CN104205253A - 粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末、粘结磁铁用树脂组合物和使用这些的成型体 - Google Patents

粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末、粘结磁铁用树脂组合物和使用这些的成型体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末、使用该铁氧体颗粒粉末和该组合物的粘结磁铁用树脂组合物以及转子，该粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末具有将体积密度控制为0.75μm以下、将压缩率控制为65％以上的粉末特性。本发明的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末和粘结磁铁用树脂组合物，其拉伸伸长率良好，能够得到成型品的磁特性优异的粘结磁铁成型体。

Description

粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末、粘结磁铁用树脂组合物和使用这些的成型体
技术领域
本发明涉及能够得到拉伸伸长率良好的粘结磁铁成型体的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末以及粘结磁铁用树脂组合物，还涉及使用该铁氧体颗粒粉末和该组合物的转子等粘结磁铁成型体。
背景技术
众所周知，粘结磁铁与烧结磁铁相比，具有重量轻且尺寸精度好，即使是复杂的形状也能够容易批量生产等的优点，因此在玩具用、办公用品、音响设备、电动机等各种用途中广泛应用。
作为用于粘结磁铁的磁性粉末，已知有Nd-Fe-B系所代表的稀土磁铁粉末、铁氧体颗粒粉末。稀土磁铁粉末具有高的磁特性，但价格也高，因此能够使用的用途受到限制。另一方面，铁氧体颗粒粉末与稀土磁铁粉末相比，在磁特性方面差，但便宜且化学性质稳定，因此可以在广泛的用途中使用。
粘结磁铁通常是通过将橡胶或者塑料材料和磁性粉末混炼后、在磁场中成型，或者通过机械方法成型而制造。
近年来，伴随着包括各种材料或机械的可靠性提高的高性能化，要求包括所使用的粘结磁铁的强度的提高、磁特性的提高的高性能化。
即，通过注射成型等得到的粘结磁铁的成型体在各种用途的使用中，要求具有能够承受严酷的使用条件的机械强度。
例如，在电动机中，使用具有转轴且可以旋转的转子，但因为在加工成大小复杂的形状的转子中插入转轴，因此强烈需要具有高的拉伸伸长率特性。另外，转子的磁特性中，作为得到高性能的电动机特性的重要的要素技术，特别要求表面磁力的高磁力含有铁氧体颗粒和有机粘结剂的粘结磁铁用树脂组合物也被要求为满足上述要求的材料。
至今，对粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末以及含有铁氧体颗粒和有机粘结剂的粘结磁铁用树脂组合物进行了各种改良，例如，已知有：使用碱金属化合物或者碱土金属化合物作为熔剂，制造铁氧体颗粒粉末的方法(专利文献1)；控制铁氧体颗粒粉末的粒度分布的方法(专利文献2)；将碱土金属作为构成成分，使用平均粒径为1.50μm以上、熔体流动值为91g/10分钟以上的铁氧体磁性粉末，制造粘结磁铁的方法(专利文献3)；将平均粒径控制在2.5μm以下，将比表面积控制在1.25m2/g以上之后，进行退火再进行压缩，该被压缩的烧制粉末中，将通过干式空气分散激光衍射法测定的平均粒径设为Ra(μm)，将通过空气透过法测定的比表面积径设为Da(μm)时，Ra<2.5μm，且Ra-Da<0.5μm的方法(专利文献4)；将在氯化物饱和蒸气压下以1050～1300℃的温度烧制而成的铁氧体与粒径小的微粉铁氧体粉末混合，在800～1100℃的温度进行退火，得到粒径大、结晶干净、且即使加压、矫顽力下降也小的、具有2.0MGOe以上的能量积的铁氧体的方法(专利文献5)等。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭55－145303号公报
专利文献2：日本特开平3－218606号公报
专利文献3：日本特开2005－268729号公报
专利文献4：日本特开2007－214510号公报
专利文献5：日本特开2010－263201号公报
发明内容
发明所要解决的课题
目前，对于满足上述要求的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末和/或粘结磁铁用树脂组合物具有最迫切的需求，然而，能够充分满足上述要求的材料尚未获得。
即，上述专利文献1～5中所述的铁氧体颗粒粉末或者使用粘结磁铁用树脂组合物的粘结磁铁成型品难以说在高磁力、对于外部磁场的抗减磁性、机械强度的所有方面都优异。
