CN1645526A

CN1645526A - 注塑铁氧体永磁材料配方

Info

Publication number: CN1645526A
Application number: CN 200510023482
Authority: CN
Inventors: 何时金; 陆柏松; 陈军; 颜冲; 陆茂春
Original assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Current assignee: Hengdian Group DMEGC Magnetics Co Ltd
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2025-01-18
Also published as: CN100487830C

Abstract

本发明涉及磁性材料，尤其涉及一种采用无机内、有机外润滑剂的注塑铁氧体永磁材料配方，一种注塑铁氧体永磁材料配方，包括以下组分：铁氧体磁粉：80.0wt％～95.0wt％；尼龙12：4.0wt％～20.0wt％；添加剂：0.01wt％～3.0wt％；其特征在于，所述的添加剂中包括有机外润滑剂和无机内润滑剂；采用有机外润滑剂和无机内润滑剂提高了配料在螺筒中的流动磁性，不仅大大减少了尼龙12的分解和氧化，提高了磁粉的使用含量，从而提高颗粒料的性能，而且还可以降低造粒温度，注塑成型温度；简化了工艺流程，提高了耐热材料的寿命。

Description

注塑铁氧体永磁材料配方

技术领域

本发明涉及磁性材料，尤其涉及一种采用无机内、有机外润滑剂的注塑铁氧体永磁材料配方。

背景技术

随着高新技术的发展，人们对电子信息产品的要求越来越高。电子信息整机产品正在向“轻，薄，短，小”的方向发展。这就对电子信息行业的永磁材料提出了更高的要求。与烧结永磁体相比，粘结永磁体，特别是高性能粘结永磁体由于其优良的机械性能，可以一次成型各种复杂形状产品，不需要进行后加工就能获得尺寸精度高的产品，可制备复杂形状产品和可连续大批量自动化生产等优点，正好满足了电子信息整机“轻，薄，短，小”的发展要求。目前，世界对高性能永磁注塑铁氧体的需求不断上涨，其广泛应用于计算机，延时器，微电机转子，传感器，仪器仪表，办公设备等消费类电子领域。

粘结铁氧体材料价格低廉，且具有不导电的特性，因而适用于高频磁场的场合，还可以不同的塑料为基材制成刚性或柔性产品，产品设计比烧结磁体更灵活。磁性合成材料分为结构型和复合型两种。其中，复合型磁性材料分为两大类，热塑性和热固性。热塑性磁性合成材料按照加工方法可分为两类，一类为以氯化聚乙烯或丁腈橡胶等为基材，采用橡胶的加工工艺成型的磁性橡胶；另一类以尼龙、聚苯硫醚为基材的注射磁体。复合型磁性材料所填充的磁粉以铁氧体为多，如BaO·6Fe₂O₃、SrO·6FeO等，此外还有另一类磁粉材料，如SmCo5、NdFeB和钐铁氮类。目前，广泛应用的粘结铁氧体主要由尼龙6、尼龙12做粘结剂；尼龙6价格低廉，具有较强的流动性，但是其强度较差，且吸水性也较大，因而导致产品的磁性能不甚理想，使用寿命也较短，尼龙12强度好，吸水性小，产品稳定性，寿命等都高于尼龙6注塑铁氧体。但由于尼龙12比尼龙6的体积比大，同重量比条件下尼龙12注塑铁氧体的性能要比尼龙6注塑铁氧体的性能低，且尼龙12的流动性比尼龙6差。

