CN117981019A - 粘结磁铁用树脂组合物及使用该粘结磁铁用树脂组合物的成型体 - Google Patents
粘结磁铁用树脂组合物及使用该粘结磁铁用树脂组合物的成型体 Download PDFInfo
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Abstract
根据本实施方式,提供一种不会降低磁特性,耐热性、弯曲强度·IZOD冲击强度等物性特性优异,且腐蚀性气体的产生得到减少的粘结磁铁用树脂组合物。提供一种包含磁性粉末、PPS树脂以及水滑石粉末,且水滑石粉末的含量相对于PPS树脂为0.1~25.0重量%的粘结磁铁用树脂组合物及其成型体。
Description
技术领域
本公开涉及一种不会降低磁特性,耐热性、弯曲强度、IZOD冲击强度等物性特性优异且能够减少腐蚀性气体的产生的粘结磁铁用树脂组合物。另外,本公开涉及一种使用了该树脂组合物的粘结磁铁成型体。
背景技术
众所周知,粘结磁铁与烧结磁铁相比,具有轻型且有良好的尺寸精度的优点。并且,即使是复杂形状的粘结磁铁也具有能够容易量产化等优点。因此,粘结磁铁广泛用于玩具用、办公设备用、音频设备用以及马达用等各种用途。
作为用于粘结磁铁的磁性粉末,已知有以Nd-Fe-B系为代表的稀土类磁铁粉末或者铁氧体粒子粉末。稀土类磁铁粉末具有高磁特性,但价格也昂贵。因此,能够使用稀土类磁铁粉末的用途受到限制。另一方面,铁氧体粒子粉末与稀土类磁铁粉末相比,在磁特性的方面稍差。然而,铁氧体粒子粉末价格低廉,并且化学上也稳定。因此,铁氧体粒子粉末在广泛的用途中都得到应用。
粘结磁铁的制造中,一般而言,混炼的橡胶或塑料材料与磁性粉末在磁场中成型,或者通过机械方法成型。
近年来,要求包含各种材料和设备的生产率提高以及使用时的可靠性提高的高功能化。伴随于此,要求包含这些材料和设备中使用的粘结磁铁的生产率提高、机械强度的提高以及磁特性提高的高性能化。
例如车辆等中,使用粘结磁铁作为转子或者传感器。由于是装置的长寿命化和高速旋转的用途,对所使用的粘结磁铁强烈要求高耐热性和机械强度。因此,作为粘结剂树脂,可使用利用了PPS树脂的粘结磁铁。已知该粘结磁铁具有高耐热性,并且能够降低高温下的机械特性。
例如,专利文献1中提出了通过以规定的比例将PPS树脂和PA树脂混合,另外,专利文献2中提出了通过在PPS树脂中添加改性聚烯烃类和玻璃纤维,由此,制备具有高耐热性,并且机械强度和磁特性优异的粘结磁铁用化合物。
另外,专利文献3中提出了为了得到即使暴露于高温环境下也能够抑制强度降低的粘结磁铁,从而包含磷系抗氧化剂的粘结磁铁用树脂组合物。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-77802号公报
专利文献2:日本特开平4―44304号公报
专利文献3:日本特开2015-76572号公报
具体实施方式
然而,使用了PPS树脂的粘结磁铁中,因来自于PPS树脂的腐蚀性气体(Cl-或者SO4 2-)的影响,存在在生产过程中模具的维护的次数增加、模具寿命变短、以及粘结磁铁劣化等风险。因此,强烈要求减少腐蚀性气体。
因此,本公开的技术课题是得到不会降低磁特性,且耐热性、弯曲强度、IZOD冲击强度等物性特性优异,能够减少腐蚀性气体的产生的粘结磁铁用树脂组合物及使用其的成型体。
上述技术的课题能够通过如下所述的本实施方式实现。
即,本实施方式1的粘结磁铁用树脂组合物包含磁性粉末、PPS树脂以及水滑石粉末,相对于PPS树脂,含有水滑石0.1~25.0重量%。
另外,本实施方式2的粘结磁铁用树脂组合物是含有PPS树脂5~30重量%的、本实施方式1的粘结磁铁用树脂组合物。
另外,本实施方式3的粘结磁铁用树脂组合物是含有水滑石0.01~4.0重量%的、本实施方式1或者2的粘结磁铁用树脂组合物。
