一種各向異性的高分子永磁復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，尤其涉及一種各向異性的高分子永磁復(fù)合材料的制備方法以及由該制備方法得到的復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]熱塑性磁彈性體是由永磁磁粉和熱塑性高分子彈性體經(jīng)過精細(xì)制造而成的熱塑性永磁彈性復(fù)合材料，其特點(diǎn)是兼具有熱塑性高分子基體的熱塑性和彈性，同時(shí)易于加工并且兼具永磁材料的磁性能，不易碎，便于運(yùn)輸、裝配，使用方便；尺寸可通過裁切任意調(diào)整，產(chǎn)出產(chǎn)品形狀多樣化，可制成任意形狀的連續(xù)制品；生產(chǎn)流程短，效率高，加工成本低；可完全回收，綠色能耗低等。
[0003]永磁材料的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的過程。20世紀(jì)30年代，AlNiCo永磁合金發(fā)現(xiàn)以來，其一直處于永磁材料的領(lǐng)先地位，磁性行業(yè)不斷發(fā)展，直至永磁鐵氧體材料的出現(xiàn)，不僅節(jié)約了Ni，Co元素，同時(shí)也開辟了其應(yīng)用的廣度，不僅可以作為電器元件的組成部分，同時(shí)在醫(yī)學(xué)生物領(lǐng)域也有一定的影響;然而70年代初稀土永磁材料的發(fā)現(xiàn)則使得永磁材料市場(chǎng)發(fā)生巨大的改變，稀土永磁材料中，釤鈷磁性材料具有優(yōu)異的磁性能并且穩(wěn)定性較好，于是其在通訊技術(shù)以及國(guó)防領(lǐng)域和自動(dòng)化領(lǐng)域得到了巨大的應(yīng)用，發(fā)揮了其應(yīng)有的價(jià)值，然而，由于兩種元素含量的稀缺，使得人們更致力于尋求用鐵來代替鈷元素的方法。然而，之后不久，Sagawa和Croat就制備得到了釹鐵硼永磁體，表明了第三代永磁材料的誕生，這是永磁材料發(fā)展史上一個(gè)尤其重要的時(shí)刻，國(guó)內(nèi)外學(xué)者爭(zhēng)相進(jìn)行研究。首先它含有鐵元素，相對(duì)價(jià)格便宜;其次釹元素的加入降低了釤元素的成本;再次，此種材料呈現(xiàn)了比釤鈷更好更優(yōu)異的磁性能，被譽(yù)為新一代的“磁王”。
[0004]目前由于單純永磁材料的脆性，使得其不易于加工同時(shí)限制了其應(yīng)用的廣度，為了提高此種材料易加工的性能，擴(kuò)大永磁材料的應(yīng)用范圍，采用高分子材料與永磁粉體材料進(jìn)行結(jié)合的方式能夠有效的制備出以高分子為基體的永磁復(fù)合材料，兼具有高分子易加工的性能以及永磁材料良好的磁性能，具有更高的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)對(duì)于熱塑性高分子基體來說，其具有更大的再加工性以及再回收和可重復(fù)性。Fu-Ming Hsu等就通過將永磁顆粒分散于PU中同時(shí)在外部磁場(chǎng)條件下進(jìn)行取向，在紫外光照下進(jìn)行固化制備得到了各向異性永磁高分子復(fù)合材料，然而在此過程中他采用的是熱固性高分子材料，相比于熱塑性基體來說，此種高分子基體的熱固性導(dǎo)致其不易再加工，在CN200910083900.6的專利文獻(xiàn)中，所應(yīng)用的就是常溫下為液態(tài)，加熱固化的熱固性高分子材料，固化后其不能保持流動(dòng)狀態(tài)因而限制了內(nèi)部磁性顆粒充分運(yùn)動(dòng)的自由度，使得復(fù)合材料的應(yīng)用受到一定限制?；诖宋覀兙C合了材料的磁性能和高分子的熱塑性，改變基體成為解決加工性能差的最好方式。