如现有技术(朱红，加工助剂在微电机用粘结磁体的应用研究，矿业，第7卷第四期，第59-63页)的第1-4页公开了如下内容：粘结永磁铁氧体采用磁粉与高分子材料复合技术，使得这种材料不仅具有永磁铁氧体的特性，粘结永磁铁氧体采用磁粉与高分子材料复合技术，使得这种材料不仅具有永磁铁氧体材料的特性，而且具有高分子材料易于加工、成型性好、可重复利用、边角料少、尺寸精度高、一致性好和装配方便等显著优点，侧重讨论了在粘结磁体制造过程中使用的助剂的种类及用量，其中常用的增塑剂有邻苯二甲酸酯类、硬脂酸酯类、环氧化合物、油酸酯类、多元酯衍生物类，增塑剂的主要作用是削弱聚合物分子之间的范得华力，从而增加聚合物分子链的移动，降低聚合物分子链的结晶性，增加聚合物的塑性，增塑剂的含量为0.8％、1.0％和2.0％时效果较好；润滑剂的主要类型有脂肪酸酰胺类、脂肪酸及其酯类、金属皂类和烃类，润滑剂能够降低高聚物材料与加工机械之间、高聚物内部分子之间、磁粉与磁粉之间、磁粉与粘结剂之间的相互摩擦，提供外部润滑和内部润滑，润滑剂的含量为1.2％和1.8％时效果较好；常用的热稳定剂有盐基铅盐类、金属皂类、有机锡类和多元酯类，热稳定剂的加入提高了磁体加工及使用时的耐热性，大大延长了使用寿命；由于磁粉表面为亲水性，高分子材料一般为亲油性，两者之间结合困难，而偶联剂是一类具有两性结构的物质，其分子中的一部分基团与磁粉表面的化学基团反应，形成坚固的化学键，另一部分基团与有机物反应形成物理缠绕，从而把磁粉与基材有机的结合起来，常用的偶联剂按化学结构分为硅烷类、钛酸酯类和有机络合物类等，偶联剂的含量为0.5％和1.0％时效果较好。上面的对比文献虽然提到了润滑剂的功能，但是所提到的润滑剂都是外润滑剂，而且作为润滑剂作用机理不仅仅是能够降低高聚物材料与加工机械之间、高聚物内部分子之间、磁粉与磁粉之间、磁粉与粘结剂之间的相互摩擦，如果仅仅是加入如上所述的润滑剂，必定要加入热稳定剂，这样大大减少了磁粉的含量，引起磁性能的下降。

为了探索出有效的解决方案，人们进行了各种各样的尝试。例如，改变铁氧体颗粒的大小，改进制造工艺，调整产品的组分等等；虽然在一定程度上改善了产品性能，但是均未取得特别显著的效果

发明内容

本发明主要针对现有技术在加入润滑剂的同时，必需加入热稳定剂，减少了磁粉含量，引起磁性能的下降；提供一种采用内外润滑剂，而不采用热稳定剂的配方，不仅减低了注塑成型温度，提高了料的使用次数及利用率。减少了尼龙的分解和氧化，而且通过流动性的提高，提高了磁粉的使用含量，提高了颗粒料的性能。

本发明还解决现有技术所存在的产品稳定性不高，使用寿命较短，磁性能不甚理想等的技术问题，提供了一种用于制作产品性能稳定，磁性能高，使用寿命长的注塑铁氧体永磁材料的配方。

本发明同时又解决了现有技术所存在的各组分的配伍不甚合理，采用的粘结剂强度较差，吸水性较大等的技术问题，提供了一种配伍合理，粘结剂的强度高，吸水性小的注塑铁氧体永磁材料配方。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种注塑铁氧体永磁材料配方，包括以下组分：铁氧体磁粉：80.0wt％～95.0wt％；尼龙12：4.0wt％～20.0wt％；添加剂：0.01wt％～3.0wt％；其特征在于，所述的添加剂中包括有机外润滑剂和无机内润滑剂。

普通技术人员认为粘结铁氧体主要由尼龙6和尼龙12两种做粘结剂，尼龙6价格便宜，但强度较差，且吸水性比较大，而尼龙12强度好，吸水性小，产品稳定性，寿命等都高于尼龙6注塑铁氧体。但由于尼龙12比尼龙6的体积比大，同重量比条件下尼龙12注塑铁氧体的性能要比尼龙6注塑铁氧体的性能低，且尼龙12的流动性比尼龙6差，因此，现有技术中大都使用尼龙6作为粘结剂，即使使用尼龙12的，也会因为注塑铁氧体的性能较低，而市场前景较差，这是一个技术障碍。

