CN101477866A - 一种各向异性柔性粘结钕铁硼磁体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高性能各向异性柔性粘结钕铁硼磁体，由经改性处理过的橡胶类粘结剂与各向异性钕铁硼磁粉及加工助剂按比例混合均匀，然后将混合均匀后的胶料在磁场取向下采用压制或者挤出或者注射成型制成一定厚度的高性能柔性磁体，其中各组分的重量含量为：HDDR各向异性钕铁硼磁粉87－97％、改性橡胶类粘结剂1－8％、加工助剂0－5％。与其它刚性钕铁硼磁体相比，本发明磁体特点是兼具有很好的柔性和磁性能，不易碎，便于运输、装配，使用方便；尺寸可通过裁切任意调整，产品形状多样化，可制成超薄、超长、超宽的片材、带材和各种形状的制品等；无需复杂模具，试样快捷；生产流程短，效率高，加工成本低；边料可回收，能耗低等。

Description

一种各向异性柔性粘结钕铁硼磁体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种各向异性柔性粘结稀土永磁材料及其制造方法，具体地，涉及一种各向异性柔性粘结钕铁硼磁体及其制造方法。
背景技术
在永磁材料的大家族中，上世纪80年代问世的以Nd2Fe14B为基体的钕铁硼永磁体具有最优异的磁性能。上世纪90年代以来，随着计算机为主体的信息产业的强劲需求，以快淬钕铁硼为代表的各向同性刚性粘结钕铁硼磁体得到广泛的应用。
以往的各向同性粘结钕铁硼磁体加工方法多采用硬质塑料、树脂等作为粘结剂和钕铁硼磁粉混炼造粒后模压、注塑或者挤出成型，所制得的磁体都是刚性、易脆、不能弯曲的，而且采用模压、注塑成型工艺生产不同规格的产品则需要不同的模具，开发成本较高，周期较长。同时刚性磁体虽然具有较高的磁性能和一定的形状自由度，但是存在运输、装配不便等缺点，而且制作成超薄厚度(小于0.6mm)，超大长度(大于500mm)的磁体非常困难。
为此人们设计开发出柔性粘结磁体，其不同于刚性粘结磁体，它以橡胶为粘结剂，采用橡胶加工工艺生产，不需要大量的模具开发费用、生产效率高、可自由弯曲不开裂、制品尺寸可任意变更、厚度可小于0.6mm、便于客户装配使用，已广泛应用于家电、汽车、办公自动化等领域，需求量很大。但现有大规模生产技术中，所采用的磁粉多数为铁氧体，此类铁氧体粘结磁体虽然具有一定的抗氧化腐蚀性能和较好的机械性能，但是磁性能较低。为了解决以上问题，采用各向同性快淬钕铁硼磁粉代替铁氧体，可以使柔性磁体的最大磁能积由18kJ/m3提高到68kJ/m3，这项技术已在申请人的专利ZL 200410052150.3中得到揭示。随着应用领域对元器件不断提出超薄、超轻、稳定、大功率的要求，比如音乐厅、广场、家庭等需要面积更大、厚度更薄、声音传得更远的高保真平面喇叭；手提电脑中需要更薄、更大功率的风扇马达以满足高速处理芯片的散热要求；洗衣机、风扇等家电中也需要更平稳、更大力矩的直驱电机；手机、MP3、MP4等多媒体设备用需要超薄、超轻的柔性传感器等，而柔性粘结钕铁硼磁体可满足这种使用要求。