[0005]基于熱塑性高分子的永磁復(fù)合彈性體材料的應(yīng)用廣度在逐漸擴(kuò)大，隨著人們對(duì)于超薄，超輕以及高功能性要求的提高，單純的永磁材料已經(jīng)不能滿足人們的多樣需求，因此人們將目光逐漸聚焦于熱塑性高分子彈性體，由于其優(yōu)異的柔韌性以及良好的加工性能，不斷得到大家的重視。同時(shí)永磁材料的磁性能也可以通過特有的加工方式得到特殊的結(jié)構(gòu)因而得到提高。而對(duì)此類材料的研究主要是制備各向同性的彈性磁體，據(jù)國(guó)內(nèi)外一些專利報(bào)道，目前對(duì)于用各向同性NdFeB磁粉制備彈性各向同性磁體，其磁能積較低，而各向異性磁粉相比于各向同性磁粉來說由于其生產(chǎn)加工工藝的不同，磁性能能得到較大的提高，因此利用各向異性磁粉制備具有取向結(jié)構(gòu)的各向異性彈性永磁體就成了解決這一問題的最佳方案。目前對(duì)于各向異性磁體的制備方面，一般都采用各向異性的鐵氧體粉末，主要是利用這類粉末具有形狀各向異性的特點(diǎn)取向成型，即使采用外磁場(chǎng)取向的方法，所需取向磁場(chǎng)一般不超過0.7T;而具有比鐵氧體更高磁性能的各向異性Nd2Fei4B或S1112C017等稀土金屬磁粉，由于矯頑力很高，因此對(duì)于加工過程有一定的限制。
[0006]在CN200610089368.5專利文獻(xiàn)中，介紹了取向粘結(jié)磁體的制備方法，該方法的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)就是在取向的過程中在壓延機(jī)中加上電磁鐵，從而產(chǎn)生取向磁場(chǎng)，這樣物料在壓延機(jī)中就能進(jìn)行取向，從而產(chǎn)生各向異性磁體。但是該方法適用于對(duì)于矯頑力的要求比較低的材料，對(duì)于S1112C017和Nd2Fei4B這類矯頑力較高的永磁體來說磁場(chǎng)強(qiáng)度太小，比較難實(shí)現(xiàn)；同時(shí)，這種在壓延機(jī)內(nèi)加磁場(chǎng)的方法，取向效果不是很理想。因此單獨(dú)使用這種方法不適用于制備我們所想要進(jìn)行取向的各向異性永磁復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，根據(jù)取向過程的瞬時(shí)性，提供一種兩步加熱工藝合成新的各向異性的高分子永磁復(fù)合材料，這種方法制備的永磁復(fù)合材料不僅具有優(yōu)異的各向異性，而且同時(shí)兼具熱塑性高分子材料易加工的性能以及永磁材料的優(yōu)異磁性，同時(shí)加工過程中強(qiáng)磁場(chǎng)的瞬時(shí)性能使得顆粒發(fā)生較大程度的擇優(yōu)取向，并且在相對(duì)較弱的磁場(chǎng)下保持恒定直至基體固化，粉體最終難以偏轉(zhuǎn)。
[0008]本發(fā)明提供一種各向異性的高分子永磁復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0009]步驟一、將永磁材料與熱塑性高分子材料混合，加熱使得永磁材料與熱塑性高分子材料熔融以得到充分的混合，得到產(chǎn)物一；
[0010]步驟二、將產(chǎn)物一進(jìn)行第二次加熱，得到產(chǎn)物二，產(chǎn)物二的流動(dòng)性較產(chǎn)物一的流動(dòng)性好；
[0011]步驟三、將產(chǎn)物二填充到模具中，在電磁鐵的作用力下處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中進(jìn)行壓制成型直至無縫，得到產(chǎn)物三；
[0012]步驟四、對(duì)產(chǎn)物三施加外加磁場(chǎng)進(jìn)行磁場(chǎng)取向，得到各向異性的高分子永磁復(fù)合材料。
[0013]進(jìn)一步地，永磁材料包括釹鐵硼、釤鈷和鍶鐵氧體中的一種或者多種;熱塑性高分子材料包括基于熱塑性高分子的聚氨酯彈性體系列。
[0014]進(jìn)一步地，步驟一中熱塑性高分子材料占永磁材料和熱塑性高分子材料混合物的重量百分?jǐn)?shù)是10-60 %。
[0015]進(jìn)一步地，永磁材料為永磁粉，永磁粉為自制或市售的任意一種各向異性Sm2Co17永磁粉、各向異性Nd2Fe14B永磁粉或者各向異性鍶鐵氧體永磁粉。
