CN114381121A - 一种高温用永磁高分子复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高温用永磁高分子复合材料，永磁高分子复合材料包括以下质量份数比组成：聚酰亚胺10%~25%、锰铋永磁合金粉74%~89%、铝锆偶联剂0.5%~2%，本发明对粘结永磁材料的成分进行了改进，新型的复合永磁高分子材料比常规高分子粘结永磁材料具有使用温度高、高温磁能积大、价格便宜的优点，使本发明高温用永磁高分子复合材料在航空航天、飞机、新能源汽车等领域能够很好的应用。
Description
技术领域
本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种高温用永磁高分子复合材料及其制备方法。
背景技术
永磁材料在机电设备、电子器件和电磁感应器件中有着广泛应用，特别是新能源汽车、风力发电等技术也有赖于永磁材料。然而，传统永磁烧结过程复杂，能耗高、成本昂贵，促使了粘结磁体的发展。粘结磁体的磁性能比烧结磁体低，但具有易加工、可重复利用、尺寸精度高、一致性好、重量轻、易做成形状复杂器件、便于装配、磁性能良好等独特优势，成为了磁性材料市场发展最迅猛的一部分。粘结磁体在1934年由德国的Baermann率先设计并生产，国际上大范围生产的起步时间是20世纪60年代，中国起步时间为20世纪70年代。随着永磁材料和树脂等的不断发展，粘结磁体也呈现多样化的发展趋势。粘结磁体的成型方法主要包括挤出成型、模压成型、注射成型和流动温压成型四类。粘结磁体的磁性能约为同类烧结磁体的50%~70%，可满足大多数磁性器件使用要求，应用范围很广并且在不断地扩展，主要应用于传动机械、声电器件、通信设备、磁性密封、医疗设施等方面。
近年来，随着新能源汽车、微特电机等的飞速发展，迫切需要高温下（150℃~250℃）实用的永磁材料。目前应用范围最广的永磁材料是铁氧体类永磁、“磁王”钕铁硼以及高温钐钴永磁。钕铁硼磁能积高，但是因其含有较多稀土元素，价格昂贵，且高温性能差；永磁铁氧体虽然价格便宜，但是磁能积低，无法满足先进器件对高磁能积的要求；钐钴永磁虽然高温性能好，但是其含有稀土元素钐和价格较贵的钴，整体价格昂贵。
粘结剂对粘结磁体的性能，尤其是力学性能有很大的影响，凸现了很重要位置，常根据不同的成型工艺来选择。粘结剂在粘结磁体中属于非磁性相，使粘结磁体磁性能低于同种烧结永磁，因此粘结剂只能占据粘结磁体中的一小部分，并且要实现很好的粘结强度。目前已应用在粘结磁体研究的粘结剂有几十种，根据使用的粘结剂的不同，粘结磁体有热固性和热塑性粘结磁体两个大类。
L. Qiao等人为了提高聚苯硫醚基锶铁氧体复合材料的冲击强度，在复合材料中加入热塑性聚氨酯弹性体作为增韧剂，当热塑性聚氨酯添加量为 11wt％时，与没有加入热塑性聚氨酯的样品相比，复合材料的抗冲击强度提高了51.44％。段柏华给出了聚苯硫醚共混20wt%的尼龙66粘结剂对提升注塑流动性所作的贡献，并分析了机理。但是上述粘结剂高分子材料无法在高温下（150℃~250℃）长时间使用，限制了其应用。
综上所述，开发一种能够满足高磁能积、高使用温度、低成本的新型高温用永磁高分子复合材料具有重要意义。
发明内容
为了解决现有技术中粘结永磁材料存在的技术问题，本发明提供了一种高温用永磁高分子复合材料及其制备方法。
本发明所采用的技术方案为一种高温用永磁高分子复合材料，永磁高分子复合材料包括以下质量份数比组成：聚酰亚胺10%~25%、锰铋永磁合金粉74%~89%、铝锆偶联剂0.5%~2%。
