CN115895033B

CN115895033B - 铁氧体塑磁材料用润滑剂、铁氧体塑磁材料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN115895033B
Application number: CN202211411698.7A
Authority: CN
Inventors: 熊君; 孙威; 马斌; 王继全; 王峰; 胡国辉
Original assignee: BGRIMM Technology Group Co Ltd
Current assignee: BGRIMM Technology Group Co Ltd
Priority date: 2022-11-11
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2023-11-28
Anticipated expiration: 2042-11-11
Also published as: CN115895033A

Abstract

本发明提供了铁氧体塑磁材料用润滑剂、铁氧体塑磁材料及其制备方法与应用，涉及铁氧体技术领域。具体而言，本发明提供的润滑剂包括有第一润滑组分和第二润滑组分；所述第一润滑组分包括硅酮粉或硅酮母粒中的一种，所述第二润滑组分包括芥酸酰胺或油酸酰胺中的至少一种；铁氧体塑磁材料包括如下组分：所述润滑剂、铁氧体磁粉、偶联剂和尼龙。所述润滑剂用于解决高粉体填充率时导致的铁氧体塑磁材料流动性及力学性能差的缺陷；由其制得的铁氧体塑磁材料具有流动性能高、拉伸强度高、弯曲强度高等技术优势，在微特电机的应用上具有广阔的前景。

Description

铁氧体塑磁材料用润滑剂、铁氧体塑磁材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及铁氧体技术领域，具体而言，涉及铁氧体塑磁材料用润滑剂、铁氧体塑磁材料及其制备方法与应用。

背景技术

塑磁制品，主要包括塑磁电机转子、磁环等，装配于微型特种电机，广泛应用于汽车电机、家用电器、计算机及办公设备、通讯传感等支柱产业及新兴产业。塑磁制品的常规制备方法是以铁氧体粘结磁粉为主原料，与尼龙(或其他弹性体材料)、润滑剂、增塑剂等助剂在高速混料机混合均匀，经过双螺杆挤出机加热混炼、制粒得到注塑粒料，通过注射成型技术得到成品。

伴随着社会智能化的发展，微特电机更新迭代，要求体积越来越小，产品趋向于高性能、小型化、轻量化发展，因此需要开发高磁性能的注塑粒料；由于磁性能的提高，产生相同的磁通密度，磁体体积就会下降，符合产品未来发展趋势。如果将注塑粒料中的铁氧体粘结磁粉的含量增大，随着粉体填充率的提高，明显能够大幅提高磁性能，但是粒料的流动性和力学性能呈下降趋势。其中，力学性能差容易引起产品变形、开裂，导致成品率低。而流动性差会导致粒料在挤出造粒和注射成型过程中，聚合物熔融之后具有较高的粘度，在通过窄缝、浇口等流道时，聚合物熔体必定要与加工机械表面产生摩擦，流动性太低时需要更高推进压力，容易造成损坏设备，同时成品存在表面磁通降低、模具充不满、表面粗糙等缺陷。

因此，亟需一种优化的铁氧体塑磁材料的工艺方法，使其在具有较高的磁性能的同时，还能保证力学性能和流动性能，以获得高成材率。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种铁氧体塑磁材料用润滑剂，用于解决高粉体填充率(≥90wt％)时导致的铁氧体塑磁材料流动性及力学性能差的缺陷。

一种铁氧体塑磁材料用润滑剂，包括有第一润滑组分和第二润滑组分；其中，所述第一润滑组分包括硅酮粉或硅酮母粒中的一种，所述第二润滑组分包括芥酸酰胺或油酸酰胺中的至少一种。

优选地，所述第一润滑组分和所述第二润滑组分的质量比为1： 1～5：1；更优选地，所述第一润滑组分和所述第二润滑组分的质量比为3：1。

本发明的第二目的在于提供一种所述的铁氧体塑磁材料用润滑剂的制备方法，包括如下步骤：将第一润滑组分和第二润滑组分进行混合处理；

优选地，所述混合处理的时间为20s～100s。

本发明的第三目的在于提供一种铁氧体塑磁材料，具有高磁性能、高流动性能、高力学强度等优势，综合性能好。

一种铁氧体塑磁材料，包括按重量份数计的如下组分：如上所述的铁氧体塑磁材料用润滑剂10～50份、铁氧体磁粉3500～4500份、偶联剂20～100份和尼龙350～550份。

