DE4041962A1

DE4041962A1 - Polymergebundenes anisotropes magnetmaterial

Info

Publication number: DE4041962A1
Application number: DE19904041962
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Hortschansky; Hans-Heinrich Prof Hoerhold; Joachim Dr Klee; Arno Dr Martin; Harald Dr Meissner; Adalbert Prof Dr Feltz
Original assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Current assignee: Friedrich Schiller Universtaet Jena FSU
Priority date: 1990-12-24
Filing date: 1990-12-24
Publication date: 1992-06-25

Description

Die Erfindung betrifft ein polymergebundenes anisotropes Magnetma terial, welches bei der Entwicklung und Herstellung von elektri schen Geräten (Unterhaltungs- und Kommunikationselektronik, Haus haltgeräte) angewendet werden kann. Plastgebundene Dauermagnete auf der Basis von Hexaferritpulvern und einer breiten Palette von organischen Polymeren sind bekannt. Kompositmaterialien dieser Art besitzen schlechtere magnetische Kennwerte als herkömmliche gesin terte Magnete, zeichnen sich jedoch durch Vorteile, wie leichte Formgebung und Verarbeitbarkeit, sowie die Möglichkeit der Präzi sionsherstellung von kleinen und komplizierten Teilen aus.

Je nach Art der Polymerkomponente werden thermoplast-, elastomer- oder duroplastgebundene Magnete produziert. Es zeichnet sich dabei der Trend ab, daß für hart-zähe Materialien vorwiegend Polyamide (Nylon 6, Nylon 11, Nylon 12) sowie isotaktisches Polypropylen (JP 61/1 79 258 A, JP 61/1 79 506 A2, JP 63/1 53 866 A2, JP 01/1 37 604 A2) und für weich-zähe Materialien verschiedenste Kautschuktypen, Ethylen-Vinylacetatcopolymere, chlorierte bzw. sulfochlorierte Polyolefine, Polyester und Polyacetale sowie deren Blends eingesetzt werden (JP 59/1 66 549 A2, JP 60/2 06 110 A2, JP 62/1 16 647 A2, JP 01/1 31 259 A2, JP 01/1 31 260 A2).

Als Zusatzstoffe dienen in den meisten Fällen Weichmacher wie z. B. Polyisobuten oder niedermolekulare organische Verbindungen, Stabi lisatoren, Gleitmittel (JP 59/1 42 252 A2, JP 60/0 40 144 A2, JP 61/1 54 113 A2, JP 63/2 18 759 A2, JP 01/1 31 259 A2, JP 01/1 31 260 A2) und Haftvermittler. Insbesondere der Einsatz von Haftvermittlern ist aufgrund der Unverträglichkeit zwischen Ferrit oberfläche und jeweiliger Polymermatrix für das Erreichen von sehr hohen Füllgraden (95 Ma.-%) unerläßlich. Verwendete Haftvermittler sind dabei vorrangig Silane (JP 60/2 23 859 A2, JP 62/1 06 604 A2, JP 62/1 06 605 A2), Titanate (JP 6/1 71 101 A2, JP 62/2 59 404 A2, JP 63/1 61 054 A2, JP 63/1 61 055 A2) und langkettige aliphatische Carbonsäuren bzw. deren Derivate (JP 62/0 30 14 484, JP 64/0 00 157).

Der Haftvermittler hat dabei im wesentlichen folgende Funktionen zu erfüllen:

- Erniedrigung der Oberflächenenergie des Füllstoffes und Verbes serung der Wechselwirkung zur Polymermatrix,
- Erhöhung der Dispersität der Füllstoffteilchen in der Polymer matrix,
- Ausbildung einer optimalen Adhäsion zum Füllstoff,
- Gewährleistung einer ausreichenden Materialflexibilität.

Wünschenswert wären Matrixpolymere, die aufgrund ihrer Eigenschaf ten oben genannte Funktionen bei sehr hohen Füllstoffgehalten ohne Einsatz von Haftvermittlern garantieren und die Ausrichtung der Ferritpartikel im Herstellungsprozeß begünstigen. Geeignet er scheinen hierfür von Hörhold et al. entwickelte hochmolekulare thermoplastische Epoxid-Amin-Additionspolymere auf Basis von Diep oxiden und primären Monoaminen (DD 1 54 985) sowie aus disekundären Diaminen (DD 1 41 677, DD 1 49 534, DD 2 11 799, DD 2 31 079).

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial zur Verfügung zu stellen, das sich durch eine unkomplizierte Herstellung und sehr gute mechanische und magneti sche Eigenschaften auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein polymergebunde nes anisotropes Magnetmaterial auf Basis feinteiliger Hexaferrite, dadurch gekennzeichnet, daß es Strontium- und/oder Bariumhexafer rite mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,5 bis 5 µm in einem Anteil von 80 bis 95 Ma.-% enthält, die in eine durch Poly addition entstandene Polymermatrix aus einem Diepoxid und einem Amin mit zwei oder mehreren an Stickstoff gebundenen H-Atomen eingelagert sind.