优选的，所述聚酰亚胺的含量为：13%~22%。
优选的，所述锰铋永磁合金粉的含量为：77%~86%。
本发明同时提供一种高温用永磁高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：使用铝锆偶联剂对锰铋永磁合金粉进行表面改性，并获得改性磁粉；
步骤二：将步骤一中的改性磁粉和聚酰亚胺在高速混料机上充分混合均匀，然后使用双螺杆挤出机进行熔融共混、冷却和造粒。
优选的，所述步骤一中改性磁粉制备的具体步骤为：将铝锆偶联剂溶解在无水乙醇中，并用超声分散10分钟，接着在混合液中加入称量好的锰铋永磁合金粉，超声并搅拌20分钟，随后静置，在真空干燥箱50℃环境下干燥24小时，获得均匀改性磁粉。
优选的，所述步骤二中熔融共混挤出后的粒料在干燥箱80℃环境下干燥6小时后，可进行注塑成形。
本发明技术方案对粘结永磁材料的成分进行了改进，新型的复合永磁高分子材料比常规高分子粘结永磁材料具有使用温度高、高温磁能积大、价格便宜的优点，使本发明高温用永磁高分子复合材料在航空航天、飞机、新能源汽车等领域能够很好的应用。
具体实施方式
下面对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
本发明提供了如下具体实施方案，公开了各种组合实施例的性能。因此，应当认为本专利具体记载公开了所述技术方案的所有可能的组合方式。
本发明实施例采用的材料如下：
聚酰亚胺：聚酰亚胺（Polyimide，简写为PI），南京岳子化工有限公司生产。
锰铋永磁合金粉是自行制备：MnBi，采用真空感应熔炼制备MnBi合金块体，利用球磨工艺破碎成粉。
铝锆偶联剂：铝-锆酸酯偶联剂，美国CAVEDON化学公司生产。
本发明技术方案中永磁高分子复合材料包括以下质量份数比组成：聚酰亚胺10%~25%、锰铋永磁合金粉74%~89%、铝锆偶联剂0.5%~2%。
实施例1
首先，按照聚酰亚胺10%、锰铋永磁合金粉88%、铝锆偶联剂2%重量配比，将聚酰亚胺、锰铋永磁合金粉、铝锆偶联剂进行称重、干燥，使用铝锆偶联剂对锰铋永磁合金粉进行表面改性，将铝锆偶联剂溶解在无水乙醇中，并用超声分散10分钟，接着在混合液中加入称量好的锰铋永磁合金粉，超声并搅拌20分钟，随后静置，在真空干燥箱50℃环境下干燥24小时，获得均匀改性磁粉，将改性磁粉和聚酰亚胺在高速混料机上充分混合均匀，然后，使用双螺杆挤出机进行熔融共混、冷却和造粒，熔融共混挤出后的粒料在干燥箱中80℃干燥6小时后，可进行注塑成形，后续测试所需不同形状和尺寸的试样，均从此注塑板上切取的。
对上述制得的产物进行如下检测：采用振动样品磁强计测试材料的高温磁能积。
实施例2
首先，按照聚酰亚胺15%、锰铋永磁合金粉84%、铝锆偶联剂1%重量配比，将聚酰亚胺、锰铋永磁合金粉、铝锆偶联剂进行称重、干燥，使用铝锆偶联剂对锰铋永磁合金粉进行表面改性，将铝锆偶联剂溶解在无水乙醇中，并用超声分散10分钟，接着在混合液中加入称量好的锰铋永磁合金粉，超声并搅拌20分钟，随后静置，在真空干燥箱50℃环境下干燥24小时，获得均匀改性磁粉，将改性磁粉和聚酰亚胺在高速混料机上充分混合均匀，然后，使用双螺杆挤出机进行熔融共混、冷却和造粒，熔融共混挤出后的粒料在干燥箱中80℃干燥6小时后，可进行注塑成形，后续测试所需不同形状和尺寸的试样，均从此注塑板上切取的。
对上述制得的产品进行检测，检测方法与检测内容与实施例1完全相同。