本发明人此前也常常走入这样的误区，但通过长期的研究发现采用的尼龙12作为粘结剂之所以磁体性能比较差，由于尼龙12的体积比较大，流动性能比较差，容易造成尼龙12的分解和氧化，当加入有机润滑剂以后，可以减少配料在混炼时料筒与螺杆的摩擦，加入无机润滑剂并对配料的配方作出一点调整减少了配料与配料之间的摩擦，从而提高了配料在螺筒中的流动性，通过流动性的提高，不仅大大减少了尼龙12的分解和氧化，提高了磁粉的使用含量，从而提高颗粒料的性能，而且还可以降低造粒温度，注塑成型温度；简化了工艺流程，提高了耐热材料的寿命。

此外本发明所用的铁氧体磁粉可以是各向同性磁粉也可以是各向异性磁粉。磁粉与尼龙12的比例可根据磁体所需的性能来决定。本发明对磁粉的颗粒大小没有特别限制，一般铁氧体磁粉的颗粒尺寸为0.5μm～1.5μm。

为了得到性能更为优良的产品，作为优选，其优化组分为：铁氧体磁粉：89.0wt％～95.0wt％；尼龙12：4.0wt％～10.0wt％；其它添加剂：0.01wt％～2.5wt％，有机外润滑剂0.01wt％～0.3wt％，无机内润滑剂0.01wt％～0.5wt％。

作为优选，所述的有机外润滑剂由脂肪酸类、酰胺类、酯类、醇类、金属皂类、蜡类中一种或多种组成。

作为优选，所述的无机内润滑剂由三氧化二铝、二氧化硅、二硫化钼、二氧化钛中一种或多种组成。

现有技术认为，使用脂肪酸酰胺类、脂肪酸及其酯类、金属皂类和烃类等物质就可以起到外部润滑和内部润滑的作用，其实不然上述物质由于是一些有机物质，即使金属皂类，由于它是由金属氧化物或氢氧化物和脂肪酸或松香酸以及环烷酸等反应而形成的肥皂，因此都只能起到外润滑剂的作用；而配料与配料之间的摩擦主要还是由三氧化二铝、二氧化硅、二硫化钼、二氧化钛等无机润滑剂来改善配料之间的流动性。

作为优选，所述的其它添加剂可以为偶联剂、增塑剂中的一种或多种，其含量为0.01wt％～3.0wt％。

作为优选，所述的偶联剂可以为硅烷偶联剂，钛酸脂偶联剂，磷酸脂偶联剂和铝酸脂偶联剂中的一种或多种。本发明的添加剂中最好含有对磁粉进行表面处理的偶联剂，偶联剂可以提高磁粉类无机材料与粘结剂有机材料之间的相容性和亲和性，通过其官能团有机的相连接。钛酸酯偶联剂的分散效果较好、用量少、效率高，其作用效果与其中的疏水基团中分枝多少有关，分枝越多，则效果越好；而硅烷偶联剂疏水基团中含有能与粘结剂发生交联作用的官能团，与粘结剂的相容较好，用它处理过的磁体机械强度较高，但其用量相对较多。

作为优选，所述的增塑剂可以为二甲醇脂类，脂肪族二元酸脂类，多元醇酸脂类，磷酸脂类，苯多酸脂类，烷基磺酸脂类中一种或多种。

上述增塑剂的添加可进一步提高尼龙12与磁粉在混炼，注塑时的流动性，提高磁粉的填充率继而提高磁体的磁性能。

此外，为了达到较为科学的配伍比例，作为优选，所所述偶联剂的用量为铁氧体磁粉重量的0.3wt％～1.5wt％；增塑剂的用量为注塑铁氧体永磁材料重量的0.01wt％～2.5wt％。

因此，本发明具有如下优点：1、采用有机外润滑剂和无机内润滑剂提高了配料在螺筒中的流动磁性，不仅大大减少了尼龙12的分解和氧化，提高了磁粉的使用含量，从而提高颗粒料的性能，而且还可以降低造粒温度，注塑成型温度；简化了工艺流程，提高了耐热材料的寿命。2、配伍合理，各组分的搭配合理，且易于制作，无需特殊的设备加工；3、所得产品的性能稳定，磁性能高，使用寿命长；4、粘结剂的强度高，吸水性小，有利于提高产品的性能；5、应用范围广，具有广泛的市场前景；而且，其加工制作的过程也较为简便，对设备的要求不高。

