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一种单向透明复合磁体及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单向透明复合磁体及制备方法。本发明方法是在有机高分子单体中加入一定量的铁磁性颗粒，在适当的温度条件下机械搅拌均匀。如果有机物为热固性聚合物，在体系分散均匀后，再加入适量的固化剂或交联剂，继续搅拌均匀。将弥散复合体系注入模具中，然后在模具处施加磁场，取向一定时间。将取向成型后的样品置于烘箱内保温固化一定时间，直至样品完全固化。本发明制备单向透明复合磁体的工艺简单，实用。制备的复合磁体样品组织致密，孔隙率低，表面比较平整。磁体中磁性颗粒在外磁场的作用下呈链状分布，在赋予磁体磁性的同时，在平行于团簇方向具有光透过性。

Description

一种单向透明复合磁体及制备方法
技术领域
本发明涉及一种单向透明复合磁体及制备方法，属于材料制备领域。
背景技术
磁体是古老而用途十分广泛的功能材料，而物质的磁性早在3000年以前就被人们所认识和应用，例如中国古代用天然磁铁作为指南针。现代磁性材料已经广泛的用在我们的生活之中，例如将永磁材料用作马达，应用于变压器中的铁心材料，作为存储器使用的磁光盘，计算机用磁记录软盘等。可以说，磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关。磁性材料主要分为永磁材料和软磁材料。其中，永磁材料包括：金属永磁、铁氧体永磁和稀土永磁；软磁材料包括：硅钢、坡莫合金、软磁铁氧体和非晶纳米晶永磁材料。
磁性复合材料是以高分子为基体与磁性材料复合而成的一类复合材料。由于其质量轻、加工容易，并且可以根据需要进行设计等，己越来越引起人们的注意。磁性复合材料的聚合物基体分为橡胶类、热固性树脂和热塑性树脂类三种。橡胶类的集体包括天然橡胶与合成橡胶，以后者为主。这类基体主要用于柔性磁体复合材料。热固性树脂一般用环氧树脂，加工稳定性和综合磁性能较好。热塑性树脂对材料的耐热性和耐化学性等有影响。
目前使用的复合磁体具有优良的磁学性能，但无论是铁氧体、铝镍钴合金、稀土永磁、塑料磁体、超导磁体等，均无一具有透光性能。而透光磁体存在着众多的潜在应用，其中包括：磁光存储、彩色成像、磁流体、微波、雷达、磁制冷等方面。
因此，如何利用现有技术手段，获得具有透光特性的磁性材料是限制功能磁性材料进一步发展的重要原因。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种单向透明复合磁体及制备方法。
本发明方法的具体步骤为：
步骤1)颗粒复合体系制备
在100份的热固性或热塑性有机物单体中加入5～100份平均尺寸为0.1～100μm的铁磁性颗粒，在20～250℃条件下搅拌分散0.5～10h；对于热固性有机单体，还需在体系分散均匀后，再加入1～15份固化剂或交联剂，继续搅拌30s。
所述的有机单体为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。
所述的铁磁性颗粒为Fe合金、Co合金、Ni合金、稀土永磁、铁氧体、非晶纳米晶颗粒中的一种。
所述的固化剂为聚酰胺、六次甲基四胺、间苯二甲二胺。
所述的交联剂为苯乙烯。
步骤2)磁场中磁性颗粒取向
将弥散复合体系注入模具中，然后在模具处施加磁场，磁场强度为0.01～2.0T，取向时间为1～60min。
所述的磁场是由电磁铁、电磁线圈或永磁体产生的磁场。
步骤3)固化
将取向成型后的样品置于烘箱内固化，烘箱温度20～200℃，保温1～480h。
本发明是将铁磁性物质与有机单体组成的复合体系，在磁场中利用磁场对粒子的取向作用，使磁性物质在有机物中形成链状分布，经固化后获得复合磁体。获得的复合磁体不但具有由磁性颗粒赋予的磁性，而且由于磁性颗粒的各向异性分布，在平行于团簇方向具有光透过性。
本发明的优点是：
1)利用磁场改变复合磁体中的磁性颗粒分布，平行磁场方向形成链状团簇，从而使磁体具有磁性的同时，还具有一定的单向透光性。
2)由于磁性颗粒在磁体中的各向异性分布，磁体的磁性也具有各向异性。在平行链状团簇的方向，磁体的磁性要明显大于垂直于链状团簇的方向。