另外,本实施方式4的粘结磁铁用树脂组合物是水滑石粉末为Mg-Al系水滑石的、本实施方式1至3中任一项所述的粘结磁铁用树脂组合物。
另外,本实施方式5的粘结磁铁用树脂组合物是使用本实施方式1~4中任一项所述的粘结磁铁用树脂组合物而成型的成型体。
根据本实施方式,能够不降低Br(剩余磁通密度)就减少腐蚀性气体的产生。并且使用本实施方式的粘结磁铁用树脂组合物得到的成型品具有高弯曲强度和高IZOD冲击强度等物性特性。因此,该树脂组合物可适宜地用于粘结磁铁的成型。
实施方式
以下,详细说明本实施方式。
本实施方式的粘结磁铁用树脂组合物至少含有磁性粉末、PPS树脂以及水滑石粉末。
本实施方式中使用的磁性粉末并没有特别限定。通常可以使用用于粘结磁铁的磁性粉末、例如铁氧体粒子粉末或者稀土类磁性粉末。
优选的铁氧体粒子粉末为磁铅矿型铁氧体粒子粉末。这里,磁铅矿型铁氧体粒子粉末是指包含式AO·nFe2O3(其中,A为Ba、Sr或者Ba-Sr,n=5.0~6.5)所示的钡铁氧体粒子粉末、锶铁氧体粒子粉末、钡-锶铁氧体粒子粉末、这些铁氧体粒子粉末、以及0.1~7.0mol%的选自Ti、Mn、Al、La、Zn、Bi和Co中的1种或者2种以上的元素的粒子粉末。
铁氧体粒子粉末的平均粒径优选为1.0~5.0μm,更优选为1.0~2.0μm。BET比表面积优选为1~10m2/g,更优选为1~5m2/g。矫顽力iHc优选为119~557kA/m(1500~7000Oe),更优选为119~398kA/m(1500~5000Oe)。剩磁优选为100~300mT(1000~3000G),更优选为100~200mT(1000~2000G)。
稀土类磁性粉末是在构成元素中包含至少一种稀土类元素和至少一种过渡金属的金属间化合物。例如可举出稀土类钴系、稀土类-铁-硼素系、稀土类-铁-氮气系等磁性粉末。特别是在使用了稀土类-铁-硼素系磁性粉末、或者稀土类-铁-氮系磁性粉末的情况下,可得到具有优异的磁特性的粘结磁铁。
稀土类磁性粉末的平均粒径优选为1~120μm,更优选为1~80μm。BET比表面积优选为0.5~5m2/g,更优选为0.5~3m2/g。矫顽力iHc优选为239~1591kA/m(3.0~20kOe),更优选为318~1114kA/m(4.0~15kOe)。剩磁优选为0.3~1.8mT(3.0~18kG),更优选为0.5~1.3mT(5.0~13kG)。
应予说明,可以将Nd-Fe-B系磁性粉末直接用于混炼。然而,在Nd-Fe-B系磁性粉末为薄片状粉体的情况下,为了得到更高的流动性、磁特性,优选对薄片状粉体利用喷射式粉碎机、雾化器或者球磨机等进行粉碎。如此可得到具有100μm以下的平均粒径的薄片状粉体。
作为软铁氧体粒子粉末的例子,可举出Mn-Zn铁氧体、Ni-Zn铁氧体、Ni-Zn-Cu铁氧体、Mn-Mg铁氧体、羰基铁粉以及铁尘。另外,也能够根据使用的电磁波的频率来变更所使用的软铁氧体的组成。
软铁氧体粉末的平均粒径优选为1~150μm,更优选为1~50μm。
优选地,为了对这些磁性粉末抑制因氧化导致的磁特性的劣化,提高与树脂的相容性、以及提高成型品的强度,进行了各种表面处理。
作为能够用于表面处理的材料的例子,可举出硅烷系偶联剂、钛系偶联剂、铝系偶联剂、硅氧烷聚合物、有机磷酸系表面处理剂以及无机磷酸系表面处理剂。特别是能够通过利用硅烷系偶联剂预先对磁性粉末的表面实施处理,从而进一步提高成型品的强度。
用于本实施方式的水滑石粉末是通式:[M2+ 1-xM3+ x(OH)2][An- x/n·mH2O](式中,M2+表示Mg2+、Co2+、Ni2+、Zn2+等2价的金属离子。M3+表示Al3+、Fe3+、Cr3+等3价的金属离子。An-表示OH-、Cl-、CO3 2-、SO4 2-等层间阴离子。x满足0<x<1。n为A的价数。m满足0≤m<1。)所示的层状化合物。
