚樹(shù)脂 9％～15％
釤鐵氮磁粉 82％～90％
復(fù)合塑料助劑 1％～5％
本發(fā)明所述的高性能聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料，其中所述的釤鐵氮磁粉化學(xué)式是Sm2Fe17Nx(其中1.0≤x≤3.0)；所述的聚苯硫醚樹(shù)脂的分子量為10000～30000；所述的復(fù)合助劑是增塑劑、潤(rùn)滑劑和抗氧劑的混合物。
本發(fā)明所述的聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
步驟1.釤鐵氮磁粉表面處理
用一定量的磷酸酯偶聯(lián)劑和磷酸溶解在適量的無(wú)水乙醇或丙酮中，無(wú)水乙醇或丙酮用量以能完全包覆磁粉為限；然后加入100份釤鐵氮磁粉，50℃～60℃下攪拌混合均勻，然后在80℃真空干燥6小時(shí)，得到表面處理的釤鐵氮磁粉；
步驟2.聚苯硫醚樹(shù)脂改性
將聚苯硫醚樹(shù)脂、增塑劑、潤(rùn)滑劑和抗氧劑等按比例稱量混合后用雙螺桿擠出機(jī)在250℃～300℃造粒，得到改性聚苯硫醚樹(shù)脂。
步驟3.聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料制備
將改性聚苯硫醚樹(shù)脂和表面處理過(guò)的釤鐵氮磁粉混合均勻，用雙螺桿擠出機(jī)在280℃-310℃擠出造粒得到聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料。
步驟4.注塑成型
將步驟3中制備的聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料加入注塑機(jī)中注塑成型，用電磁場(chǎng)取 向，取向場(chǎng)強(qiáng)度1～3特斯拉，注塑機(jī)炮筒溫度設(shè)定為300℃～320℃，模具溫度60℃～80℃。
進(jìn)一步，本發(fā)明所述的一種高性能聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料的制備方法，其中所述的釤鐵氮粉末化學(xué)式是Sm2Fe17Nx(其中1.0≤x≤3.0)；所述的聚苯硫醚樹(shù)脂的分子量為10000～30000；所述的復(fù)合助劑是增塑劑、潤(rùn)滑劑和抗氧劑的混合物。
更進(jìn)一步，本發(fā)明步驟1中所述的表面處理劑是用磷酸酯偶聯(lián)劑和磷酸經(jīng)無(wú)水乙醇或丙酮稀釋溶解制備的，其用量分別占磁粉質(zhì)量的0.5％和1％。所述的復(fù)合塑料助劑包括增塑劑、潤(rùn)滑劑和抗氧劑，其用量分別占聚苯硫醚樹(shù)脂質(zhì)量的0.5％～15％、0.5％～10％、0.5％～10％。
本發(fā)明技術(shù)最優(yōu)方案為：通過(guò)兩步法工藝制備聚苯硫醚/釤鐵氮復(fù)合材料，優(yōu)選的釤鐵氮磁粉的化學(xué)式為Sm2Fe17N3；優(yōu)選的聚苯硫醚樹(shù)脂的平均分子量為15000。此時(shí)，聚苯硫醚：釤鐵氮：復(fù)合助劑的最佳配比為80∶910∶10。
與現(xiàn)有工藝技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)兩步造粒的工藝制備的聚苯硫醚樹(shù)脂基磁性復(fù)合材料，具有以下益處：
第一、本發(fā)明利用多種功能助劑和聚苯硫醚樹(shù)脂制備多功能母粒，改善聚苯硫醚樹(shù)脂本身的力學(xué)性能和成型加工性，有利于提高最終復(fù)合材料的綜合性能；同時(shí)，有利于改善各種助劑和釤鐵氮磁粉因密度差異而引起的混煉時(shí)分離的現(xiàn)象。
第二、本發(fā)明利用磷化和偶聯(lián)的工藝對(duì)釤鐵氮磁粉進(jìn)行表面處理，在粉末表面形成一層磷化膜后又包覆偶聯(lián)劑，可以有效避免在高溫混煉造粒時(shí)釤鐵氮被氧化，同時(shí)又改善了粉末和樹(shù)脂之間的相容性，有利于提高磁粉在樹(shù)脂中的分散性、復(fù)合材料的加工性及力學(xué)性能。
第三、本發(fā)明制備的聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料，磁性能接近現(xiàn)有的聚苯硫醚/釹鐵硼磁體并且降低了成本；與現(xiàn)有的聚苯硫醚/鐵氧體相比，磁性能得到極大提高，可以滿足高磁性場(chǎng)合的使用要求。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作更具體的說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例1.