具体实施方式

下面通过实施例和对比实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1：将铁氧体用偶联剂进行表面处理后与粘结剂尼龙12树脂按要求的含量经称量后在混料机中混合均匀，再用双螺杆混炼机进行混炼，造粒后通过注塑成型制得所设计形状的尼龙12高性能注塑永磁铁氧体。成型时可根据所用磁粉的性质来决定是否要进行磁场取向。

将各向异性锶铁氧体粉末，硅烷偶联剂，粘结剂尼龙12，有机外润滑剂硬脂酸钙，无机内润滑剂三氧化二铝。用高速混合机将其混合均匀。

然后，使用双螺杆混炼机在232℃下将表1所示组成的各配方混合物进行充分混炼得到尼龙12高性能注塑永磁铁氧体。接着进行切粒，得到平均粒径2～4mm的颗粒。然后在注塑成型机成型样品。成型温度：275℃。成型时各配方都加10000Oe的取向磁场，成型样品的尺寸为10×10mm。

各个配方的抗拉强度，是在无取向磁场的条件下，按照上述成型工艺条件，依照ASTM-D638标准成型试验样片，然后在ASTM-D638标准规定的测试条件下，测试试验样片的抗拉强度。

对比实施例1：将铁氧体用偶联剂进行表面处理后与粘结剂尼龙6树脂按要求的含量经称量后在混料机中混合均匀，再用双螺杆混炼机进行混炼，造粒后通过注塑成型制得所设计形状的尼龙6注塑永磁铁氧体，成型时可根据所用磁粉的性质来决定是否要进行磁场取向。

将各向异性锶铁氧体粉末，硅烷偶联剂，粘结剂尼龙6，醇类抗氧剂，润滑剂硬脂酸钙，用高速混合机将其混合均匀。然后，使用双螺杆混炼机在252℃下将各配方混合物进行充分混炼得到尼龙6注塑永磁铁氧体。接着进行切粒，得到平均粒径2～4mm的颗粒。然后在注塑成型机成型样品。成型温度：315℃。成型时各配方都加10000Oe的取向磁场，成型样品的尺寸为20×8mm。

表1：实施例1对比实施例1所得产品的磁性能和抗拉强度的比较

实施例2：将铁氧体用偶联剂进行表面处理后与粘结剂尼龙12树脂按要求的含量经称量后在混料机中混合均匀，再用双螺杆混炼机进行混炼，造粒后通过注塑成型制得所设计形状的尼龙12高性能注塑永磁铁氧体。成型时可根据所用磁粉的性质来决定是否要进行磁场取向。

将各向异性锶铁氧体粉末，钛酸酯偶联剂，粘结剂尼龙12，有机外润滑剂12-羟基硬脂酸的镁盐，无机内润滑剂二硫化钼用高速混合机将其混合均匀。然后，使用双螺杆混炼机在230℃下将表1所示组成的各配方混合物进行充分混炼得到尼龙12高性能注塑永磁铁氧体。接着进行切粒，得到平均粒径2～4mm的颗粒。然后在注塑成型机成型样品。成型温度：276℃。成型时各配方都加10000Oe的取向磁场，成型样品的尺寸为10×10mm。

对比实施例2：将铁氧体用偶联剂进行表面处理后与粘结剂尼龙12树脂按要求的含量经称量后在混料机中混合均匀，再用双螺杆混炼机进行混炼，造粒后通过注塑成型制得所设计形状的尼龙12注塑永磁铁氧体，成型时可根据所用磁粉的性质来决定是否要进行磁场取向。

将340g锶铁氧体粉末，42g粘结剂尼龙12，2.7g钛酸酯偶联剂，用高速混合机将其混合均匀。然后，使用双螺杆混炼机在260℃下将各配方混合物进行充分混炼得到尼龙12注塑永磁铁氧体。接着进行切粒，得到平均粒径2～4mm的颗粒。然后在注塑成型机成型样品。成型温度：300℃。成型时各配方都加10000Oe的取向磁场，成型样品的尺寸为10×10mm。