本实施方式中使用的水滑石粉末优选是包含Mg2+作为2价的金属离子,包含Al3+作为3价的金属离子的Mg-Al系水滑石。这些金属离子的一部分或者全部可以置换为其它的金属离子。
本实施方式中使用的水滑石粉末包含板状的粒子。其平均板面直径为0.01~1.0μm,优选平均板面直径为0.02~0.8μm,更优选为0.03~0.7μm。在平均板面直径小于0.01μm的情况下,树脂中的分散性不充分。在超过1.0μm的情况下,难以在工业上生产板状的粒子。
本实施方式中使用的水滑石粉末的BET比表面积优选为1~150m2/g,更优选为5~100m2/g,进一步更优选为8~50m2/g。具有小于1m2/g的BET比表面积的水滑石粒子不易在工业上得到。在BET比表面积超过150m2/g的情况下,粒子彼此的凝结变得严重。其结果是难以使粒子在树脂中均匀的分散。
本实施方式中使用的水滑石粉末可以根据需要,用选自高级脂肪酸、阴离子系表面活性剂、高级脂肪酸磷酸酯、偶联剂以及多元醇酯类中的至少一种表面处理剂而被覆粒子表面。通过利用表面被覆物进行被覆,水滑石粉末在树脂中的分散性提高。
本实施方式中使用的水滑石粉末可以通过常规方法制造。作为例子,可举出如下方法:首先将镁化合物和铝化合物混合,将制成的该混合物煅烧,接着,将如此得到的Mg-Al复合氧化物利用含有阴离子的水溶液进行水和。另外,在其它的例子中,首先将含有阴离子的碱性水溶液、镁盐水溶液和铝盐水溶液混合,在制成的混合水溶液中添加钙盐水溶液,接着,通过对包含得到的钙盐的水溶液进行加热熟成的方法,从而能够得到水滑石粉末。
本实施方式中使用的PPS树脂没有特别限制,平均分子量优选为10000~100000。在使用了低分子量的PPS树脂的情况下,由于其低熔融粘度,因此注射成型用组合物的成型性优异,但强度等物性劣化。在使用高分子量的PPS树脂的情况下,由于其高熔融粘度,反而物性优异,因此磁性粉末的填充量高,成型性劣化。
另外,根据磁性粉,可以适当地设定PPS树脂的熔融粘度。优选的熔融粘度在310℃下在5~200Pa·s的范围内。若310℃的熔融粘度小于5~Pa·s,则有时得到的粘结磁铁用树脂组合物的机械强度降低。另一方面,如果310℃的熔融粘度超过200Pa·s,则粘结磁铁用树脂组合物的流动性显著降低。并且,存在注射成型困难的情况。
PPS树脂的分子结构没有特别限制。即,其分子结构例如可以为交联型和直链型中的任一种。另外,PPS树脂中可以根据需要配合橡胶或者具有弹性的树脂等各种弹性体。
本实施方式的粘结磁铁用树脂组合物的水滑石粉末的含量相对于PPS树脂为0.1~25.0重量%。在水滑石粉末相对于PPS树脂的含量小于0.1重量%的情况下,腐蚀性气体减少的效果并不充分。在水滑石粉末相对于PPS树脂的含量超过25.0重量%的情况下,机械物性、磁特性以及流动性降低。水滑石粉末相对于PPS树脂的含量更优选为0.5~15.0重量%,更进一步优选为1.0~5.0重量%。
本实施方式的粘结磁铁用树脂组合物优选含有水滑石粉末为0.01~4.0重量%。在水滑石粉末的含量小于0.01重量%的情况下,腐蚀性气体减少的效果并不充分。在水滑石粉末的含量超过4.0重量%的情况下,非磁性成分增加。由此,有时机械物性、磁特性以及流动性会降低。水滑石粉末的含量优选为0.10~2.5重量%,更优选为0.20~1.0重量%。
本实施方式的粘结磁铁用树脂组合物优选含有PPS树脂5~30重量%。在PPS树脂的含量小于5重量%的情况下,有时得不到该粘结磁铁用树脂组合物的充分的流动性。在该情况下,不易得到良好的成型品。在PPS树脂的含量超过30重量%的情况下,有时磁特性降低。PPS树脂的含量更优选为7~25重量%,更进一步优选为10~20重量%。