3)利用透明的有机物作为复合磁体的基体，使制备透明复合磁体的工序变得简单、成本降低。
附图说明
图1是单向透明复合磁体显微组织示意。图中，铁磁性颗粒1在基体2中形成链状团簇，并沿外磁场方向平行排列。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述，以便更好地理解本发明的目的、特点和优点。虽然本发明是结合该具体的实施例进行描述，但并不意味着本发明局限于所描述的具体实施例。相反，对可以包括在本发明权利要求中所限定的保护范围内的实施方式进行的替代、改进和等同的实施方式，都属于本发明的保护范围。
本发明涉及一种单向透明复合磁体及制备方法。本发明提供的一种单向透明复合磁体的制备方法包括以下步骤：
步骤1)颗粒复合体系制备
在100份的热固性或热塑性有机物单体中加入5～100份平均尺寸为0.1～100μm的铁磁性颗粒，在20～250℃条件下搅拌分散0.5～10h；对于热固性有机单体，还需在体系分散均匀后，再加入1～15份固化剂或交联剂，继续搅拌30s。
步骤2)磁场中磁性颗粒取向
将弥散复合体系注入模具中，然后在模具处施加磁场，磁场强度为0.01～2.0T，取向时间为1～60min。
步骤3)固化
将取向成型后的样品置于烘箱内固化，烘箱温度20～200℃，保温1～480h。
所述的有机单体为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。所述的铁磁性颗粒为Fe合金、Co合金、Ni合金、稀土永磁、铁氧体、非晶纳米晶颗粒中的一种。所述的固化剂为聚酰胺、六次甲基四胺、间苯二甲二胺。所述的交联剂为苯乙烯。所述的磁场是由电磁铁、电磁线圈或永磁体产生的磁场。
所制备的样品组织致密，孔隙率低，样品表面比较平整。对制备的样品进行金相观察，发现聚合物基体中的铁磁性颗粒沿外磁场方向呈链状团簇分布。采用VSM测试表征样品饱和磁化强度。采用分光光度计测量固定厚度样品的透光率。
实施例1：
在100份的不饱和聚酯单体中加入10份平均颗粒尺寸为0.1μm的Fe粉，在20℃水浴锅中搅拌分散5h；在体系分散均匀后，再加入5份交联剂苯乙烯，继续搅拌30s。
将弥散复合体系注入模具中，然后在模具处施加磁场，磁场由电磁线圈产生，磁场强度为0.1T，取向时间为5min。
将取向成型后的样品置于烘箱内固化，烘箱温度20℃，保温480h。
所制备的样品组织致密，孔隙率低，样品表面比较平整。对实例1所制备的样品进行金相观察，发现聚合物基体中的Fe沿外磁场方向呈链状团簇分布。采用VSM测试样品饱和磁化强度为69kA/m。采用分光光度计测量固定厚度样品的透光率，平行磁场方向样品的光透过率为46％。
实施例2：
在100份的环氧树脂单体中加入5份平均颗粒尺寸为1.5μm的Co粉，在60℃水浴锅中搅拌分散0.5h；在体系分散均匀后，再加入15份固化剂聚酰胺，继续搅拌30s。
将弥散复合体系注入模具中，然后在模具处施加磁场，磁场由电磁铁产生，磁场强度为0.8T，取向时间为10min。
将取向成型后的样品置于烘箱内固化，烘箱温度80℃，保温20h。
所制备的样品组织致密，孔隙率低，样品表面比较平整。对实例2所制备的样品进行金相观察，发现聚合物基体中的Co沿外磁场方向呈链状团簇分布。采用VSM测试样品饱和磁化强度为26kA/m。采用分光光度计测量固定厚度样品的透光率，平行磁场方向样品的光透过率为69％。
实施例3：
在100份的酚醛树脂单体中加入30份平均颗粒尺寸为100μm的1J50坡莫合金粉，在80℃水浴锅中搅拌分散10h；在体系分散均匀后，再加入1份固化剂六次甲基四胺，继续搅拌30s。
将弥散复合体系注入模具中，然后在模具处施加磁场，磁场由电磁线圈产生，磁场强度为0.01T，取向时间为60min。
将取向成型后的样品置于烘箱内固化，烘箱温度200℃，保温1h。
所制备的样品组织致密，孔隙率低，样品表面比较平整。对实例3所制备的样品进行金相观察，发现聚合物基体中的1J50坡莫合金沿外磁场方向呈链状团簇分布。采用VSM测试样品饱和磁化强度为143kA/m。采用分光光度计测量固定厚度样品的透光率，平行磁场方向样品的光透过率为21％。
实施例4：
在100份的聚乙烯单体中加入20份平均颗粒尺寸为5.2μm的NdFeB粉，在180℃条件下搅拌分散0.5h。