表2：实施例2对比实施例2所得产品的磁性能和抗拉强度的比较

实施例3：将铁氧体用偶联剂进行表面处理后与粘结剂尼龙12树脂按要求的含量经称量后在混料机中混合均匀，再用双螺杆混炼机进行混炼，造粒后通过注塑成型制得所设计形状的尼龙12高性能注塑永磁铁氧体。成型时可根据所用磁粉的性质来决定是否要进行磁场取向。

将各向异性锶铁氧体粉末，硅烷偶联剂，粘结剂尼龙12，抗氧剂，有机润滑剂酰胺类化合物，无机润滑剂二硫化钼用高速混合机将其混合均匀。然后，使用双螺杆混炼机在228℃下将表1所示组成的各配方混合物进行充分混炼得到尼龙12高性能注塑永磁铁氧体。接着进行切粒，得到平均粒径2～4mm的颗粒。然后在注塑成型机成型样品。成型温度：274℃。成型时各配方都加10000Oe的取向磁场，成型样品的尺寸为10×10mm。

对比实施例3：将铁氧体用偶联剂进行表面处理后与粘结剂尼龙11树脂按要求的含量经称量后在混料机中混合均匀，再用双螺杆混炼机进行混炼，造粒后通过注塑成型制得所设计形状的尼龙11注塑永磁铁氧体，成型时可根据所用磁粉的性质来决定是否要进行磁场取向。

将92.2％锶铁氧体粉末，5.4％粘结剂尼龙11，0.7％胺系硅烷偶联剂，1.5％羟基一元羧酸酰胺用高速混合机将其混合均匀。然后，使用双螺杆混炼机在240℃下将各配方混合物进行充分混炼得到尼龙11注塑永磁铁氧体。接着进行切粒，得到平均粒径2～4mm的颗粒。然后采用挤出式成型的方式成型样品。成型温度：340℃。成型时各配方都加10000Oe的取向磁场，成型样品的尺寸为10`10。

表3：实施例3对比实施例3所得产品的磁性能和抗拉强度的比较

实施例4：将铁氧体用偶联剂进行表面处理后与粘结剂尼龙12树脂按要求的含量经称量后在混料机中混合均匀，再用双螺杆混炼机进行混炼，造粒后通过注塑成型制得所设计形状的尼龙12高性能注塑永磁铁氧体。成型时可根据所用磁粉的性质来决定是否要进行磁场取向。

将各向异性锶铁氧体粉末，硅烷偶联剂，粘结剂尼龙12，有机外润滑剂EVA，无机内润滑剂二氧化钛用高速混合机将其混合均匀。然后，使用双螺杆混炼机在222℃下将表1所示组成的各配方混合物进行充分混炼得到尼龙12高性能注塑永磁铁氧体。接着进行切粒，得到平均粒径2～4mm的颗粒。然后在注塑成型机成型样品。成型温度：270℃。成型时各配方都加10000Oe的取向磁场，成型样品的尺寸为10×10mm。

对比实施例4：将铁氧体用偶联剂进行表面处理后与粘结剂尼龙6树脂按要求的含量经称量后在混料机中混合均匀，再用双螺杆混炼机进行混炼，造粒后通过注塑成型制得所设计形状的尼龙6注塑永磁铁氧体，成型时可根据所用磁粉的性质来决定是否要进行磁场取向。

将88.5％锶铁氧体粉末，10.97％粘结剂尼龙6，0.1％硅系偶联剂，0.18％硬脂酸钙用高速混合机将其混合均匀。然后，使用双螺杆混炼机在248℃下将各配方混合物进行充分混炼得到尼龙6注塑永磁铁氧体。接着进行切粒，得到平均粒径2～4mm的颗粒。然后在注塑成型机成型样品，成型温度：320℃。成型时各配方都加10000Oe的取向磁场，成型样品的尺寸为10×10mm。