粘结磁铁用树脂组合物的磁性粉末的含量优选为69.65~94.53重量%。在磁性粉末的含量小于69.65重量%的情况下,有时得不到所需要的磁特性。在磁性粉末的含量超越94.53重量%的情况下,有时得到的粘结磁铁的机械强度降低,且流动性或者循环性这样的成型性极端降低。磁性粉末的含量更优选为74.63~92.54重量%,进一步优选为79.60~89.55重量%。
本实施方式的粘结磁铁用树脂组合物的剩余磁通密度Br在使用上述铁氧体粒子粉末作为磁性粉末的情况下,优选为230mT(2300G)以上,更优选为245mT(2450G)以上。该剩余磁通密度Br可以通过后述的磁性测定方法求出。矫顽力iHc优选为119~279kA/m(1500~3500Oe),更优选为127~259kA/m(1600~3250Oe)。最大磁能积(BH)max优选为10.3kJ/m3(1.30MGOe)以上,更优选为10.7kJ/m3(1.35MGOe)以上。
本实施方式的粘结磁铁用树脂组合物的剩余磁通密度Br在使用上述稀土类磁性粉末作为磁性粉末的情况下,优选为300mT(3000G)以上,更优选为350mT(3500G)以上。矫顽力iHc优选为636~955kA/m(8000~12000Oe),更优选为676~915kA/m(8500~11500Oe)。最大磁能积(BH)max优选为15.9kJ/m3(2.00MGOe)以上,更优选为19.9kJ/m3(2.50MGOe)以上。
接下来,对本实施方式所涉及的粘结磁铁用树脂组合物的制造方法进行论述。
本实施方式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得到。例如,首先在磁性粉末、PPS树脂成分以及水滑石粉末被均匀混合后,使用混炼挤出机等进行熔融混炼。并且,通过对得到的混炼物粉碎或者切断成粒状或者颗粒状,可得到粘结磁铁用的树脂组合物。
为了得到成型性提高、耐热性提高、抗氧化劣化、以及防锈效果等,本实施方式的粘结磁铁用树脂组合物可以适当地含有塑料成型用润滑剂及各种稳定剂等。
作为润滑剂的例子,可举出丙酸、硬脂酸、亚油酸、油酸、丙二酸、戊二酸、己二酸、马来酸以及富马酸等饱和及不饱和脂肪酸、以及它们的衍生物。作为衍生物的例子,可举出硬脂酸钙、硬脂酸镁以及硬脂酸锂等金属皂类、羟基硬脂酰胺、亚乙基双月桂酸酰胺以及乙烯双油酸酰胺等脂肪酸酰胺类。另外,作为其它的例子,石蜡等蜡类、二甲基聚硅氧烷以及硅油等聚硅氧烷类、以及含氟油等氟化合物。
作为稳定剂,为了抑制因热导致的劣化,优选添加了抗氧化剂。作为抗氧化剂的例子,可举出受阻胺系稳定剂。作为除此之外的例子,可举出季戊四醇四[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]等受阻/低受阻酚系抗氧化剂、N,N’-双[3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酰肼等金属不活性化剂、亚磷酸酯系抗氧化剂以及硫醚系抗氧化剂。特别是,受阻/低受阻酚系抗氧化剂与亚磷酸酯系抗氧化剂或者金属不活性化剂的并用是有效果的。
相对于树脂组合物的总量,优选以0.1~1.0wt%、更优选0.2~0.8wt的范围含有抗氧化剂。
另外,树脂中可以根据需要添加硬脂酸锌、或者硬脂酸钙等公知的脱模剂。
用于得到使用本实施方式的粘结磁铁用树脂组合物的成型品的成型方法没有特别限制。根据粘结磁铁用树脂组合物的材料特性、成型目的以及用途等,也可以利用传送法、注射法、挤出法、吹胀法、压轧加工法、T模法、吹入法、真空法、层叠法、喷射法、发泡法、对模法以及SMC法等公知的方法中的任一种。另外,可以组合这些方法中的多种方法使用。特别是使用了热塑性树脂的粘结磁铁用树脂组合物的优选的成型方法是注射法或者挤出法。这些成型方法用于大多数工业部件中。并且,通过这些成型方法,能够连续且高速、大量生产。