近年来，随着信息产品进一步薄型化和高效化的迫切需求，对磁性材料的性能又提出了更高的要求，人们又研究和开发了具有更高永磁性能的各向异性钕铁硼材料。其中，制备各向异性钕铁硼粘结磁粉最为成功的方法就是采用HDDR工艺(Hydrogenation-氢化、Disproportionation-歧化、Desorption-脱氢、Recombinatio-再复合，简称为HDDR)。目前研发和市场的重点都放在用HDDR各向异性钕铁硼磁粉为原料制备刚性粘结磁体。根据相应的物理状态不同，粘结磁体可分为刚性粘结磁体和柔性粘结磁体，不同类型的粘结磁体又根据成型方式分为模压、注塑、挤出、压延、注射等。为获得合乎需要的磁体，利用不同成型方法时，对原材料的选择也不一样。其中，模压成型HDDR各向异性刚性钕铁硼粘结磁体的最大磁能积最高达200kJ/m3，是各向同性刚性钕铁硼粘结磁体磁性能的两倍以上；塑料注塑成型HDDR各向异性刚性钕铁硼粘结磁体的最大磁能积最高亦有125kJ/m3，而国内外尚未见各向异性柔性粘结钕铁硼磁体产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型高性能各向异性柔性粘结钕铁硼磁体，以满足高性能微特电机、超薄传感器、电声器材等应用需求。
本发明的另一目的在于提供上述高性能各向异性柔性粘结钕铁硼磁体的制造方法。
本发明提供的一种高性能各向异性柔性粘结钕铁硼磁体，其组分及重量含量为：
各向异性HDDR钕铁硼磁粉87-97％；
改性橡胶类粘结剂1-8％；
加工助剂0-5％。
本发明所采用的磁粉主要是各向异性HDDR钕铁硼(NdFeB)磁粉，含有Nd2Fe14B的基本成分，经HDDR处理而制得。
磁体的磁性能与磁粉的密度的平方及取向度的乘积正相关。磁粉的粒径对磁体的密度和取向度都有影响，在本发明的实施方式中选用粒径250μm以下的磁粉，优选选用粒径75～180μm的磁粉。同时为了获得良好的加工流动性，磁粉的粒径分布最好是在一定范围内呈分散状态。本发明在需要时，各向异性HDDR钕铁硼磁粉还可以含有一定比例的其他稀土永磁类或者永磁铁氧体类磁粉中的一种或者几种。磁粉的含量对磁体的密度和取向度都有影响，当磁粉含量提高时，密度也提高，但磁粉颗粒之间及与粘结剂之间的粘滞阻力增大，磁粉转动困难，取向度降低。所以磁粉含量的选取要两者兼顾，在本发明的实施方式中，磁粉含量选用87-97wt％，在更优选的实施方式中选用90-95wt％。
本发明对所述的各向异性HDDR钕铁硼磁粉要进行表面处理，表面处理的方法选自有机或者无机胶包覆、化学或者物理沉积镀、反应钝化和它们的组合。
不同的高分子材料由于内聚能、加工粘度、密度等的不同，对无机材料的填充性是相差很大的，在柔性稀土磁体的开发中，如何选择粘结剂以及对粘结剂进行改性以期在保证取向度的前提下获得的尽可能高的磁粉填充性是一个关键的工作。本发明所采用的橡胶类粘结剂选自：氯化聚乙烯、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、聚氨酯橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚异丁烯橡胶、聚硫橡胶、硅橡胶、氢化丁腈橡胶、聚异戊烯橡胶、热塑性聚合物和它们的组合。在优选的实施方式中选用丁腈橡胶、聚异丁烯橡胶和热塑性聚合物中的一种或者几种。