优选地，所述铁氧体磁粉包括锶铁氧体粘结磁粉；

更优选地，所述铁氧体磁粉的磁性能满足如下特征：Br≥0.285T， (BH)_max≥16.0kJ/m³，MFR≥60g/10min；

更优选地，所述铁氧体磁粉的粒径为1.5μm～2μm。

优选地，所述偶联剂包括硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂中的至少一种。

优选地，所述尼龙包括尼龙S22、尼龙1010和尼龙1013中的至少一种。

本发明的第四目的在于提供一种铁氧体塑磁材料的制备方法，包括如下步骤：1)将铁氧体磁粉、偶联剂和酒精混合均匀，而后在 70℃～100℃下恒温处理1h～3h，得到第一混合料；2)将所述第一混合料、尼龙、以及如上所述的铁氧体塑磁材料用润滑剂混合均匀，得到第二混合料；3)将所述第二混合料经混炼后挤出，待挤出料冷却后经造粒、注塑得到铁氧体塑磁材料。

优选地，在步骤3)中，挤出温度为240℃～250℃。

本发明的第五目的在于提供所述的铁氧体塑磁材料在微特电机中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明采用内润、外润相结合的复合润滑剂实现了材料流动性能 MFR的提高，相较常规润滑性能提高了30％～50％，高达 137.7g/10min，解决了塑磁材料因低流动性引起的注塑不满、磁场取向差、表磁强度低等产品缺陷。同时结合此润滑剂还能使材料拉伸强度提高50％，达到104.5MPa，解决了高磁粉填充率的情况下塑磁产品注塑成型易变形和开裂的技术难题。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

润滑剂的主要作用在于降低聚合物与加工设备以及聚合物与填料相之间的摩擦与损耗，增加聚合物加工过程中物料的流动性，是现代高分子材料加工的重要助剂。对铁氧体磁粉制得的产品，如本发明所述的塑磁材料及其制品，润滑剂的使用通常存在如下方面的缺点：

第一，当铁氧体磁粉的填充率高于90wt％时，注塑料流动性差，容易造成成型缺陷；通常铁氧体磁粉的流动性远低于尼龙等添加剂，因此过高的磁粉填充量会使磁粉-助剂混合物体系的粘度变大，流动性变差，时常引起注塑压力升高造成磁体成型困难，磁粉粒子旋转受限使得磁粉取向度偏低，磁通下降，加工特性下降，最终导致磁体表面粗糙、内部产生气孔或空洞等诸多问题。第二，高粉体填充率的塑磁产品力学性能差，注塑成型极易变形、甚至开裂。第三，部分润滑剂与尼龙高分子聚合物的相容性差，造成润滑剂析出、起霜、易结垢、与其他助剂反应等缺陷。

本发明是通过如下技术方案进行实施并解决如上所述的技术问题的：一种铁氧体塑磁材料用润滑剂，包括有第一润滑组分和第二润滑组分；其中，所述第一润滑组分包括硅酮粉或硅酮母粒中的一种，所述第二润滑组分包括芥酸酰胺或油酸酰胺中的至少一种。其中，所述第一润滑组分为内润滑组分，所述第二润滑组分为外润滑组分，通过采用内外润滑技术相复合，添加和协调两种润滑剂体系共同作用，实现材料流动性能MFR大幅提高，解决了低流动性引起的注塑不满、磁场取向差、表磁强度低等产品缺陷；同时，除了改进流动性，还能促进熔融、便于脱模、防止粘连等作用，较单一润滑方式效果更优。