实施例3
首先，按照聚酰亚胺20%、锰铋永磁合金粉79%、铝锆偶联剂1%重量配比，将聚酰亚胺、锰铋永磁合金粉、铝锆偶联剂进行称重、干燥，使用铝锆偶联剂对锰铋永磁合金粉进行表面改性，将铝锆偶联剂溶解在无水乙醇中，并用超声分散10分钟，接着在混合液中加入称量好的锰铋永磁合金粉，超声并搅拌20分钟，随后静置，在真空干燥箱50℃环境下干燥24小时，获得均匀改性磁粉，将改性磁粉和聚酰亚胺在高速混料机上充分混合均匀，然后，使用双螺杆挤出机进行熔融共混、冷却和造粒，熔融共混挤出后的粒料在干燥箱中80℃干燥6小时后，可进行注塑成形，后续测试所需不同形状和尺寸的试样，均从此注塑板上切取的。
对上述制得的产品进行检测，检测方法与检测内容与实施例1完全相同。
实施例4
首先，按照聚酰亚胺22.5%、锰铋永磁合金粉77%、铝锆偶联剂0.5%重量配比，将聚酰亚胺、锰铋永磁合金粉、铝锆偶联剂进行称重、干燥，使用铝锆偶联剂对锰铋永磁合金粉进行表面改性，将铝锆偶联剂溶解在无水乙醇中，并用超声分散10分钟，接着在混合液中加入称量好的锰铋永磁合金粉，超声并搅拌20分钟，随后静置，在真空干燥箱50℃环境下干燥24小时，获得均匀改性磁粉，将改性磁粉和聚酰亚胺在高速混料机上充分混合均匀，然后，使用双螺杆挤出机进行熔融共混、冷却和造粒，熔融共混挤出后的粒料在干燥箱中80℃干燥6小时后，可进行注塑成形，后续测试所需不同形状和尺寸的试样，均从此注塑板上切取的。
对上述制得的产品进行检测，检测方法与检测内容与实施例1完全相同。
表1 实施例1-4的高温磁能积（200℃、250℃）如下所示。
根据以上结果可以看出，聚酰亚胺、锰铋永磁合金粉的含量对磁能积有很大影响，通过本试验中，实施例2复合永磁材料按照聚酰亚胺15%、锰铋永磁合金粉84%、铝锆偶联剂1%重量比时，其高温磁能积最佳。
Claims (6)
1.一种高温用永磁高分子复合材料，其特征在于，永磁高分子复合材料包括以下质量份数比组成：聚酰亚胺10%~25%、锰铋永磁合金粉74%~89%、铝锆偶联剂0.5%~2%。
2.根据权利要求1所述一种高温用永磁高分子复合材料，其特征在于，所述聚酰亚胺的含量为：13%~22%。
3.根据权利要求1所述一种高温用永磁高分子复合材料，其特征在于，所述锰铋永磁合金粉的含量为：77%~86%。
4.一种根据权利要求1、2或3所述高温用永磁高分子复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：使用铝锆偶联剂对锰铋永磁合金粉进行表面改性，并获得改性磁粉；
步骤二：将步骤一中的改性磁粉和聚酰亚胺在高速混料机上充分混合均匀，然后使用双螺杆挤出机进行熔融共混、冷却和造粒。
5.根据权利要求4一种高温用永磁高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中改性磁粉制备的具体步骤为：将铝锆偶联剂溶解在无水乙醇中，并用超声分散10分钟，接着在混合液中加入称量好的锰铋永磁合金粉，超声并搅拌20分钟，随后静置，在真空干燥箱50℃环境下干燥24小时，获得均匀改性磁粉。
6.根据权利要求4一种高温用永磁高分子复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中熔融共混挤出后的粒料在干燥箱80℃环境下干燥6小时后，可进行注塑成形。
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