CN114381122A - 一种稀土复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种稀土复合材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稀土复合材料，以重量份计，其原料包括：聚苯硫醚7~15份，表面处理稀土磁粉85~93份，LCP树脂0.5~2份，接枝改性弹性体0.3~1份，润滑剂0.05~0.1份。本发明的稀土复合材料具有高磁性能、优良的加工性、高力学性能及高温稳定性等特性，能满足新能源汽车热管理系统涉及的磁器件的注塑使用需求。本发明还公开了一种稀土复合材料制备方法，通过混合、混炼及造粒即可，对设备要求低，工艺简单，操作控制方便，产品质量稳定，适合工业化批量生产。

Description

一种稀土复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及注射成型磁性复合材料技术领域，尤其是涉及一种稀土复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
随着制造业的快速发展，中国汽车工业面临着产业转型、降低排放、能源危机和低碳发展的挑战，发展新能源汽车已经成为降低汽车工业石油依赖和排气污染的唯一途径。新能源汽车由于发动机、变速箱等部件变成了电池电机电控和减速器，其热管理系统主要包括四部分：电池热管理系统、汽车空调系统、电机电控冷却系统、减速器冷却系统。新能源汽车热管理系统按冷却介质分类主要包括液冷回路(电池及电机等冷却系统)、油冷回路(减速器等冷却系统)及冷媒回路(空调系统)，涉及零部件包括控制部件(电子膨胀阀、水阀等)、换热部件(冷却板、冷却器、油冷器等)与驱动部件(电子水泵与油泵等)。这对其中涉及的各种注塑磁器件所需的永磁复合材料的磁性能、加工性能、力学性能、热稳定性等方面提出了更严格的要求。
永磁复合材料由高分子树脂和永磁材料制得。稀土复合材料相较于铁氧体复合材料有着更高的磁性能，更符合小型化、轻量化、精细化的发展方向。目前市场上的稀土复合材料主要有尼龙基和聚苯硫醚基两类，而聚苯硫醚树脂以其优异的耐高温、耐化学性、低吸水性、尺寸稳定性、阻燃等特性，在新能源汽车上有着非常巨大的应用需求。
但是现有的聚苯硫醚基稀土复合材料普遍存在磁性能较低，强度低，韧性不足等问题，极大地限制了其应用。而为了解决上述聚苯硫醚基稀土复合材料的缺陷，现在通常采用碳纤、玻纤、碳纳米管等无机材料对聚苯硫醚树脂进行增强增韧改性，但是碳纤、玻纤、碳纳米管等无机材料的加入会造成聚苯硫醚基稀土复合材料加工性能的劣化，甚至无法完成磁器件的注塑成型。
发明内容
本发明是为了提供了一种具有高磁性能、优良的加工性、高力学性能及高温稳定性等特性，能满足新能源汽车热管理系统涉及的磁器件的注塑使用需求的稀土复合材料。
本发明还提供了一种对设备要求低，工艺简单，操作控制方便，产品质量稳定，适合工业化批量生产的稀土复合材料制备方法。
本发明还提供了一种稀土复合材料在新能源汽车热管理系统磁器件中的应用。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的一种稀土复合材料，以重量份计，其原料包括：聚苯硫醚7～15份，表面处理稀土磁粉85～93份，LCP树脂0.5～2份，接枝改性弹性体0.3～1份，润滑剂0.05～0.1份。LCP树脂的分子由刚性苯环结构和柔性酯基链段组成，耐热性能极高，热变形温度在300℃以上，具有很高的拉伸强度和模量，其典型结构是液晶，由于分子链保持着高度的规整性，当加热到晶化温度以后，只要稍微给一点剪切力，LCP熔体的流动性就会变得像水一样，因此是一种具有优异的加工成型性能和力学性能的新型高分子材料，因此，本发明中采用LCP树脂来提高聚苯硫醚的力学性能、加工性能及高温稳定性，当LCP树脂加入到聚苯硫醚中，会均匀地分布在聚苯硫醚中，并在其中形成微纤结构，不仅可以改善材料的加工性能，还可以明显提高材料的力学性能及高温稳定性；通过用活性基团接枝改性的接枝改性弹性体，能有效降低各原料之间的界面张力，有利于磁粉在树脂中的分散，提高原料之间的界面相容性和粘接力，从而能提高复合材料的力学性能；本发明的稀土复合材料具有高磁性能、优良的加工性、高力学性能及高温稳定性等特性，能满足新能源汽车热管理系统涉及的磁器件的注塑使用需求。
作为优选，以重量份计，其原料包括：聚苯硫醚8～12份，表面处理稀土磁粉88～92份，LCP树脂0.5～1.5份，接枝改性弹性体0.3～0.6份，润滑剂0.05～0.1份。
作为优选，所述表面处理稀土磁粉通过以下方法制得：将稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液充分混合后，真空干燥，冷却破碎。利用磷化和偶联的工艺对稀土磁粉进行表面处理，其原理在于在粉末表面形成一层磷化膜后又包覆偶联剂，可以有效避免稀土磁粉在高温混炼时被氧化，同时又能改善稀土磁粉和树脂之间的相容性。
