CN111073100A - 一种磁性塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于功能材料领域，公开了一种磁性塑料，按重量份数计，包括以下组分：热塑性塑料30‑90份，磁粉5‑45份，低熔点合金1‑40份，增塑剂5‑20份，热稳定剂1‑10份，润滑剂1‑8份。本发明还公开了一种磁性塑料的制备方法，包括混合、注塑等步骤。本发明所述磁性塑料取向度高，可高达93％；磁性经时不易衰退，经过一年后，剩磁可达98％，取向度可达92％；本发明所述磁性塑料的加工工艺简单。

Description

一种磁性塑料及其制备方法
技术领域
本发明属于功能材料领域，特别涉及一种磁性塑料及其制备方法。
背景技术
磁性塑料是一种带有磁性的高分子功能材料，与烧结成型的磁体相比，磁性塑料拥有产品尺寸精度高、生产效率高、产品开发形状多样等诸多优势。磁性塑料按组成可分为结构型和复合型两种，结构型磁性塑料是指聚合物本身具有强磁性的磁体；复合型磁性塑料是指以塑料或橡胶为粘合剂与磁性粉末混合粘接加工而制成的磁体。复合型磁性塑料又可分为两大类：一类是磁性粒子的易磁化方向是杂乱无章排列的，称为各向同性磁性塑料，另一类是在加工过程中通过外加磁场或机械力，使磁粉的易磁化方向顺序排列，称作各向异性磁性塑料。各向异型磁性塑料与各向同性磁性塑料相比，在相同材料及配比条件下，各向异性磁性塑料的磁性是各向同性磁性塑料的2-3倍。各向异性磁性塑料作为磁性塑料的高端产品，广泛应用于航空航天、汽车、彩电、计算机等领域，在软驱电机、汽车集成仪表、机械手、机器人的控制元件等方面，各向异性磁性塑料已经成为主流产品。
但是目前制备各向异性磁性塑料时，因为磁粉的矫顽力、塑料在熔融状态的高粘度、塑料高分子链本身具有柔性存在无规扰动以及高分子材料内部本身存在自由体积等原因，导致磁性塑料不容易磁取向，且在使用过程中存在磁性经时衰退严重的问题。
因此提供一种各项性能优异，且取向度高，磁性经时不易衰退的磁性塑料很有必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种磁性塑料。所述磁性塑料的取向度高，磁性经时不易衰退。
本发明也提供了一种磁性塑料的制备方法。
一种磁性塑料，按重量份数计，包括以下组分：塑料30-90份，磁体5-45份，合金1-40份，增塑剂5-20份，热稳定剂1-10份，润滑剂1-8份；所述合金的熔点为100-300℃。
优选的，所述磁性塑料，按重量份数计，包括以下组分：塑料50-70份，磁体10-30份，合金5-20份，增塑剂5-10份，热稳定剂1-4份，润滑剂1-3份；所述合金的熔点为100-200℃。
所述合金包括锡、铋、铟和镓中的至少两种，所述合金的粒径为10-80μm。优选的，所述合金由锡和铋组成。更优选的，所述合金中锡和铋的质量比为(3-5):(4-7)。
优选的，所述磁体为磁粉，所述磁粉的粒径为1-3μm，进一步优选的，所述磁粉的粒径为1-1.5μm.。
优选的，所述塑料为热性塑料。
更优选的，所述塑料选自聚酰胺、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二酯中的至少一种。最优选的，所述热性塑料为聚酰胺或聚苯硫醚。
优选的，所述磁体选自铁氧体磁体(例如四氧化三铁磁体、三氧化二铁磁体)和/或稀土磁体(例如钕铁硼磁体)。
优选的，所述热稳定剂为有机锡(如二甲基锡、二辛基锡、四苯基锡)。
优选的，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
优选的，所述润滑剂为氧化聚乙烯蜡。
一种磁性塑料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混合：将磁体、合金、增塑剂、热稳定剂、润滑剂混合，然后加入塑料，再搅拌混合，形成混合物；
(2)注塑充磁：将步骤(1)所述的混合物挤出注塑成型，保温，磁化，冷却，制得所述磁性塑料。
优选的，步骤(1)中，混合的顺序具体为：先将磁体和合金混合，再加入增塑剂、热稳定剂、润滑剂等混合，最后加入热塑性塑料搅拌10-30分钟。
优选的，步骤(2)中，保温的温度为120℃-320℃，磁化的磁场强度为10000-25000oe，磁化的时间为5-20分钟；进一步优选的，保温的温度为120℃-220℃，磁化的磁场强度为15000-20000oe，磁化的时间为10-15分钟；更优选的，保温温度为150℃，磁化的磁场强度为17000-18000oe，定向充磁时间为10分钟。
优选的，步骤(2)中挤出注塑成型采用双螺杆共混挤出注塑机进行挤出注塑成型。
本发明在磁性塑料中加入所述合金，合金在熔融状态时粘度低，使磁体在外加磁场作用下易于取向。