本實(shí)施例中的各種原料及原料的質(zhì)量百分比如下：
聚苯硫醚樹(shù)脂(Mn＝15000) 8％
釤鐵氮粉末(Sm2Fe17N2.3) 91％
復(fù)合助劑 1％
本實(shí)例中用的聚苯硫醚樹(shù)脂的分子量為15000；所用的復(fù)合助劑是增塑劑、潤(rùn)滑劑和抗 氧劑的混合物，各種助劑的質(zhì)量百分比如下：
增塑劑 偏苯三酸三辛酯(商品名：TOTM) 5％
潤(rùn)滑劑 季戊四醇硬脂酸酯 5％
抗氧劑 抗氧劑4426 2.5％
工藝步驟如下：
(1)釤鐵氮磁粉表面處理
將0.5份磷酸酯偶聯(lián)劑和1份的磷酸溶解在適量的無(wú)水乙醇中得到混合表面處理劑，乙醇或丙酮用量以能完全包覆磁粉為限；然后加入100份釤鐵氮磁粉(Sm2Fe17N2.3)，50℃～60℃充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，然后?0℃真空干燥6小時(shí)，得到表面處理的釤鐵氮磁粉；
(2)混煉造粒
將分子量為15000的聚苯硫醚樹(shù)脂、增塑劑TOTM、潤(rùn)滑劑季戊四醇硬脂酸酯和抗氧劑4426等一起用雙螺桿擠出機(jī)在250℃～280℃造粒，得到改性聚苯硫醚樹(shù)脂。
(3)聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料制備
將改性聚苯硫醚樹(shù)脂和表面處理過(guò)的釤鐵氮磁粉混合均勻，用雙螺桿擠出機(jī)在300℃～310℃擠出造粒得到聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料。
(4)注塑成型
將步驟3中制備的磁性復(fù)合材料加入注塑機(jī)中注塑制樣，用電磁場(chǎng)取向，取向場(chǎng)強(qiáng)度2特斯拉，注塑機(jī)炮筒溫度設(shè)定為300℃～330℃，模具溫度60℃～80℃。
按照相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，將本實(shí)例步驟4中制得的磁性復(fù)合材料樣品進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如下：Br＝0.56T Hcj＝682KA/m，(BH)m＝45KJ/m3，沖擊強(qiáng)度7.5kJ/m2，拉伸強(qiáng)度46.7MPa，彎曲強(qiáng)度43.0MPa，熔融指數(shù)為185g/10min。
實(shí)施例2.
本實(shí)施例中的各種原料及原料的質(zhì)量百分比如下：
聚苯硫醚樹(shù)脂(Mn＝25000) 8％
釤鐵氮粉末(Sm2Fe17N2.3) 91％
復(fù)合助劑 1％
本實(shí)例中用的聚苯硫醚樹(shù)脂的分子量為25000；所用的復(fù)合助劑是增塑劑、潤(rùn)滑劑和抗氧劑的混合物，各種助劑的質(zhì)量百分比如下：
增塑劑 偏苯三酸三辛酯(商品名：TOTM) 5％
潤(rùn)滑劑 季戊四醇硬脂酸酯 5％
抗氧劑 抗氧劑4426 2.5％
工藝步驟如下：
(1)釤鐵氮磁粉表面處理
將0.5份磷酸酯偶聯(lián)劑和1份的磷酸溶解在適量的無(wú)水乙醇中得到混合表面處理劑，乙醇或丙酮用量以能完全包覆磁粉為限；然后加入100份釤鐵氮磁粉(Sm2Fe17N2.3)，50℃～60℃充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，然后?0℃真空干燥6小時(shí)，得到表面處理的釤鐵氮磁粉；
(2)混煉造粒
將分子量為25000的聚苯硫醚樹(shù)脂、增塑劑TOTM、潤(rùn)滑劑季戊四醇硬脂酸酯和抗氧劑4426等一起用雙螺桿擠出機(jī)在250℃～280℃造粒，得到改性聚苯硫醚樹(shù)脂。
(3)聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料制備
將改性聚苯硫醚樹(shù)脂和表面處理過(guò)的釤鐵氮磁粉混合均勻，用雙螺桿擠出機(jī)在300℃～310℃擠出造粒得到聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料。
(4)注塑成型
將步驟3中制備的磁性復(fù)合材料加入注塑機(jī)中注塑成型，用電磁場(chǎng)取向，取向場(chǎng)強(qiáng)度2特斯拉，注塑機(jī)炮筒溫度設(shè)定為300℃～330℃，模具溫度60℃～80℃。
按照相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，將本實(shí)例步驟4中制得的磁性復(fù)合材料樣品進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如下：Br＝0.52T Hcj＝640KA/m，(BH)m＝39KJ/m3，沖擊強(qiáng)度10.5kJ/m2，拉伸強(qiáng)度55.0MPa，彎曲強(qiáng)度53.0MPa，熔融指數(shù)為150g/10min。
實(shí)施例3.