作为优选，混合温度为50℃；真空干燥温度为100℃。
作为优选，所述稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液的质量比为5：(1～3)；所述磷酸/偶联剂的乙醇溶液中，磷酸的质量百分含量为0.5～3.0％，偶联剂的质量百分含量为0.1～2.0％；所述稀土磁粉为钕铁硼磁粉、钐铁氮磁粉、钐钴磁粉中的一种或多种；所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂。
作为优选，所述接枝改性弹性体为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶和/或马来酸酐接枝的热塑性聚酯弹性体。
作为优选，所述润滑剂为硬脂酸钙和/或多元醇脂肪酸。
一种稀土复合材料制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量份配比称取各原料后，将各原料放入高速混合机中混合均匀，得到混合料。
(2)将混合料加入双螺杆挤出机主喂料口，经混炼、造粒后即得稀土复合材料。
作为优选，步骤(2)中，混炼温度为290～330℃。
一种稀土复合材料在新能源汽车热管理系统磁器件中的应用。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)提供了一种稀土复合材料，具有高磁性能、优良的加工性、高力学性能及高温稳定性等特性，能满足新能源汽车热管理系统涉及的磁器件的注塑使用需求；
(2)提供了一种稀土复合材料制备方法，通过混合、混炼及造粒即可，对设备要求低，工艺简单，操作控制方便，产品质量稳定，适合工业化批量生产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
(1)按聚苯硫醚9kg，表面处理稀土磁粉91kg，LCP树脂0.5kg，接枝改性弹性体(甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶)0.3kg，润滑剂(硬脂酸钙)0.05kg的质量配比称取各原料后，放入高速混合机中，500r/min混合均匀，得到混合料；其中表面处理稀土磁粉通过以下方法制得：将稀土磁粉(钕铁硼磁粉)与磷酸/偶联剂(硅烷偶联剂)的乙醇溶液于50℃充分混合后，10℃真空干燥，冷却破碎，稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液的质量比为5:2；磷酸/偶联剂的乙醇溶液中，磷酸的质量百分含量为1％，偶联剂的质量百分含量为0.5％；
(2)将混合料加入双螺杆挤出机主喂料口，经320℃混炼、造粒后即得稀土复合材料。
对比例1
对比例1与实施例1相比，区别在于，原料中省略LCP树脂及接枝改性弹性体(甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶)，其余与实施例1完全相同。
对比例2
对比例2与实施例1相比，区别在于，原料中省略接枝改性弹性体(甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶)，其余与实施例1完全相同。
对比例3
对比例3与实施例1相比，区别在于，原料中省略LCP树脂，其余与实施例1完全相同。
实施例2
(1)按聚苯硫醚9kg，表面处理稀土磁粉91kg，LCP树脂0.3kg，接枝改性弹性体(甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶)0.3kg，润滑剂(硬脂酸钙)0.05kg的质量配比称取各原料后，放入高速混合机中，500r/min混合均匀，得到混合料；其中表面处理稀土磁粉通过以下方法制得：将稀土磁粉(钕铁硼磁粉)与磷酸/偶联剂(硅烷偶联剂)的乙醇溶液于50℃充分混合后，10℃真空干燥，冷却破碎，稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液的质量比为5：2；磷酸/偶联剂的乙醇溶液中，磷酸的质量百分含量为1％，偶联剂的质量百分含量为0.5％；
(2)将混合料加入双螺杆挤出机主喂料口，经320℃混炼、造粒后即得稀土复合材料。
实施例3
(1)按聚苯硫醚9kg，表面处理稀土磁粉91kg，LCP树脂0.5kg，接枝改性弹性体(甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶)0.6kg，润滑剂(硬脂酸钙)0.05kg的质量配比称取各原料后，放入高速混合机中，500r/min混合均匀，得到混合料；其中表面处理稀土磁粉通过以下方法制得：将稀土磁粉(钕铁硼磁粉)与磷酸/偶联剂(硅烷偶联剂)的乙醇溶液于50℃充分混合后，10℃真空干燥，冷却破碎，稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液的质量比为5：2；磷酸/偶联剂的乙醇溶液中，磷酸的质量百分含量为1％，偶联剂的质量百分含量为0.5％；