外润滑剂的作用主要是改善聚合物熔料与设备的热金属表面的摩擦状况，使塑件容易脱模；其与聚合物的相容性较差，容易从熔料中往外迁移，在成型过程中能在熔料与模具间形成一层很薄的隔离膜，使塑料不粘住模具表面。相对应地，内润滑剂与聚合物有更好的相容性，其在聚合物内部起着降低聚合物分子间内聚力的作用，从而改善塑料熔料的内摩擦生热和熔体流动性。同一种润滑剂在不同的聚合物中或不同的加工条件下会表现出不同的润滑作用，如高温、高压下，内润滑剂会被挤压出来而成为外润滑剂。

作为一种优选的实施方式，所述第一润滑组分和所述第二润滑组分的质量比包括但不限于：1：1、2：1、3：1、4：1、5：1。

所述的铁氧体塑磁材料用润滑剂的制备方法包括如下步骤：将第一润滑组分和第二润滑组分进行混合处理；

作为一种优选的实施方式，所述混合处理的时间包括但不限于： 20s、30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s、100s。

一种铁氧体塑磁材料包括按重量份数计的如下组分：如上所述的铁氧体塑磁材料用润滑剂10～50份、铁氧体磁粉3500～4500份、偶联剂20～100份和尼龙350～550份；具体而言，各组分的重量份数包括但不限于：润滑剂10、15、20、25、30、35、40、45、50；铁氧体磁粉3500、3600、3700、3800、3900、4000、4100、4200、4300、4400、 4500；偶联剂20、30、40、50、60、70、80、90、100；尼龙350、 400、450、500、550。需要注意的是，各组分的重量份数可以为上述参数值，也可以是上述参数值所构成的数值区间中的任意实数值。

本发明中润滑剂的所述第一润滑组分除了润滑方面，还起到改善磁粉(非极性无机物)和尼龙(极性有机物)的界面相容性，可以起到浸润的作用，而较常规的润滑组分乙烯基双硬脂酰胺(EBS)在无机物和有机物方面的相容性方面非常有限。

第一润滑组分中硅酮粉(或硅酮母粒)具有硅酮含量高、分子量大、表面无析出、在螺杆中挤出不打滑等特点，将无机硅以成核的结构包覆在大分子材料(聚硅氧烷)中，其分子间的作用力强于高分子和无机物；而结构另一端是高分子与烷烃的结合,在界面层起承上启下的作用,一边拉住无机物,一边融合高分子,比偶联剂单纯地改善界面极性强度要高很多；因此，当使用第一润滑组分时对力学性能的提高相当明显，但是相应地，流动性提升效果一般。而在本发明中通过第二润滑组分与之协调搭配，所得到的复合润滑剂可以保持很好的流动性的同时提高塑磁材料的力学性能。需要注意的是：并非任一种润滑剂都可以相互搭配，需要考虑到与尼龙的相容性、以及作为内外润滑剂的比例关系问题等等。

对于本发明的润滑组分的选择，至少存在如下的技术优势：第一，性能持久且优异的润滑性；第二，与聚合物具备良好的相容性，两组润滑组分的作用要平衡，不析出、不起霜、不易结垢，不与其他助剂反应；第三，热稳定性能优良，在加工成型过程中不分解、不挥发、不降低聚合物的性能；第四，化学稳定性优良，无毒无污染，不腐蚀设备。

作为一种优选的实施方式，在所述铁氧体塑磁材料中，所述润滑剂的添加量为0.1wt％～1.0wt％；作为一种更优选的实施方式，在所述铁氧体塑磁材料中，所述润滑剂的添加量为0.3wt％～0.6wt％。

为了保证注塑材料的磁性能和外观质量，润滑剂的用量必须适当。通常加入适量的润滑剂后，H_cj有较大幅度提高，且Br、(BH)_max在一定范围内增加。然而超量添加润滑剂使得物料与加工设备之间的摩擦力急剧减小；物料混合加工时，主要通过设备间的剪切力及摩擦力将磁粉与高分子材料混合均匀；因而摩擦力过小时物料在设备表面打滑，剪切力及摩擦力降低，必然给加工带来困难。而润滑剂用量过少，虽然剪切力和摩擦力增大，但其对设备的磨损增大，同时因为摩擦力的增大，引起磁粉颗粒晶体发生畸变或磁体内部产生内应力，引起磁体的Br及(BH)_max值下降。综上，必须将塑磁材料中润滑剂的添加量保持在如上的限定值中。