因此，本发明的课题在于：制造能够得到高磁力、对于外部磁场具有抗减磁性、机械强度优异的粘结磁铁的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末以及粘结磁铁用树脂组合物。
用于解决课题的方法
通过下述的本发明，能够解决上述技术课题。
即，本发明是一种粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末，其特征在于：体积密度为0.75g/cm3以下，压缩率为65％以上(本发明1)。
另外，本发明如本发明1所述的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末，其中，平均粒径为0.9～3.0μm(本发明2)。
另外，本发明如本发明1或2所述的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末，其中，其为磁铁铅矿型铁氧体颗粒粉末(本发明3)。
另外，本发明是一种粘结磁铁用树脂组合物，其特征在于：含有83重量％至93重量％的本发明1～3中任一项所述的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末和7重量％至17重量％的有机粘结剂成分(本发明4)。
另外，本发明是一种成型体，其特征在于：使用本发明1～3中任一项所述的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末或者本发明4所述的粘结磁铁用树脂组合物中的任意物质(本发明5)。
另外，本发明如本发明5所述的成型体，其特征在于：成型体是转子(本发明6)。
发明效果
本发明涉及的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末具有将体积密度控制在0.75g/cm3以下、将压缩率控制在65％以上的粉末特性，因此是一种在有机粘结剂中具有优异的分散性的磁性粉末，适用于粘结磁铁用磁性粉末。
本发明涉及的粘结磁铁用树脂组合物含有粘结磁铁用铁氧体、有机粘结剂、硅烷偶联剂等，能够得到强度、磁特性优异的成型体，因此适用于粘结磁铁用树脂组合物。
本发明涉及的粘结磁铁用树脂组合物的拉伸伸长率优异，因此适用于转子。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
首先，对本发明涉及的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末(以下，简称“铁氧体颗粒粉末”。)进行说明。
对本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的组成没有特别限定，只要是磁铁铅矿型铁氧体即可，可以是Sr系铁氧体颗粒粉末、Ba系铁氧体颗粒粉末中的任意种类。另外，也可以含有La、Nd、Pr、Co、Zn等异种元素。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的体积密度为0.75g/cm3以下。若大于0.75g/cm3，则在混炼初期的扭矩难以变大，铁氧体颗粒不能很好地分散在树脂中，因此不优选。优选为0.60～0.73g/cm3，更优选为0.62～0.72g/cm3。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的压缩率为65％以上。若低于65％，则粉末中所含有的空隙大，因此导致组合物难以被卷入混炼机，填充性也降低，因此不优选。更优选为65～75％。需要说明的是，压缩率由后述的实施例中记载的方法定义。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的平均粒径优选为0.9～3.0μm。平均粒径在0.9～3.0μm的范围以外的情况下，制成粘结磁铁时难以达到高填充，因此难以得到具有高磁特性的粘结磁铁。更优选为0.9～2.5μm，进一步优选为1.0～2.0μm。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的BET比表面积值优选为1.4～2.0m2/g。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的颗粒形状是大致六角板状。板状颗粒的平均厚度在扫描型电子显微镜的观察下，优选为0.2～1.0μm。平均厚度为上述范围以外的情况下，制成粘结磁铁时难以达到高填充，难以得到具有高磁特性的粘结磁铁。优选为0.3～1.0μm，更优选为0.4～0.7μm。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的板状比(板面径/厚度)是在扫描型电子显微镜的观察下测定各铁氧体颗粒的平均板面径和平均厚度，以它们的比表示的值，优选为1.0～10。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的饱和磁化值σs优选为65.0～73.0Am2/kg(65.0～73.0emu/g)，矫顽力Hc优选为206.9～279kA/m(2600～3500Oe)，Br优选为160～200mT(1600～2000G)。