本发明所述合金比热低，在冷却过程中，更容易转变为固体，从而使磁体的磁取向能够充分保持。
本发明所述合金是金属晶体，金属晶体晶格稳定，内部基本不存在自由体积，使磁体能长期保持磁取向，从而不会引起磁性能的衰退。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
(1)本发明所述磁性塑料取向度高，可高达93％；磁性经时不易衰退，经过一年后，剩磁可达98％，取向度为92％。
(2)本发明所述磁性塑料的加工工艺简单、产品精度高、产品开发形状多样。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚、明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求保护的范围不构成限制作用。
实施例1
一种磁性塑料，包括以下组分：聚乙烯3kg，钕铁硼磁粉1kg，锡铋铟镓合金粉末(锡铋铟镓质量比1:1:1:1)1.0kg，邻苯二甲酸二辛酯0.5kg，二甲基锡0.3kg，氧化聚乙烯蜡0.3kg。
一种磁性塑料的制作方法，包括以下步骤：
(1)混合：按配方量称取各组分，将称取的钕铁硼磁粉、锡铋铟镓合金粉加入到混料机中混合5分钟，再加入邻苯二甲酸二辛酯、二甲基锡和氧化聚乙烯蜡，混合5分钟，最后加入聚乙烯，混合30分钟，得混合物。
(2)成型：将步骤(1)所述的混合物加入到双螺杆共混挤出注塑机中挤出注塑，在保温温度为320℃下，磁场强度为10000oe下，定向充磁20分钟，最后通入冷却水冷却，脱模，制得所述磁性塑料。
所用钕铁硼和四氧化三铁混合磁粉的剩磁Brp是6180Gs，所制磁性塑料的剩磁Brb是284Gs，磁粉所占体积分数Vp是5％，根据取向度公式DOA＝Brb/(Vp*Brp)，得到该磁性塑料的取向度是92％，一年后该磁性塑料的剩磁是278Gs，为原来的98％，取向度为90％。
实施例2
一种磁性塑料，包括以下组分：聚酰胺6kg，钕铁硼磁粉0.4kg，四氧化三铁磁粉1.2kg，锡铋合金粉末(锡铋质量比42：58)0.4kg，邻苯二甲酸二辛酯0.7kg，二辛基锡0.1kg，氧化聚乙烯蜡0.1kg。
一种磁性塑料的制作方法，包括以下步骤：
(1)混合：按配方量称取各组分，将称取的钕铁硼磁粉、四氧化三铁磁粉、锡铋合金粉加入到混料机中混合5分钟，再加入邻苯二甲酸二辛酯、二辛基锡和氧化聚乙烯蜡，混合5分钟，最后加入聚酰胺，混合20分钟，得混合物。
(2)成型：将步骤(1)所述的混合物加入到双螺杆共混挤出注塑机中挤出注塑，在保温温度为150℃下，磁场强度为15000oe下，定向充磁10分钟，最后通入冷却水冷却，脱模，制得所述磁性塑料。
所用钕铁硼和四氧化三铁混合磁粉的剩磁Brp是6125Gs，所制磁性塑料的剩磁Brb是281Gs，磁粉所占体积分数Vp是5％，根据取向度公式DOA＝Brb/(Vp*Brp)，得到该磁性塑料的取向度是92％，一年后该磁性塑料的剩磁是276Gs，为原来的98％，取向度为90％。
实施例3
一种磁性塑料，包括以下组分：聚苯硫醚9kg，四氧化三铁磁粉1.2kg，铟镓合金粉末(铟镓质量比1:1)2kg，邻苯二甲酸二辛酯1kg，四苯基锡0.1kg，氧化聚乙烯蜡0.8kg。
一种磁性塑料的制作方法包括以下步骤：
(1)混合：按配方量称取各组分，将称取的四氧化三铁磁粉、铟镓合金粉末加入到混料机中混合5分钟，再加入邻苯二甲酸二辛酯、四苯基锡和氧化聚乙烯蜡，混合5分钟，最后加入聚苯硫醚，混合10分钟,得混合物。
(2)成型：将步骤(1)所述的混合物加入到双螺杆共混挤出注塑机中挤出注塑，在保温温度为250℃下，磁场强度为18000oe下，定向充磁5分钟，最后通入冷却水冷却，脱模，制得所述磁性塑料。
所用四氧化三铁磁粉的剩磁Brp是6145Gs，所制磁性塑料的剩磁Brb是285Gs，磁粉所占体积分数Vp是5％，根据取向度公式DOA＝Brb/(Vp*Brp)，得到该磁性塑料的取向度是93％，一年后该磁性塑料的剩磁是280Gs，为原来的98％，取向度为92％。
实施例4
一种磁性塑料，包括以下组分：聚乙烯50份，钕铁硼磁粉25份，锡铋铟合金粉末(锡铋铟质量比1:1:1:1)5份，邻苯二甲酸二辛酯5份，二甲基锡3份，氧化聚乙烯蜡3份。
一种磁性塑料的制作方法，包括以下步骤：
(1)混合：按配方量称取各组分，将称取的钕铁硼磁粉、锡铋铟合金粉加入到混料机中混合5分钟，再加入邻苯二甲酸二辛酯、二甲基锡和氧化聚乙烯蜡，混合5分钟，最后加入聚乙烯，混合30分钟，得混合物。
(2)成型：将步骤(1)所述的混合物加入到双螺杆共混挤出注塑机中挤出注塑，在保温温度为300℃下，磁场强度为20000oe下，定向充磁15分钟，最后通入冷却水冷却，脱模，制得所述磁性塑料。