[0016]進(jìn)一步地，步驟一中的加熱溫度是1800C-250°C，時(shí)間是10min_30min ；步驟二中的加熱溫度是180°C_250°C，時(shí)間是5min-20min;步驟三中的磁場(chǎng)強(qiáng)度是0.5T-1.2T。
[0017]進(jìn)一步地，步驟四中的取向磁場(chǎng)大小不超過1.2T，作用時(shí)間是5-lOs。
[0018]進(jìn)一步地，步驟四中的取向磁場(chǎng)大小不超過0.7T，作用時(shí)間是6_8s。
[0019]進(jìn)一步地，產(chǎn)物三是在熔融狀態(tài)下被施加外加磁場(chǎng)進(jìn)行磁場(chǎng)取向。
[0020]進(jìn)一步地，還包括步驟五、將步驟四中得到的各向異性的高分子永磁復(fù)合材料在磁場(chǎng)環(huán)境下冷卻，使得其取向狀態(tài)能夠得以保持;步驟五中的磁場(chǎng)環(huán)境的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍是0.2T-0.5To
[0021]本發(fā)明還提供一種各向異性的高分子永磁復(fù)合材料采用以上各向異性的高分子永磁復(fù)合材料的制備方法制得的。
[0022]進(jìn)一步地，包括熱塑性高分子材料和永磁材料;永磁材料為粉狀，其粒徑在150微米以下;永磁材料在熱塑性高分子材料中的分布為各向異性。
[0023]有益效果:
[0024](I)引用了第二步加熱階段更好的保證了高分子的流動(dòng)性，然后再進(jìn)行取向，使得整個(gè)過程能夠更加簡(jiǎn)易地操作，同時(shí)取向效果也更好。
[0025](2)本發(fā)明由于采用各向異性永磁粉作為原料，復(fù)合磁體具有良好優(yōu)異的各向異性以及高的剩磁;而且又具有易于加工成型的能力，同時(shí)對(duì)于外加強(qiáng)取向磁場(chǎng)的時(shí)間需求較短，特別是通過調(diào)整磁粉和高分子的配比，可實(shí)現(xiàn)性能與價(jià)格的可調(diào)。
[0026](3)由于高分子基體的熱塑性使得此類復(fù)合材料更易于加工，便于制備。
[0027](4)在復(fù)合材料的熔融狀態(tài)下施加外界磁場(chǎng)使其取向，同時(shí)冷卻過程中此種取向狀態(tài)能夠使其得以保持，最終在一定方向上具有較大的剩磁。
[0028](5)本發(fā)明適用于汽車制造、自動(dòng)化、儀器儀表等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的一種各向異性的高分子永磁復(fù)合材料取向機(jī)理的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
[0031]如圖1所示，熱塑性高分子材料與永磁材料經(jīng)熔融共混后，仍在高于熔點(diǎn)的溫度下保持其熔融狀態(tài)，并于此熔融狀態(tài)下被施加磁場(chǎng)。由于在磁場(chǎng)中高分子基體仍然保持熔融狀態(tài)，使得永磁顆粒得以在熔融的高分子基體中進(jìn)行磁取向排列。保持磁場(chǎng)狀態(tài)下冷卻復(fù)合材料使得其中的磁取向結(jié)構(gòu)得以保持，從而得到具有各向異性磁取向結(jié)構(gòu)的高分子永磁復(fù)合材料。
[0032]實(shí)施例1:各向異性釤鈷高分子永磁復(fù)合材料的制備
[0033]步驟一、將各向異性Sm2Co17磁粉與熱塑性聚氨酯混合，其中兩者的配比(重量百分?jǐn)?shù))為各向異性Sm2Con磁粉占90%，熱塑性聚氨酯占10%;加熱溫度為180 °C_220°C，時(shí)間是20min-25min，使得各向異性Sm2Co17磁粉和熱塑性聚氨酯熔融以得到充分的混合，得到產(chǎn)物
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[0034]步驟二、將產(chǎn)物一進(jìn)行第二次加熱，加熱溫度是180°C_220