所述的铁氧体塑磁材料的制备方法包括如下步骤：

1)将铁氧体磁粉、偶联剂和酒精混合均匀，而后在70℃～100℃下恒温处理1h～3h，得到第一混合料；其中，所述恒温处理的过程中酒精会全部挥发；

作为一种优选的实施方式，步骤1)中的混合操作通过高速混料机实施，混合时间为30s～90s；

作为一种优选的实施方式，步骤1)中，以每1000g的铁氧体磁粉计，酒精的添加量为5mL～20mL；

2)将所述第一混合料、尼龙、以及如上所述的铁氧体塑磁材料用润滑剂混合均匀，得到第二混合料；

作为一种优选的实施方式，步骤2)中的混合操作通过高速混料机实施，混合时间为30s～90s；

3)将所述第二混合料经混炼后挤出，待挤出料冷却后经造粒、注塑得到铁氧体塑磁材料；

作为一种优选的实施方式，步骤3)具体地包括如下步骤：所述第二混合料经双螺杆挤出机挤出混炼，挤出温度为240℃～250℃；待挤出料冷却后，再使用切粒机得到注塑粒料；最后将所述注塑粒料在带有磁场取向装置模具的注塑机上注射成型，得到所述铁氧体塑磁材料。

挤出机和注射机是铁氧体塑磁材料制备工序中的关键设备。第二混合料在挤出机中混料、以及注塑粒料在注射机中填料，都是采用螺杆方式进行物料的混炼和传输。无论挤出机还是注射机，其螺杆可以分三个润滑效果区：初期润滑效果区：这是从加料段到压缩段时间的区域；磁粉和尼龙在这个区域内进行混合并开始塑化。此效果区要求润滑剂能增加塑料的流动性，保证加料通畅。因此，此效果区主要是内润滑剂在起作用。中期润滑效果区：这是从压缩段到计量段的区域；铁氧体粉末和尼龙在这里完成塑化。此效果区要求润滑剂能降低塑料流动过程中的摩擦力，保证熔体流动。因此，此效果区主要是外润滑剂在起作用，但内润滑剂可以降低熔体粘度，也是不可或缺的。后期润滑效果区：这是从计量段到金属模具的区域；此效果区熔体被加压并被送入模具中成型。此效果区要求润滑剂能降低熔体与金属模具表面间的附着力，便于脱模，故仍是外润滑剂在起主要作用。

实施例1～5

将硅酮粉与芥酸酰胺按照质量比通过高混机进行混合，时间为 30s，制成五种复合润滑剂；具体的质量比参数见如下表1所示。

此外还设置了对比例1～4与实施例1～5进行对比。对比例1～4的组分构成同样如下表1所示。

表1

编号	润滑体系
		实施例1	硅酮粉与芥酸酰胺质量比＝1：1
实施例2	硅酮粉与芥酸酰胺质量比＝2：1
		实施例3	硅酮粉与芥酸酰胺质量比＝3：1
实施例4	硅酮粉与芥酸酰胺质量比＝4：1
		实施例5	硅酮粉与芥酸酰胺质量比＝5：1
对比例1	硅酮粉
		对比例2	芥酸酰胺
对比例3	EBS(常规市售润滑剂)
		对比例4	TAF(常规市售润滑剂)

实施例6

将硅酮粉与油酸酰胺按照质量比(3：1)通过高混机进行混合，时间为30s，制成本实施例的复合润滑剂。

实施例7～12

将所制得的润滑剂分别加入铁氧体塑磁材料配方体系中，制备塑磁材料。具体的制备步骤如下：

步骤1、将一次混料倒入高混机中搅拌混合1min后出料，出料后放入烘箱，在80℃下烘干2h至酒精全部挥发；一次混料配方如下： 1000g铁氧体磁粉、10mL酒精、10mLSi-900偶联剂。