实施例
以下示出本实施方式的代表的例子,但本实施方式并不限于这些例子。
本实施方式中使用的铁氧体粒子粉末的平均粒径使用“Sub-Sieve SizerModel95”(Fisher Scientific制)进行测定。
本实施方式中使用的铁氧体粒子粉末的BET比表面积使用“全自动比表面积计Macsorb model-1201”(MountTech株式会社制)进行测定。
由观察试样的透射式电子显微镜照片测定水滑石粉末的板面直径。将所测定的数值的平均值定义为水滑石粉末的平均板面直径。所使用的透射式电子显微镜是“JEM-1200EX II(JEOL制)”。将包含分散为水或醇的水滑石粉末的溶液注入到筛上。通过使附着于筛的粒子干燥,制成观察试样。在观察试样内,选择其板面相对于筛而水平地附着的粒子(200点)。测定所选择的粒子的板面直径。
水滑石粉末的BET比表面积值使用Monosorb MS-21(QUANTA CHROME制)进行测定。
利用以下的方法测定粘结磁铁用树脂组合物的腐蚀性气体产生量。首先,作为前处理调整,使用山田电机株式会社制的台式高温管状炉TSS-430-P,在设定350℃(大气环境)下,对粘结磁铁用树脂组合物1g加热10分钟,产生气体。仅将产生气体导入到设定为1000℃的管状炉,进行了燃烧。如此将离子化的产生气体吸入到2根吸收液比色皿(吸收液组成:0.05M NaOH+0.06%H2O2水溶液20ml/比色皿)。其后,使用稀释到100mL而成的吸收液,利用赛默飞世尔科技公司(Thermo Fisher Scientific)制的离子色谱Dionex IntegrionHPIC,对Cl-和SO4 2-进行定量。
粘结磁铁用树脂组合物的成型密度使用“电子比重计EW-120SG”(安田精机制作所制)而求出。具体而言,利用电子比重计,测定通过对在25mmΦ、10.5mm的高度的模具内熔融的粘结磁铁用树脂组合物进行成型而得到的核的成型密度。
粘结磁铁组合物的熔体质量流量(MFR)如下求出:基于JIS K7210,以10kg载荷测定在330℃下熔融的粘结磁铁组合物。
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,最大磁能积(BH)max)通过以下的方法求出。首先,粘结磁铁用树脂组合物在25mmΦ、10.5mm的高度的模具内熔融后,在716.2kA/m(9kOe)下被磁场取向。其后,粘结磁铁用树脂组合物的磁特性使用“直流磁化特性自动记录装置3257”(横川北辰电气株式会社制),在1114.1kA/m(14kOe)的磁场中进行测定。
使用日本制钢所制的注射成型机J55AD型,对粘结磁铁树组合物进行注射成型,从而得到总长80mm、总宽12.7mm、厚度3.2mm的试验片成型体。基于此时记录的试验片注射成型时的注射压,判断粘结磁铁用树脂组合物的注射性。
使用粘结磁铁用树脂组合物的成型体的弯曲强度以及IZOD冲击强度基于ASTMD790和D256规格进行测定。更具体而言,使用日本制钢所的注射成型机J55AD型得到试验片成型体。其后,使用岛津制作所株式会社制的计算机计测控制式精密万能试验机AG-1型和安田精机制作所株式会社制的NO.158,测定试验成型体的弯曲强度和IZOD冲击强度。
实施例1
在铁氧体粒子粉末83.57重量份(平均粒径1.20μm,BET值:1.75m2/g,矫顽力226kA/m(2850Oe)、饱和磁化822Am2/kg(72emu/g))中,添加了氨基烷基系硅烷偶联剂0.42重量份。得到的混合物在120℃下加温混合至均匀为止。如此可得到表面处理铁氧体粒子粉末。在该表面处理铁氧体粒子粉末中添加了PPS树脂(平均分子量:41000,熔融粘度:310℃中60Pa·s)15.80重量份和Mg-Al系水滑石粉末(平均板面直径:0.24μm,BET值:11m2/g)0.21重量份。通过利用亨舍尔混合器充分地混合得到的混合物,得到了粘结磁铁用树脂组合物的混合物。