为了使橡胶与磁粉有较好的亲和性以提高磁粉在磁体中的填充比例，橡胶需经过改性处理。橡胶改性的方法包括了以下的一种或几种：与加工助剂混炼法、热塑炼法、几种橡胶共混法、溶剂溶解法、功能基团接枝法等。加工助剂混炼法是指橡胶在加工助剂条件下混炼容易获得较好的塑性和填充特性，热塑炼法是指橡胶在加热的情况下获得塑性，橡胶共混是利用了多种橡胶各自特性在混合均匀情况下有功能协和加强作用，溶剂溶解法是在利用溶剂将橡胶融解，而功能基团接枝法是为了使橡胶具有某种特定功能而将具有功能的基团分子接枝在橡胶分子主链上以获得所需的性能要求，是比较常用的方法。
本发明所采用的加工助剂包括抗氧剂、交联剂、偶联剂、增塑剂、润滑剂、溶解剂和防老剂中的一种或几种。
本发明提供的高性能各向异性柔性粘结钕铁硼磁体的制造方法是：将己经改性处理过的橡胶类粘结剂和表面处理过的各向异性HDDR钕铁硼磁粉及加工助剂按比例混合均匀，混合方法采用密炼法、开炼法、搅拌法或螺杆混炼法，然后将混合均匀后的胶料采用压制、注射或者挤出成型制成一定厚度的柔性磁体；在该磁体成型时施加磁场取向，所用取向磁场包括静磁场、交变磁场或者脉冲磁场中的一种或者几种。
通常情况下，橡胶制品的强度较低，在很多的使用条件下是不能满足的，为此柔稀性钕铁硼磁体在有强度使用要求的情况下，要对磁体进行交联处理，使橡胶形成网状交联结构以获得更高的强度。交联方式可以采用以下的一种：电子束辐射、红外辐射、热空气加热、沸腾床、微波辐射、放射线辐射、平板加热等，在更优选的实施方式中选用平板或者热空气加热法。
本发明高性能各向异性柔性粘结钕铁硼磁体的制造方法，还包括所制得的磁体进行表面防护处理，处理方法有喷涂、气相沉积、涂布防护漆中的一种或者几种。
与现有的柔性粘结钕铁硼磁体相比，利用各向异性HDDR钕铁硼磁粉采用压制或者挤出或者橡胶注塑成型制成一定厚度的柔性磁体，具有磁性能高、可挠性好、信赖性好、生产效率高、成本低等特点，同时其兼具有很好的柔性和磁性能，磁体可以卷绕在其厚度10倍的轴上不断，不开裂，磁体最高磁性能可达到130kJ/m3，最高使用温度达120℃。本发明将具有更高磁性能的各向异性钕铁硼磁粉用于柔性粘结磁体的制备之中，使其磁性能进一步提高到超过刚性各向同性粘结钕铁硼磁体的水平，从而进一步扩大柔性磁体的应用领域，满足全球市场需求，填补国内外空白，改变中国稀土永磁行业现状。
具体实施方式
实施例1
选用粒径小于250μm的市售HDDR各向异性钕铁硼磁粉(标称最大磁能积320kJ/m3)。磁体配方比例(重量比)为HDDR各向异性钕铁硼磁粉100g，丁腈橡胶3.5g，乙烯-醋酸乙烯共聚物0.5g，硅烷偶联剂0.3g，有机过氧化物0.9g，硬脂酸钡0.3g，防老剂0.1g，增粘剂0.3g，流动排气剂0.3g。制造工艺：将磁粉与硅烷偶联剂混合均匀→在开炼机上将磁粉和其它原料混炼成片状(反复开炼20次)→把片状坯料破碎成3～6mm的粒料→在平板硫化机上装料预热(100℃*20min)→在2T的静磁场下取向，压制成厚度为2.0mm的磁片→在150℃条件下热交联20min，磁片绕在Φ20的圆棒上不出现裂纹，测试磁体的性能如下：
 