接着，对本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的制造方法进行说明。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末是按照如下方法得到的：以规定的配合比例将原料粉末配合·混合，将得到的原料混合粉末在大气中、900～1250℃的温度范围进行预烧后，进行粉碎、水洗处理，接着在大气中、700～1100℃的温度范围进行退火加热处理，进行压缩·磨碎处理后，最终进行解碎处理而得到。
作为原料粉末，可以从形成磁铁铅矿型铁氧体的各种金属的氧化物粉末、氢氧化物粉末、碳酸盐粉末、硝酸盐粉末、硫酸盐粉末、氯化物粉末等中适当选择。需要说明的是，考虑到提高烧制时的反应性，粒径优选为2.0μm以下。
另外，本发明中，优选向原料混合粉末添加熔剂进行烧制。作为熔剂，可以使用各种熔剂，例如是SrCl2·2H2O、CaCl2·2H2O、MgCl2、KCl、NaCl、BaCl2·2H2O和Na2B4O7。添加量相对于原料混合粉末100重量份分别优选为0.1～10重量份。更优选为0.1～8.0重量份。
另外，本发明中可以将Bi2O3添加·混合到原料混合粉末或者烧制后的粉碎粉末。
需要说明的是，本发明中，从控制粒度分布、平均体积径的观点出发，可以将大颗粒和小颗粒混合。
压缩·磨碎处理是在固定的水平圆盘上使2个重的辊转动，利用辊的压缩和磨耗作用进行的处理，可以使粉末的空隙减少，成为被压密的凝集状态。作为处理装置，可以使用砂磨机、轮碾机、研磨搅拌机(らいかい機)、辊式研磨机等。
最终的解碎处理是利用比较弱的力将压缩·磨碎处理生成的压密凝集体分散或者解散这样的破坏凝集状态的处理，优选使用锤碎机、针磨机等冲击式粉碎机。需要说明的是，可以内置筛网等分级机构。
接着，对使用本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的粘结磁铁用树脂组合物进行说明。
本发明涉及的粘结磁铁用树脂组合物是以粘结磁铁用树脂组合物中铁氧体颗粒粉末的比例成为83～93重量份、有机粘结剂成分和硅烷偶联剂成分以总量计为17～7重量份的方式进行混合混炼而成的。
作为有机粘结剂，只要是现有粘结磁铁所使用的物质即可，没有特别限定，根据用途，可以是从橡胶、氯乙烯树脂、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物树脂、乙烯-丙烯酸乙酯共聚树脂、PPS树脂、聚酰胺(尼龙)树脂、聚酰胺弹性体、聚合脂肪酸系聚酰胺等中选择、使用，若优先成型体的强度和刚性的情况下，优选使用聚酰胺树脂。另外，根据需要，可以添加硬脂酸锌、硬脂酸钙等公知的脱模剂。
本发明的硅烷偶联剂，可以使用具有乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯基、巯基中的任一个和甲氧基、乙氧基中的任意基团，作为官能基的物质，优选具有氨基和甲氧基、或者氨基和乙氧基的物质。
本发明涉及的粘结磁铁用树脂组合物的剩余磁通密度Br在后述的磁性测定方法中，优选为230mT(2300G)以上，更优选为235mT(2350G)以上。矫顽力iHc优选为206.9～278.5kA/m(2600～3500Oe)，更优选为214.9～258.6kA/m(2700～3250Oe)。最大能量积BHmax优选为10.3kJ/m3(1.30MGOe)以上，更优选为10.7kJ/m3(1.35MGOe)以上。
接着，对使用本发明涉及的铁氧体颗粒粉末、树脂粘结剂、硅烷偶联剂的粘结磁铁用树脂组合物的制造方法进行说明。
本发明涉及的粘结磁铁用树脂组合物可以通过公知的粘结磁铁用树脂组合物的制造方法而得到，例如，向本发明涉及的铁氧体颗粒粉末中添加硅烷偶联剂等均匀混合，与有机粘结剂成分均匀混合后，使用混炼挤出机等进行熔融混炼，将混炼物粉碎或切断成粒状、小片状(pellet)而得到。
硅烷偶联剂的添加量相对于本发明涉及的铁氧体颗粒粉末100重量份，为0.15重量份至3.5重量份，优选为0.2重量份至3.0重量份。
接着，对本发明涉及的拉伸伸长率评价用的试验片成型体进行说明。