(2)将混合料加入双螺杆挤出机主喂料口，经320℃混炼、造粒后即得稀土复合材料。
实施例4
(1)按聚苯硫醚15kg，表面处理稀土磁粉85kg，LCP树脂2kg，接枝改性弹性体(甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶)1kg，润滑剂(硬脂酸钙)0.05kg的质量配比称取各原料后，放入高速混合机中，500r/min混合均匀，得到混合料；其中表面处理稀土磁粉通过以下方法制得：将稀土磁粉(钕铁硼磁粉)与磷酸/偶联剂(硅烷偶联剂)的乙醇溶液于50℃充分混合后，10℃真空干燥，冷却破碎，稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液的质量比为5：2；磷酸/偶联剂的乙醇溶液中，磷酸的质量百分含量为1％，偶联剂的质量百分含量为0.5％；
(2)将混合料加入双螺杆挤出机主喂料口，经290℃混炼、造粒后即得稀土复合材料。
实施例5
(1)按聚苯硫醚12kg，表面处理稀土磁粉88kg，LCP树脂1.5kg，接枝改性弹性体(甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶)0.6kg，润滑剂(硬脂酸钙)0.05kg的质量配比称取各原料后，放入高速混合机中，500r/min混合均匀，得到混合料；其中表面处理稀土磁粉通过以下方法制得：将稀土磁粉(钕铁硼磁粉)与磷酸/偶联剂(硅烷偶联剂)的乙醇溶液于50℃充分混合后，10℃真空干燥，冷却破碎，稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液的质量比为()；磷酸/偶联剂的乙醇溶液中，磷酸的质量百分含量为1％，偶联剂的质量百分含量为0.5％；
(2)将混合料加入双螺杆挤出机主喂料口，经310℃混炼、造粒后即得稀土复合材料。
实施例6
(1)按聚苯硫醚7kg，表面处理稀土磁粉93kg，LCP树脂0.5kg，接枝改性弹性体(甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶)0.3kg，润滑剂(硬脂酸钙)0.1kg的质量配比称取各原料后，放入高速混合机中，500r/min混合均匀，得到混合料；其中表面处理稀土磁粉通过以下方法制得：将稀土磁粉(钕铁硼磁粉)与磷酸/偶联剂(硅烷偶联剂)的乙醇溶液于50℃充分混合后，10℃真空干燥，冷却破碎，稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液的质量比为5：2；磷酸/偶联剂的乙醇溶液中，磷酸的质量百分含量为1％，偶联剂的质量百分含量为0.5％；
(2)将混合料加入双螺杆挤出机主喂料口，经320℃混炼、造粒后即得稀土复合材料。
实施例7
(1)按聚苯硫醚9kg，表面处理稀土磁粉91kg，LCP树脂0.5kg，接枝改性弹性体(马来酸酐接枝的热塑性聚酯弹性体)0.3kg，润滑剂(硬脂酸钙)0.05kg的质量配比称取各原料后，放入高速混合机中，500r/min混合均匀，得到混合料；其中表面处理稀土磁粉通过以下方法制得：将稀土磁粉(钕铁硼磁粉)与磷酸/偶联剂(硅烷偶联剂)的乙醇溶液于50℃充分混合后，10℃真空干燥，冷却破碎，稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液的质量比为5：2；磷酸/偶联剂的乙醇溶液中，磷酸的质量百分含量为1％，偶联剂的质量百分含量为0.5％；
(2)将混合料加入双螺杆挤出机主喂料口，经320℃混炼、造粒后即得稀土复合材料。
实施例8
(1)按聚苯硫醚9kg，表面处理稀土磁粉91kg，LCP树脂0.5kg，接枝改性弹性体(甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶)0.3kg，润滑剂(硬脂酸钙)0.05kg的质量配比称取各原料后，放入高速混合机中，500r/min混合均匀，得到混合料；其中表面处理稀土磁粉通过以下方法制得：将稀土磁粉(钕铁硼磁粉)与磷酸/偶联剂(钛酸酯偶联剂)的乙醇溶液于50℃充分混合后，10℃真空干燥，冷却破碎，稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液的质量比为5：2；磷酸/偶联剂的乙醇溶液中，磷酸的质量百分含量为1％，偶联剂的质量百分含量为0.5％；
(2)将混合料加入双螺杆挤出机主喂料口，经320℃混炼、造粒后即得稀土复合材料。
实施例9