Br(T) Hcb(kA/m) Hcj(kA/m) BH(kJ/m3) 密度(g/cm3)
0.7035 434.08 924.0 83.04 5.36
实施例2
筛选粒径60-180μm的市售HDDR各向异性钕铁硼磁粉(标称最大磁能积320kJ/m3)。磁体配方比例(重量比)为HDDR各向异性钕铁硼磁粉100g，氯化聚乙烯3.5g，乙烯-醋酸乙烯共聚物0.5g，硅烷偶联剂0.3g，有机过氧化物0.9g，硬脂酸钡0.3g，防老剂0.1g，增粘剂0.3g，流动排气剂0.3g，制造工艺：将磁粉与硅烷偶联剂混合均匀→在开炼机上将磁粉和其它原料混炼成片状(反复开炼20次)→把片状坯料破碎成3～6mm的粒料→把粒料装入挤出机(模口温度设置70℃)→在3T的静磁场和60Hz、0.5T的交变磁场共同作用下取向，挤出宽度为25mm、厚度为2.0mm的磁片→在140℃条件下热交联15min，磁片绕在Φ20的圆棒上不出现裂纹，测试磁体的性能如下：
 
Br(T) Hcb(kA/m) Hcj(kA/m) BH(kJ/m3) 密度(g/cm3)
0.7813 405.24 902.5 90.15 5.35
实施例3
筛选粒径60-150μm的市售HDDR各向异性钕铁硼磁粉(标称最大磁能积320kJ/m3)。磁体配方比例(重量比)为HDDR各向异性钕铁硼磁粉100g，聚异丁烯橡胶3.0g，丁基橡胶0.4g，硅烷偶联剂0.3g，有机过氧化物0.8g，硬脂酸0.3g，防老剂0.1g，增粘剂0.3g，流动排气剂0.3g，制造工艺：将磁粉与硅烷偶联剂混合均匀→在开炼机上将磁粉和其它原料混炼成片状(反复开炼20次)→把片状坯料装入料桶加热到140℃→将料压注入模腔中保温保压1min→在2T的静磁场和峰值为2T的脉冲磁场共同作用下取向，压制成厚度为2.0mm的磁片→在140℃条件下热交联15min，磁片绕在Φ20的圆棒上不出现裂纹，测试磁体的性能如下：
 
Br(T) Hcb(kA/m) Hcj(kA/m) BH(kJ/m3) 密度(g/cm3)
0.8226 481.84 930.40 111.85 5.47
实施例4
筛选粒径75-150μm的市售HDDR各向异性钕铁硼磁粉(标称最大磁能积320kJ/m3)。磁体配方比例(重量比)为HDDR各向异性钕铁硼磁粉100g，聚异丁烯橡胶3.0g，丁基橡胶0.5g，硅烷偶联剂0.3g，有机过氧化物0.8g，硬脂酸0.5g，防老剂0.1g，流动排气剂0.3g，制造工艺：用溶剂把粘结剂、助剂制成胶体→把磁粉加入胶体内搅拌均匀→80℃烘烤5h去除所有溶剂形成坯料→把坯料破碎成1～3mm的粒料→在平板硫化机上装料预热(140℃*10min)→在3T的静磁场和峰值为2T的脉冲磁场共同作用下取向，压制成厚度为1.0mm的磁片→在140℃条件下热交联15min→在磁体表面气相沉积一层对二甲苯树脂的异构体涂层(parylene处理)。该磁体进行中性盐雾实验(5％的NaCl溶液/35℃*72h)后用5倍放大镜观察没出现锈迹。磁片绕在Φ10的圆棒上不出现裂纹，测试磁体的性能如下：
 
Br(T) Hcb(kA/m) Hcj(kA/m) BH(kJ/m3) 密度(g/cm3)
0.8685 514.48 967.20 126.08 5.60
实施例5
选用粒径75-150μm市售HDDR各向异性钕铁硼磁粉(标称最大磁能积320kJ/m3)和粒径180μm以下各向同性快淬钕铁硼磁粉(牌号XQP16-10)。磁体配方比例(重量比)为HDDR各向异性钕铁硼磁粉80g，各向同性快淬钕铁硼磁粉20g，聚异丁烯橡胶3.0g，丁基橡胶0.5g，硅烷偶联剂0.3g，有机过氧化物0.8g，硬脂酸0.5g，防老剂0.1g，流动排气剂0.3g，制造工艺：用溶剂把粘结剂、助剂制成胶体→把磁粉加入胶体内搅拌均匀→80℃烘烤5h去除所有溶剂形成坯料→把坯料破碎成1～3mm的粒料→在平板硫化机上装料预热(140℃*10min)→在3T的静磁场和峰值为2T的脉冲磁场共同作用下取向，压制成厚度为0.5mm的磁片。磁片绕在Φ5的圆棒上不出现裂纹，测试磁体的性能如下：
 