就试验片成型体而言，将粘结磁铁用铁氧体磁性粉末和有机粘结剂成分等预先均匀混合，和/或，将它们混合后进行熔融混炼，粉碎或切断成小片状，制成粘结磁铁用树脂组合物，在熔融状态下注射到80℃的模具的腔体内，得到总长175mm、总宽12.5mm、厚度3.2mm的试验片成型体。
＜作用＞
通过将本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的体积密度控制在0.75g/cm3以下，并将压缩率控制在65％以上，由此能够使由本发明的铁氧体颗粒粉末和/或粘结磁铁用树脂组合物构成的成型体的拉伸伸长率优异，对其理由尚不明确，但本发明人等推定如下。
即，推定为，本发明涉及的铁氧体颗粒粉末将体积密度控制在0.75g/cm3以下且将压缩率控制在65％以上，由此使填充性良好的树脂混合体易于被卷入混炼机，可以适当地附加初期扭矩，由此在有机粘结剂中成为理想的分散状态。
推定本发明涉及的粘结磁铁用树脂组合物含有83重量％至93重量％的上述粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末和7重量％至17重量％的有机粘结剂成分，由此铁氧体颗粒粉末和有机粘结剂成为均匀且理想的分散状态。
实施例
本发明的代表性的实施方式如下。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的平均粒径使用“粉末比表面积测定装置SS-100”(岛津制作所(株)生产)进行测定。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的BET比表面积使用“全自动比表面积计Macsorb model-1201”(株)Mountech生产)进行测定。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的压缩密度采用将颗粒粉末以1t/cm2的压力进行压缩时的密度。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的体积密度基于JIS K 5101-12-1进行测定。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的振实密度基于JIS K 5101-12-2进行测定。
本发明涉及的铁氧体颗粒粉末的压缩率通过下式求得。
压缩率＝(振实密度-体积密度)/振实密度×100(％)
就铁氧体颗粒粉末的饱和磁通密度Br和矫顽力iHc而言，将颗粒粉末以1t/cm2的压力进行压缩，将得到的压粉核使用“直流磁化特性自动记录装置3257”(横川北辰电气(株)生产)在14kOe的磁场中进行测定。
粘结磁铁用树脂组合物的熔体质量流动速率(MFR)基于JISK7210，在270℃进行熔融，以10kg负荷进行测定而求得。
就粘结磁铁用树脂组合物的成型密度而言，使粘结磁铁用组合物在、10.5mm的高度的模具内成为熔融状态，对成型的核使用“电子比重计EW-120SG”((株)安田精机制作所生产)测定而求得。
就粘结磁铁用树脂组合物的水分而言，利用附带水分气化附属装置EV-6(平沼产业(株)生产)的“微量水分测定装置AQ-7”(平沼产业(株)生产)进行测定而求得。
就粘结磁铁用树脂组合物的磁特性(剩余磁通密度Br、矫顽力iHc、矫顽力bHc、最大能量积BHmax)而言，使粘结磁铁用组合物在10.5mm的高度的模具内成为熔融状态，在9kOe进行磁场取向后，使用“直流磁化特性自动记录装置3257”(横川北辰电气(株)生产)，在14kOe的磁场中进行测定而求得。
就使用粘结磁铁用组合物的注射成型而言，使用(株)日本制钢所生产的注射成型机J20MII型，得到总长175mm、总宽12.5mm、厚度3.2mm的试验片成型体。记录该试验片注射成型时的注射压，作为注射性的判断。
拉伸强度和伸长基于ASTM D638-90规格进行测定。使用(株)日本制钢所的注射成型机J20MII型得到试验片后，使用岛津制作所(株)生产的计算机计测控制式精密万用试验机AG-1型进行测定。
实施例1：
<铁氧体颗粒粉末的制造>
称量100重量份的粉末状α-Fe2O3和15.9重量份的SrCO3(Fe和Sr的摩尔比为2Fe:Sr＝5.95:1)，利用湿式立式球磨机混合30分钟后，过滤、干燥。向得到的原料混合粉末分别添加SrCl2·6H2O和Na2B4O7的水溶液，充分混合后，进行造粒。此时，SrCl2·6H2O和Na2B4O7的添加量相对于上述原料混合粉末分别为5.5重量％、0.5重量％。将得到的造粒物在大气中1180℃烧制2小时。将得到的烧制物进行粗粉碎后，利用湿式立式球磨机粉碎30分钟，进行水洗、过滤、干燥。之后，添加异丙醇和三乙醇胺的混合溶液，使用振动磨再进行30分钟的粉碎。此时，异丙醇和三乙醇胺的添加量相对于上述湿式粉碎干燥品分别添加0.2重量％、0.1重量％的混合溶液，接着，将得到的粉碎物在大气中950℃热处理1.5小时。之后，利用砂磨机以45kg/cm负荷压缩磨碎处理30分钟，再使用针磨机进行解碎处理。将制造条件表示在表1中，将得到的粘结铁氧体用磁性粉末的特性表示在表2中。