本實(shí)施例中的各種原料及原料的質(zhì)量百分比如下：
聚苯硫醚樹(shù)脂Mn＝15000) 8％
釤鐵氮粉末(Sm2Fe17N2.7) 91％
復(fù)合助劑 1％
本實(shí)例中用的聚苯硫醚樹(shù)脂的分子量為15000；所用的復(fù)合助劑是增塑劑、潤(rùn)滑劑和抗氧劑的混合物，各種助劑的質(zhì)量百分比如下：
增塑劑 偏苯三酸三辛酯(商品名：TOTM) 2.5％
潤(rùn)滑劑 季戊四醇硬脂酸酯 4％
抗氧劑 抗氧劑4426 6％
工藝步驟如下：
(1)釤鐵氮磁粉表面處理
將0.5份磷酸酯偶聯(lián)劑和1份的磷酸溶解在適量的丙酮中，丙酮用量以能完全包覆磁粉為限；然后加入100份釤鐵氮磁粉(Sm2Fe17N2.7)，50℃～60℃下充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，然后?0℃真空干燥6小時(shí)，得到表面處理的釤鐵氮磁粉；
(2)混煉造粒
將分子量為15000的聚苯硫醚樹(shù)脂、增塑劑TOTM、潤(rùn)滑劑季戊四醇硬脂酸酯和抗氧劑4426等一起用雙螺桿擠出機(jī)在250℃～280℃造粒，得到改性聚苯硫醚樹(shù)脂。
(3)聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料制備
將改性聚苯硫醚樹(shù)脂和表面處理過(guò)的釤鐵氮磁粉混合均勻，用雙螺桿擠出機(jī)在300℃～310℃擠出造粒得到聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料。
(4)注塑成型
將步驟3中制備的磁性復(fù)合材料加入注塑機(jī)中注塑制樣，用電磁場(chǎng)取向，取向場(chǎng)強(qiáng)度2特斯拉，注塑機(jī)炮筒溫度設(shè)定為300℃～330℃，模具溫度60℃～80℃。
本實(shí)例制得的磁性復(fù)合材料經(jīng)注塑制樣，按照相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，性能測(cè)試結(jié)果如下：Br＝0.59T Hcj＝700KA/m，(BH)m＝54KJ/m3，沖擊強(qiáng)度8.4kJ/m2，拉伸強(qiáng)度44.8MPa，彎曲強(qiáng)度45.0MPa，熔融指數(shù)為203g/10min。
實(shí)施例4.