得到的粘结磁铁用树脂组合物的混合物定量地供给于双轴的混炼机中,在PPS树脂所熔融的温度中进行了混炼。混炼物以条状取出,切断成2mmΦ×3mm的大小的颗粒状。如此可得到粘结磁铁用树脂组合物。
测定得到的粘结磁铁用树脂组合物的组成和腐蚀性气体(Cl-和SO4 2-)的产生量。将其测定结果、成型密度、MFR以及磁特性示于表2。
测定了粘结磁铁用树脂组合物的注射成型时的注射压、由注射成型得到的试验片成型体的弯曲强度·IZOD冲击强度。将测定结果示于表3。
实施例2~3、比较例1~2
如表1的记载所示,变更铁氧体磁性粉、PPS树脂以及水滑石粉末的配合,除此以外,与上述实施例1相同地制备粘结磁铁用树脂组合物。
实施例4
将水滑石粉末变更为平均板面直径:0.06μm,BET值:40m2/g的Mg-Al系水滑石粉末,除此以外,与实施例2同样地,制备粘结磁铁用树脂组合物。
【表1】
项目 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 比较例1 | 比较例2 |
PPS树脂 | 重量份 | 15.80 | 15.80 | 15.80 | 15.80 | 15.80 | 15.80 |
水滑石-1 | 重量份 | 0.21 | 0.43 | 0.84 | - | - | 4.19 |
水滑石-2 | 重量份 | - | - | - | 0.43 | - | - |
铁氧体磁性粉 | 重量份 | 83.57 | 83.35 | 82.95 | 83.35 | 83.78 | 79.60 |
硅烷偶联剂 | 重量份 | 0.42 | 0.42 | 0.41 | 0.42 | 0.42 | 0.41 |
表2
【表3】
项目 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 比较例1 | 比较例2 |
注射压 | MPa | 160 | 162 | 160 | 167 | 150 | 200 |
弯曲强度 | MPa | 122 | 111 | 101 | 111 | 127 | 67 |
IZOD冲击强度(无缺口 | kJ/m2 | 9.2 | 7.8 | 7.0 | 10.0 | 9.4 | 4.2 |
确认了:本实施方式的粘结磁铁用树脂组合物与不含有水滑石粉末的比较例1的粘结磁铁用树脂组合物相比,具有优异的减少腐蚀性气体的特性。应予说明,比较例2的粘结磁铁用树脂组合物中看到高注射压、以及成型体的弯曲强度·IZOD冲击强度的降低。
产业上的可利用性
通过使用本实施方式的粘结磁铁用树脂组合物,可得到能够保持高磁力特性和物性特性,并且减少腐蚀性气体的产生的成型品。因此,本实施方式的粘结磁铁用树脂组合物可作为粘结磁铁用材料而适宜地利用。
Claims (5)
1.一种粘结磁铁用树脂组合物,其包含磁性粉末、PPS树脂以及水滑石粉末,相对于PPS树脂,含有水滑石0.1~25.0重量%。
2.根据权利要求1所述的粘结磁铁用树脂组合物,其中,含有PPS树脂5~30重量%。
3.根据权利要求1或2所述的粘结磁铁用树脂组合物,其中,含有水滑石0.01~4.0重量%。
4.根据权利要求1或2所述的粘结磁铁用树脂组合物,其中,所述水滑石粉末为Mg-Al系水滑石。
5.一种成型体,是使用权利要求1或2所述的粘结磁铁用树脂组合物而成型的。
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