Br(T) Hcb(kA/m) Hcj(kA/m) BH(kJ/m3) 密度(g/cm3)
0.8306 521.25 918.40 115.82 5.60

Claims (11)

1、一种各向异性柔性粘结钕铁硼磁体，其组分及重量含量为：
HDDR各向异性钕铁硼磁粉87-97％；
改性橡胶类粘结剂1-8％；
加工助剂0-5％。
2、根据权利要求1所述的各向异性柔性粘结钕铁硼磁体，其特征在于所述的橡胶类粘结剂选用氯化聚乙烯、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氯丁橡胶、顺丁橡胶、聚氨酯橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、聚异丁烯橡胶、聚硫橡胶、硅橡胶、氢化丁腈橡胶、聚异戊烯橡胶和热塑性聚合物中的一种或几种。
3、根据权利要求2所述的各向异性柔性粘结钕铁硼磁体，其特征在于橡胶改性的方法选用热塑炼法、与加工助剂混炼法、橡胶共混法、溶剂溶解法和功能基团接枝法中的一种或几种。
4、根据权利要求1所述的各向异性柔性粘结钕铁硼磁体，其特征在于所述HDDR各向异性钕铁硼磁粉中含有其他稀土永磁材料磁粉或者永磁铁氧体磁粉中的一种或者几种。
5、根据权利要求1所述的各向异性柔性粘结钕铁硼磁体，其特征在于所述HDDR各向异性钕铁硼磁粉的粒径为250μm以下。
6、根据权利要求1所述的各向异性柔性粘结钕铁硼磁体，其特征在于所述HDDR各向异性钕铁硼磁粉的重量含量为90-95％。
7、根据权利要求1所述的各向异性柔性粘结钕铁硼磁体，其特征在于所述HDDR各向异性钕铁硼磁粉是经过表面处理的，所述表面处理的方法选自有机或者无机胶包覆、化学或者物理沉积、反应钝化和它们的组合。
8、根据权利要求1所述的各向异性柔性粘结钕铁硼磁体，其特征在于所述的加工助剂包括抗氧剂、交联剂、偶联剂、增塑剂、润滑剂、溶解剂和防老剂中的一种或几种。
9、一种权利要求1所述的各向异性柔性粘结钕铁硼磁体的制造方法，其包括以下步骤：
(1)将已经改性处理过的橡胶类粘结剂和HDDR各向异性钕铁硼磁粉及加工助剂按比例混合均匀得到胶料，所述混合的方法采用密炼法、开炼法、搅拌法或螺杆混炼法；
(2)采用压制、挤出或橡胶注射成型的方法，将所述胶料制成一定厚度的柔性磁体，并且在所述柔性磁体成型时施加取向磁场，所用取向磁场包括静磁场、交变磁场或者脉冲磁场中的一种或几种。
10、根据权利要求9所述的各向异性柔性粘结钕铁硼磁体的制造方法，其特征在于该方法还包括对所制得的磁体进行交联的步骤，所述交联的方式采用电子束辐射、红外辐射、热空气加热、沸腾床、微波辐射、放射线辐射或平板加热。
11、根据权利要求9所述的各向异性柔性粘结钕铁硼磁体的制造方法，其特征在于该方法还包括对所述柔性磁体进行表面防护处理的步骤，所述处理方法选自喷涂、气相沉积、涂布防护漆中的一种或几种。
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