本實(shí)施例中的各種原料及原料的質(zhì)量百分比如下：
聚苯硫醚樹(shù)脂PPS Mn＝15000) 8％
釤鐵氮粉末(Sm2Fe17N3) 91％
復(fù)合助劑 1％
本實(shí)例中用的聚苯硫醚樹(shù)脂的分子量為15000；所用的復(fù)合助劑是增塑劑、潤(rùn)滑劑和抗氧劑的混合物，各種助劑的質(zhì)量百分比如下：
增塑劑 PPA-2000 2.5％
潤(rùn)滑劑 季戊四醇硬脂酸酯 6％
抗氧劑 抗氧劑4426 4％
工藝步驟如下：
(1)釤鐵氮磁粉表面處理
將0.5份磷酸酯偶聯(lián)劑和1份的磷酸溶解在適量的無(wú)水乙醇中，無(wú)水乙醇用量以能完全包覆磁粉為限；然后加入100份釤鐵氮磁粉(Sm2Fe17N3)，50℃～60℃下充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，然后?0℃真空干燥6小時(shí)，得到表面處理的釤鐵氮磁粉；
(2)混煉造粒
將分子量為15000的聚苯硫醚樹(shù)脂、增塑劑PPA-2000、潤(rùn)滑劑季戊四醇硬脂酸酯和抗氧劑4426等一起用雙螺桿擠出機(jī)在250℃～280℃造粒，得到改性聚苯硫醚樹(shù)脂。
(3)聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料制備
將改性聚苯硫醚樹(shù)脂和表面處理過(guò)的釤鐵氮磁粉混合均勻，用雙螺桿擠出機(jī)在300℃～310℃擠出造粒得到聚苯硫醚/釤鐵氮磁性復(fù)合材料。
(4)注塑成型
將步驟3中制備的磁性復(fù)合材料加入注塑機(jī)中注塑制樣，用電磁場(chǎng)取向，取向場(chǎng)強(qiáng)度2特斯拉，注塑機(jī)炮筒溫度設(shè)定為300℃～330℃，模具溫度60℃～80℃。
按照相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，將本實(shí)例步驟4中制得的磁性復(fù)合材料樣品進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如下：Br＝0.63T Hcj＝710KA/m，(BH)m＝60KJ/m3，沖擊強(qiáng)度8.3kJ/m2，拉伸強(qiáng)度49.0MPa，彎曲強(qiáng)度42.0MPa，熔融指數(shù)為205g/10min。
實(shí)施例5.
本實(shí)施例中的各種原料及原料的質(zhì)量百分比如下：
聚苯硫醚樹(shù)脂(Mn＝15000) 8％
釤鐵氮粉末(Sm2Fe17N3) 91％
復(fù)合助劑 1％
本實(shí)例中用的聚苯硫醚樹(shù)脂的分子量為15000；所用的復(fù)合助劑是增塑劑、潤(rùn)滑劑和抗氧劑的混合物，各種助劑的質(zhì)量百分比如下：
增塑劑 PPA-2000 2.5％
潤(rùn)滑劑 季戊四醇硬脂酸酯 6％
抗氧劑 抗氧劑4426 4％
工藝步驟如下：
(1)釤鐵氮磁粉表面處理
將0.5份磷酸酯偶聯(lián)劑和1份的磷酸溶解在適量的無(wú)水乙醇中，無(wú)水乙醇用量以能完全包覆磁粉為限；然后加入100份釤鐵氮磁粉(Sm2Fe17N3)，50℃～60℃下充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，然后?0℃真空干燥6小時(shí)，得到表面處理的釤鐵氮磁粉；
(2)混煉造粒
將分子量為15000的聚苯硫醚樹(shù)脂、增塑劑PPA-2000、潤(rùn)滑劑季戊四醇硬脂酸酯和抗氧劑4426和表面處理過(guò)的釤鐵氮磁粉一起混合均勻，用雙螺桿擠出機(jī)在280℃～310℃擠出造粒 得到聚苯硫醚樹(shù)脂基磁性復(fù)合材料。
(3)注塑成型
將步驟2中制備的磁性復(fù)合材料加入注塑機(jī)中注塑制樣，用電磁場(chǎng)取向，取向場(chǎng)強(qiáng)度2特斯拉，注塑機(jī)炮筒溫度設(shè)定為300℃～330℃，模具溫度60℃～80℃。
按照相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，將本實(shí)例步驟3中制得的磁性復(fù)合材料樣品進(jìn)行性能測(cè)試，結(jié)果如下：Br＝0.52T Hcj＝670KA/m，(BH)m＝40KJ/m3，沖擊強(qiáng)度5.7kJ/m2，拉伸強(qiáng)度38.0MPa，彎曲強(qiáng)度37.0MPa，熔融指數(shù)為145g/10min。
表1實(shí)施例中測(cè)試結(jié)果
對(duì)比上述實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以看出：
(1)聚苯硫醚樹(shù)脂的分子量越大，復(fù)合材料力學(xué)強(qiáng)度越高，但是流動(dòng)性下降，影響最終復(fù)合材料的磁性能降低。
(2)衫鐵氮Sm2Fe17Nx(其中2.0≤x≤3.0)中N元素的含量對(duì)磁性能有明顯的影響，當(dāng)Sm2Fe17Nx中三種元素比例為2∶17∶3時(shí)復(fù)合材料的磁性能最高。
(3)對(duì)比實(shí)施例4和5得到，兩步法的工藝制備的復(fù)合材料的力學(xué)、成型加工性和磁性能都優(yōu)于一步法的工藝。