所用钕铁硼磁粉的剩磁Brp是6250Gs，所制磁性塑料的剩磁Brb是288Gs，磁粉所占体积分数Vp是5％，根据取向度公式DOA＝Brb/(Vp*Brp)，得到该磁性塑料的取向度是92％，一年后该磁性塑料的剩磁是282Gs，为原来的98％，取向度为90％。
对比例1
一种磁性塑料，包括以下组分：聚酰胺6kg，钕铁硼磁粉0.4kg，四氧化三铁磁粉1.2kg，邻苯二甲酸二辛酯0.8kg，二甲基锡0.1kg，氧化聚乙烯蜡0.3kg。
一种磁性塑料的制作方法包括以下步骤：
(1)混合：按配方量称取各组分，将称取的钕铁硼磁粉、四氧化三铁磁粉加入到混料机中混合5分钟，再加入邻苯二甲酸二辛酯、二甲基锡和氧化聚乙烯蜡，混合5分钟，最后加入聚酰胺，混合15分钟。
(2)成型：将步骤(1)所述的混合物加入到双螺杆共混挤出注塑机中挤出注塑，在保温温度为150℃下，磁场强度为8000oe下，定向充磁10分钟，最后通入冷却水冷却，脱模，制得所述磁性塑料。
所用钕铁硼、四氧化三铁混合磁粉剩磁Brp是6125Gs，所制磁性塑料的剩磁是Brb是261Gs，磁粉所占体积分数Vp是5％，根据取向度公式DOA＝Brb/(Vp*Brp)，得到该磁体的取向度是85％，一年后该磁性塑料的剩磁是203Gs，为原来的78％，取向度为66％。
对比例2
将实施例2中合金粉末用锡金粉末替换，其余原料与制备方法同实施例2。
所用磁粉剩磁Brp是6155Gs，所制磁性塑料的剩磁是Brb是259Gs，磁粉所占体积分数Vp是5％，根据取向度公式DOA＝Brb/(Vp*Brp)，得到该磁性塑料的取向度是84％，一年后磁性塑料的剩磁是201Gs，为原来的78％，取向度为65％。
对比例3
不添加实施例3中的铟镓合金粉末，其余原料与制备方法同实施例3。
所用磁粉剩磁Brp是6125Gs，所制磁性塑料的剩磁是Brb是261Gs，磁粉所占体积分数Vp是5％，根据取向度公式DOA＝Brb/(Vp*Brp)，得到该磁性塑料的取向度是85％，一年后磁性塑料的剩磁是188Gs，为原来的72％，取向度为61％。
综上，对比分析实施例1-3与对比例1-3，对比例中不加入合金或用单一金属替换合金，所制得的磁性塑料取向度明显低于实施例1-3的磁性塑料，一年后磁性塑料取向度、剩磁比例也远低于实施例1-3的磁性塑料。

Claims (10)

1.一种磁性塑料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：塑料30-90份，磁体5-45份，合金1-40份，增塑剂5-20份，热稳定剂1-10份，润滑剂1-8份；所述合金的熔点为100-300℃。
2.根据权利要求1所述的磁性塑料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：塑料50-70份，磁体10-30份，合金5-20份，增塑剂5-10份，热稳定剂1-4份，润滑剂1-3份；所述合金的熔点为100-200℃。
3.根据权利要求1或2所述的磁性塑料，其特征在于，所述合金包括锡、铋、铟和镓中的至少两种；所述合金的粒径为10-80μm。
4.根据权利要求3所述的磁性塑料，其特征在于，所述合金由锡和铋组成，锡和铋的质量比为(3-5):(4-7)。
5.根据权利要求1或2所述的磁性塑料，其特征在于，所述磁体选自铁氧体磁体和/或稀土磁体。
6.根据权利要求1或2所述的磁性塑料，其特征在于，所述磁体为磁粉，磁粉的粒径为1-3μm。
7.根据权利要求1或2所述的磁性塑料，其特征在于，所述塑料选自聚酰胺、聚苯硫醚、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚对苯二甲酸乙二酯中的至少一种。
8.根据权利要求1或2所述的磁性塑料，其特征在于，所述热稳定剂为有机锡。
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的磁性塑料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混合：将磁体、合金、增塑剂、热稳定剂、润滑剂混合，然后加入塑料，再搅拌混合，形成混合物；
(2)成型：将步骤(1)所述的混合物挤出注塑成型，保温，磁化，冷却，制得所述磁性塑料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中保温的温度为120-320℃，磁化的磁场强度为10000-25000oe，磁化的时间为5-20分钟。
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