步骤2、将二次混料倒入高混机中搅拌混合1min后出料；二次混料配方如下：一次混料4040g、尼龙S22 96g、尼龙1010 353.6g、尼龙1013 8g、复合润滑剂24g。

步骤3、二次混料磁粉经双螺杆挤出机挤出混炼，挤出温度控制在240～250℃，挤出后冷却，再使用切粒机得到注塑粒料，最后将注塑粒料在带有磁场取向装置模具的注塑机上注射成型，得到直径为的注塑磁体。

在步骤2中分别采用如实施例1～6制得的复合润滑剂，分别制备得到如实施例7～12的注塑磁体，实施例1制得的复合润滑剂对应于实施例7的注塑磁体，实施例2制得的复合润滑剂对应于实施例8的注塑磁体，如此类推。

在步骤2中分别采用如对比例1～4制得的润滑剂，分别制备得到如对比例5～8的注塑磁体，对比例1的润滑剂对应于对比例5的注塑磁体，对比例2的润滑剂对应于对比例6的注塑磁体，如此类推。

试验例

对实施例7～12和对比例5～8的注塑磁体的性能进行测试。采用中国计量科学院DMT-1测磁仪测量注塑磁体的磁性能。使用承德大华试验机有限公司的XWW-20KN电子万能试验机，按照ASTM-D638 检测注塑磁体的拉伸强度，按照ASTM-D790检测注塑磁体的弯曲强度；采用日本东洋精机生产的F-F01型熔融指数仪进行流动性检测；按照ASTM D1238-98标准执行，测试10公斤载荷在温度270℃下注塑粒料的熔融指数MFR。全部的测试结果如下表2所示。

表2

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。

Claims

1.一种铁氧体塑磁材料，其特征在于，由按重量份数计的如下组分组成：铁氧体塑磁材料用润滑剂10～50份、铁氧体磁粉3500～4500份、偶联剂20～100份和尼龙350～550份；

所述的铁氧体塑磁材料用润滑剂包括有第一润滑组分和第二润滑组分；其中，所述第一润滑组分包括硅酮粉或硅酮母粒中的一种，所述第二润滑组分包括芥酸酰胺或油酸酰胺中的至少一种，所述第一润滑组分和所述第二润滑组分的质量比为3：1。

2.根据权利要求1所述的铁氧体塑磁材料，其特征在于，所述的铁氧体塑磁材料用润滑剂的制备方法包括如下步骤：将第一润滑组分和第二润滑组分进行混合处理；

所述混合处理的时间为20s～100s。

3.根据权利要求1所述的铁氧体塑磁材料，其特征在于，所述铁氧体磁粉包括锶铁氧体粘结磁粉。

4.根据权利要求3所述的铁氧体塑磁材料，其特征在于，所述铁氧体磁粉的磁性能满足如下特征：Br≥0.285T，(BH)_max≥16.0kJ/m³，MFR≥60g/10min。

5.根据权利要求3所述的铁氧体塑磁材料，其特征在于，所述铁氧体磁粉的粒径为1.5μm～2μm。

6.根据权利要求1所述的铁氧体塑磁材料，其特征在于，所述偶联剂包括硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的铁氧体塑磁材料，其特征在于，所述尼龙包括尼龙S22、尼龙1010和尼龙1013中的至少一种。

8.如权利要求1～7任一项所述的铁氧体塑磁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将铁氧体磁粉、偶联剂和酒精混合均匀，而后在70℃～100℃下恒温处理1h～3h，得到第一混合料；

2)将所述第一混合料、尼龙、以及所述的铁氧体塑磁材料用润滑剂混合均匀，得到第二混合料；

3)将所述第二混合料经混炼后挤出，待挤出料冷却后经造粒、注塑得到铁氧体塑磁材料。

9.根据权利要求8所述的铁氧体塑磁材料的制备方法，其特征在于，在步骤3)中，挤出温度为240℃～250℃。

10.如权利要求1～7任一项所述的铁氧体塑磁材料在微特电机中的应用。