(1)按聚苯硫醚12kg，表面处理稀土磁粉88kg，LCP树脂0.5kg，接枝改性弹性体(甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶)0.3kg，润滑剂(硬脂酸钙)0.05kg的质量配比称取各原料后，放入高速混合机中，500r/min混合均匀，得到混合料；其中表面处理稀土磁粉通过以下方法制得：将稀土磁粉(钐铁氮磁粉)与磷酸/偶联剂(硅烷偶联剂)的乙醇溶液于50℃充分混合后，10℃真空干燥，冷却破碎，稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液的质量比为5：2；磷酸/偶联剂的乙醇溶液中，磷酸的质量百分含量为1％，偶联剂的质量百分含量为0.5％；
(2)将混合料加入双螺杆挤出机主喂料口，经300℃混炼、造粒后即得稀土复合材料。
实施例10
(1)按聚苯硫醚8kg，表面处理稀土磁粉92kg，LCP树脂0.5kg，接枝改性弹性体(甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶)0.3kg，润滑剂(硬脂酸钙)0.05kg的质量配比称取各原料后，放入高速混合机中，500r/min混合均匀，得到混合料；其中表面处理稀土磁粉通过以下方法制得：将稀土磁粉(钐钴磁粉)与磷酸/偶联剂(硅烷偶联剂)的乙醇溶液于50℃充分混合后，10℃真空干燥，冷却破碎，稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液的质量比为5：2；磷酸/偶联剂的乙醇溶液中，磷酸的质量百分含量为1％，偶联剂的质量百分含量为0.5％；
(2)将混合料加入双螺杆挤出机主喂料口，经320℃混炼、造粒后即得稀土复合材料。
对实施例1～10以及对比例1～3中得到的稀土复合材料进行性能测试，得到的测试结果如表1所示。
表1实施例1～6以及对比例1～2中得到的稀土复合材料性能测试结果
Figure BDA0003475476670000061
由表1可知，本发明制备的稀土复合材料，通过加入LCP树脂和接枝改性弹性体，复合材料的加工性能、力学性能及高温稳定性都明显提高，在新能源汽车热管理系统的控制部件(电子膨胀阀、水阀等)、换热部件(冷却板、冷却器、油冷器等)与驱动部件(电子水泵与油泵等)中涉及的磁器件有很好的应用。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种稀土复合材料，其特征在于，以重量份计，其原料包括：聚苯硫醚7~15份，表面处理稀土磁粉85~93份，LCP树脂0.5~2份，接枝改性弹性体0.3~1份，润滑剂0.05~0.1份。
2.根据权利要求1所述的一种稀土复合材料，其特征在于，以重量份计，其原料包括：聚苯硫醚8~12份，表面处理稀土磁粉88~92份，LCP树脂0.5~1.5份，接枝改性弹性体0.3~0.6份，润滑剂0.05~0.1份。
3.根据权利要求1或2所述的一种稀土复合材料，其特征在于，所述表面处理稀土磁粉通过以下方法制得：将稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液充分混合后，真空干燥，冷却破碎。
4.根据权利要求3所述的一种稀土复合材料，其特征在于，混合温度为50℃；真空干燥温度为100℃。
5.根据权利要求3所述的一种稀土复合材料，其特征在于，所述稀土磁粉与磷酸/偶联剂的乙醇溶液的质量比或质量体积比为5：（1~3）；所述磷酸/偶联剂的乙醇溶液中，磷酸的质量百分含量为0.5~3.0%，偶联剂的质量百分含量为0.1~2.0%；所述稀土磁粉为钕铁硼磁粉、钐铁氮磁粉、钐钴磁粉中的一种或多种；所述偶联剂为硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂。
6.根据权利要求1或2所述的一种稀土复合材料，其特征在于，所述接枝改性弹性体为甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝的三元乙丙橡胶和/或马来酸酐接枝的热塑性聚酯弹性体。
7.根据权利要求1或2所述的一种稀土复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙和/或多元醇脂肪酸。
8.一种如权利要求1或2所述的稀土复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）按重量份配比称取各原料后，将各原料放入高速混合机中混合均匀，得到混合料；
（2）将混合料加入双螺杆挤出机主喂料口，经混炼、造粒后即得稀土复合材料。
9.根据权利要求8所述的稀土复合材料制备方法，其特征在于，步骤（2）中，混炼温度为290~330℃。
10.一种如权利要求1或2所述的稀土复合材料在新能源汽车热管理系统磁器件中的应用。
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