表4：实施例4和对比实施例4所得产品的磁性能和抗拉强度的比较

实施例5：将铁氧体用偶联剂进行表面处理后与粘结剂尼龙12树脂按要求的含量经称量后在混料机中混合均匀，再用双螺杆混炼机进行混炼，造粒后通过注塑成型制得所设计形状的尼龙12高性能注塑永磁铁氧体。成型时可根据所用磁粉的性质来决定是否要进行磁场取向。

将各向异性锶铁氧体粉末，磷酸酯偶联剂，粘结剂尼龙12，有机外润滑剂聚丙烯蜡，无机内润滑剂三氧化二铝用高速混合机将其混合均匀。然后，使用双螺杆混炼机在225℃下将表1所示组成的各配方混合物进行充分混炼得到尼龙12高性能注塑永磁铁氧体。接着进行切粒，得到平均粒径2～4mm的颗粒。然后在注塑成型机成型样品。成型温度：278℃。成型时各配方都加10000Oe的取向磁场，成型样品的尺寸为10×10mm。各个配方的抗拉强度，是在无取向磁场的条件下，按照上述成型工艺条件，依照ASTM-D638标准成型试验样片，然后在ASTM-D638标准规定的测试条件下，测试试验样片的抗拉强度。

对比实施例5：将铁氧体用偶联剂进行表面处理后与粘结剂尼龙12树脂按要求的含量经称量后在混料机中混合均匀，再用双螺杆混炼机进行混炼，造粒后通过注塑成型制得所设计形状的尼龙12注塑永磁铁氧体，成型时可根据所用磁粉的性质来决定是否要进行磁场取向。

将92％铁氧体粉末，7.9％粘结剂尼龙12，0.1％硬脂酸锌用高速混合机将其混合均匀。然后，使用双螺杆混炼机在260℃下将各配方混合物进行充分混炼得到尼龙12注塑永磁铁氧体。接着进行切粒，得到平均粒径2～4mm的颗粒。然后在注塑成型机成型样品，成型温度：310℃。成型时各配方都加10000Oe的取向磁场，成型样品的尺寸为10mm。

表5：实施例5和对比实施例5所得产品的磁性能和抗拉强度的比较

表6：实施例1-5注塑磁体的各组分用量(重量百分比)

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了粘结剂，偶联剂、润滑剂、增塑剂等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种注塑铁氧体永磁材料配方，包括以下组分：铁氧体磁粉：80.0wt％～95.0wt％；尼龙12：4.0wt％～20.0wt％；添加剂：0.01wt％～3.0wt％；其特征在于，所述的添加剂中包括有机外润滑剂和无机内润滑剂。

2.根据权利要求1所述的注塑铁氧体永磁材料配方，其特征在于，其优化组分为：铁氧体磁粉：89.0wt％～95.0wt％；尼龙12：4.0wt％～10.0wt％；其它添加剂：0.01wt％～2.5wt％，有机外润滑剂0.01wt％～0.3wt％，无机内润滑剂0.01wt％～0.5wt％。

3.根据权利要求1或2所述的注塑铁氧体永磁材料配方，其特征在于，所述的有机外润滑剂由脂肪酸类、酰胺类、酯类、醇类、金属皂类、蜡类中一种或多种组成。

4.根据权利要求1或2所述的注塑铁氧体永磁材料配方，其特征在于所述的无机内润滑剂由三氧化二铝、二氧化硅、二硫化钼、二氧化钛中一种或多种组成。

5.根据权利要求1或2所述的注塑铁氧体永磁材料配方，其特征在于所述的其它添加剂可以为偶联剂、增塑剂中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的注塑铁氧体永磁材料配方，其特征在于所述的偶联剂可以为硅烷偶联剂，钛酸脂偶联剂，磷酸脂偶联剂和铝酸脂偶联剂中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的注塑铁氧体永磁材料配方，其特征在于所述的增塑剂可以为二甲醇脂类，脂肪族二元酸脂类，多元醇酸脂类，磷酸脂类，苯多酸脂类，烷基磺酸脂类中一种或多种。

8.根据权利要求6或7所述的注塑铁氧体永磁材料配方，其特征在于，所述偶联剂的用量为铁氧体磁粉重量的0.3wt％～1.5wt％；增塑剂的用量为注塑铁氧体永磁材料重量的0.01wt％～2.5wt％。