将弥散复合体系注入模具中，然后在模具处施加磁场，磁场由永磁体产生，磁场强度为0.2T，取向时间为20min。
将取向成型后的样品置于烘箱内固化，烘箱温度20℃，保温400h。
所制备的样品组织致密，孔隙率低，样品表面比较平整。对实例41所制备的样品进行金相观察，发现聚合物基体中的NdFeB沿外磁场方向呈链状团簇分布。采用VSM测试样品饱和磁化强度为73kA/m。采用分光光度计测量固定厚度样品的透光率，平行磁场方向样品的光透过率为26％。
实施例5：
在100份的聚丙烯单体中加入20份平均颗粒尺寸为30μm的BaO·6Fe2O3粉，在200℃条件下搅拌分散2h。
将弥散复合体系注入模具中，然后在模具处施加磁场，磁场由电磁铁产生，磁场强度为2.0T，取向时间为1min。
将取向成型后的样品置于烘箱内固化，烘箱温度20℃，保温100h。
所制备的样品组织致密，孔隙率低，样品表面比较平整。对实例5所制备的样品进行金相观察，发现聚合物基体中的钡铁氧体沿外磁场方向呈链状团簇分布。采用VSM测试样品饱和磁化强度为21kA/m。采用分光光度计测量固定厚度样品的透光率，平行磁场方向样品的光透过率为17％。
实施例6：
在100份的聚苯乙烯单体中加入100份平均颗粒尺寸为9μm的Finemet合金粉，在250℃条件下搅拌分散2h。
将弥散复合体系注入模具中，然后在模具处施加磁场，磁场由电磁铁产生，磁场强度为1.2T，取向时间为3min。
将取向成型后的样品置于烘箱内固化，烘箱温度20℃，保温48h。
所制备的样品组织致密，孔隙率低，样品表面比较平整。对实例6所制备的样品进行金相观察，发现聚合物基体中的Finemet合金粉沿外磁场方向呈链状团簇分布。采用VSM测试样品饱和磁化强度为537kA/m。采用分光光度计测量固定厚度样品的透光率，平行磁场方向样品的光透过率为3％。
实施例7：
在100份的环氧树脂单体中加入20份平均颗粒尺寸为12μm的锰锌铁氧体粉，在80℃水浴锅中搅拌分散0.5h；在体系分散均匀后，再加入9份固化剂间苯二甲二胺，继续搅拌30s。
将弥散复合体系注入模具中，然后在模具处施加磁场，磁场由电磁铁产生，磁场强度为0.4T，取向时间为15min。
将取向成型后的样品置于烘箱内固化，烘箱温度90℃，保温15h。所制备的样品组织致密，孔隙率低，样品表面比较平整。对实例7所制备的样品进行金相观察，发现聚合物基体中的锰锌铁氧体粉沿外磁场方向呈链状团簇分布。采用VSM测试样品饱和磁化强度为19kA/m。采用分光光度计测量固定厚度样品的透光率，平行磁场方向样品的光透过率为19％。

Claims (6)

1.一种单向透明复合磁体及制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1)颗粒复合体系制备
在100份的热固性或热塑性有机物单体中加入5～100份平均颗粒尺寸为0.1～100μm的铁磁性颗粒，在20～250℃条件下搅拌分散0.5～10h；对于热固性有机单体，还需在体系分散均匀后，再加入1～15份固化剂或交联剂，继续搅拌30s。
步骤2)磁场中磁性颗粒取向
将弥散复合体系注入模具中，然后在模具处施加磁场，磁场强度为0.01～2.0T，取向时间为1～60min。
步骤3)固化
将取向成型后的样品置于烘箱内固化，烘箱温度20～200℃，保温1～480h。
2.如权利要求1所述的一种单向透明复合磁体及制备方法，其特征在于：所述的有机单体为不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯。
3.如权利要求1所述的一种单向透明复合磁体及制备方法，其特征在于：所述的铁磁性颗粒为Fe合金、Co合金、Ni合金、稀土永磁、铁氧体、非晶纳米晶颗粒中的一种。
4.如权利要求1所述的一种单向透明复合磁体及制备方法，其特征在于：所述的固化剂为聚酰胺、六次甲基四胺、间苯二甲二胺。
5.如权利要求1所述的一种单向透明复合磁体及制备方法，其特征在于：所述的交联剂为苯乙烯。
6.如权利要求1所述的一种单向透明复合磁体及制备方法，其特征在于：所述的磁场是由电磁铁、电磁线圈或永磁体产生的磁场。
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