实施例2：
使组成、添加剂的种类和添加量等进行各种变化，除此以外，与上述发明的实施方式同样进行操作，制作铁氧体颗粒粉末。
将制造条件表示在表1中，将得到的粘结铁氧体用磁性粉末的特性表示在表2中。
比较例1、3：
将上述实施例1、2的热处理后的铁氧体颗粒粉末作为比较例1、3。将制造条件表示在表1中，将得到的粘结铁氧体用磁性粉末的特性表示在表2中。
比较例2、4：
将上述实施例1、2的压缩、磨碎处理后的铁氧体颗粒粉末作为比较例2、4。将制造条件表示在表1中，将得到的粘结铁氧体用磁性粉末的特性表示在表2中。
实施例3：
<粘结磁铁用树脂组合物的制造>
向亨舍尔混合机中加入实施例1得到的铁氧体颗粒粉末25000g，相对于铁氧体加入0.5wt％的氨基烷基系硅烷偶联剂，并混合20分钟直至均匀，进一步投入2817g的相对粘度1.60的12-尼龙树脂后，再混合30分钟，准备粘结磁铁用树脂组合物的组合物。
将得到的粘结磁铁用组合物的混合物向双螺杆混炼机中定量投料，在12-尼龙熔融的温度下进行混炼，将混炼物制成股料状，取出，切成大小的小片状，得到粘结磁铁用树脂组合物。
将粘结磁铁用树脂组合物的制法和特性表示在表3中。
实施例4：
使12-尼龙树脂、硅烷偶联剂、脱模剂的添加量进行各种变化，与上述实施例3同样进行操作，制作含有实施例2得到的铁氧体颗粒粉末和12-尼龙树脂、硅烷偶联剂的粘结磁铁用树脂组合物。
将粘结磁铁用树脂组合物的特性表示在表3中。
比较例5、6：
与上述实施例3同样进行操作，制作含有各种得到的铁氧体颗粒粉末和12-尼龙树脂、硅烷偶联剂的粘结磁铁用树脂组合物。
将粘结磁铁用树脂组合物的特性表示在表3中。
比较例7、8：
与上述实施例4同样进行操作，制成含有各种得到的铁氧体颗粒粉末和12-尼龙树脂、硅烷偶联剂的粘结磁铁用树脂组合物。
将粘结磁铁用树脂组合物的特性表示在表3中。
实施例5：
<试验片成型体的成型>
在100℃将实施例3得到的粘结磁铁用树脂组合物干燥3小时后，在注射成型机中，以300℃将粘结磁铁用树脂组合物熔融，以注射时间0.3秒，在设定为80℃的模具中注射成型，准备总长175mm、总宽12.5mm、厚度3.2mm的试验片成型体。将试验片成型体的注射性和各特性表示在表4中。
实施例6：
将实施例4制造的粘结磁铁用树脂组合物的熔融温度变为280℃，除此以外，与上述实施例5同样进行操作，制作试验片成型体。将试验片成型体的注射性和各特性表示在表4中。
比较例9～10：
使用各种粘结磁铁用树脂组合物，与上述实施例5同样进行操作，制作试验片成型体。将试验片成型体的注射性和各特性表示在表4中。
比较例11～12：
使用各种粘结磁铁用树脂组合物，与上述实施例6同样地进行操作，制作试验片成型体。将试验片成型体的注射性和各特性表示在表4中。
[表4]
                               ※NB：没有破裂(NotBreak)
在组合物的配合比例相同的试验片之间，比较本发明涉及的试验片成型体的拉伸伸长率，可以确认实施例5优于比较例9和10，另外，实施例6优于比较例11和12，都具有优异的特性。
产业上的可利用性
使用本发明涉及的铁氧体颗粒粉末和/或粘结磁铁用树脂组合物制造的粘结磁铁在弯曲强度、磁特性方面优异，因此适用于粘结磁铁、特别是磁辊用的铁氧体颗粒粉末和/或粘结磁铁用树脂组合物。

Claims (6)

1.一种粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末，其特征在于：
体积密度为0.75g/cm3以下，压缩率为65％以上。
2.如权利要求1所述的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末，其特征在于：
平均粒径为0.9～3.0μm。
3.如权利要求1或2所述的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末，其特征在于：其为磁铁铅矿型铁氧体颗粒粉末。
4.一种粘结磁铁用树脂组合物，其特征在于：
含有83重量％至93重量％的权利要求1～3中任一项所述的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末和7重量％至17重量％的有机粘结剂成分。
5.一种成型体，其特征在于：
使用权利要求1～3中任一项所述的粘结磁铁用铁氧体颗粒粉末或者权利要求4所述的粘结磁铁用树脂组合物中的任意物质。
6.如权利要求4所述的成型体，其特征在于:
成型体是转子。
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