Als Komponenten der polymerisationsfähigen organischen Matrix wer den neben Diepoxiden, insbesondere Bisphenol-A-diglycidylether oder Bisphenol-F-diglycidether (Isomerengemisch) araliphatische oder aromatische primäre Monoamine, Oligoetherdiamine sowie aus der Epoxidharzchemie bekannte mehrfunktionelle Härteramine einge setzt.

Geeignete Amine sind Ethanolamin, Benzylamin, Anilin, N,N′-Di benzyl-5-oxanonan-diamin-1,9 (OPC 91), N,N-Dibenzylethylendiamin, N,N′-Dibenzyl-3,6-dioxaoctandiamin-1,8, N,N-Dipropylentriamin (H3) oder 4,4′-Diaminodiphenylmethan (MDA). Die Härtung des polymerge bundenen anisotropen Magnetmaterials erfolgt bei Temperaturen von 80 bis 120°C in einem Magnetfeld der Feldstärke von 3 bis 15 KOe. Epoxid-Amin Additionspolymere auf der Basis der beschriebenen Monomeren enthalten eine Häufung periodisch wiederkehrender Amin-, Ether- und Hydroxylgruppen in der Polymerhauptkette, die aufgrund ihrer Anordnung in der Lage sind, eine Vielzahl von zwei- und dreiwertigen Metallionen zu komplexieren. Dieses Phänomen ist als Ursache für die hervorragende Adhäsion dieser Additionspolymeren auf anorganischen Oberflächen anzusehen und ermöglicht in dem erfindungsgemäßen polymergebundenen anisotropen Magnetmaterial Füllstoffgehalte bis zu 95 Ma.-% ohne den Einsatz von herkömmli chen Haftvermittlern. Hervorzuheben ist, daß die mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen polymergebundenen anisotropen Magnetmaterials durch die gezielte Kombination der einzelnen Aminkomponenten in weiten Grenzen variiert werden können. Bei Verwendung von polymerisationsfähigen Aminkomponenten mit nur zwei aktiven NH-Funktionen sind thermoplastisch verarbeitbare Magnetma terialien erhältlich.

In den nachfolgend aufgeführten Ausführungsbeispielen wird das erfindungsgemäße polymergebundene anisotrope Magnetmaterial näher beschrieben.

Ausführungsbeispiel 1

13,5 g eines Strontiumhexaferrites (σ=65 Gcm³ g^-1; _IH_c=3320 Oe) werden mit einer flüssigen Monomerenmischung, bestehend aus 1,159 g 2,2-Bis[4-(2,3-epoxypropoxy)phenyl]-propan (DGEBA), 0,183 g Ben zylamin und 0,158 g Anilin innig vermischt. Das pastenartige Mate rial wird anschließend zu Probekörpern mit einem Durchmesser von 35 mm verpreßt. Die Aushärtung der Probe erfolgt in einem Zeitraum von 1 h bei einer Temperatur von 100°C in einem Magnetfeld der Stärke von 3 KOe. Das erhaltene Material besitzt folgende mechani sche und magnetische Kennwerte:
Biegefestigkeit: 52,3 MPa
maximales Energieprodukt: B.H_max=0,38 MGOe

Ausführungsbeispiel 2

13,5 g eines Bariumhexaferrites σ=64,2 Gcm³ g^-1; _IH_c=3560 Oe) werden nach dem Zugeben von 1,117 g DGEBF und 0,383 g Benzylamin miteinander vermischt und wie unter Ausführungsbeispiel 1 be schrieben, weiter behandelt.
Eigenschaftsparameter: Biegefestigkeit: 55,7 MPa
B.H_max=0,81 MGOe

Ausführungsbeispiel 3

Zu einer flüssigen Monomerenmischung, bestehend aus 1,141 g DGEBA und 0,359 g Benzylamin werden 13,5 g eines Bariumhexaferrites σ=64,2 Gcm³ g^-1; _IH_c=3560 Oe) hinzugefügt und innig zu einer Paste vermischt. Nach dem Aushärten dieser Paste bei 90°C (1 h) wird das gebildete Granulat bei 120°C verpreßt und in der Form bis zum Abkühlen auf 40°C im Magnetfeld (15 KOe) gelagert. Das Material zeigt folgende Eigenschaften: Biegefestigkeit: 60,0 MPa maximales Energieprodukt: 0,78 MGOe

Ausführungsbeispiel 4

13,5 g eines Bariumhexaferrites (σ=64,2 Gcm³ g^-1; _IH_c=3560 Oe) werden nach dem Zugeben von 0,905 g DGEBA, 0,142 g Benzylamin und 0,453 g N,N′-Dibenzyl-5-oxanonandiamin-1,9 (OPC 91) miteinander vermischt und wie unter Ausführungsbeispiel 3 beschrieben, weiter behandelt.
Eigenschaftsparameter: Biegefestigkeit: 70,8 MPa
B.H_max=0,82 MGOe

Ausführungsbeispiel 5

In eine Lösung, bestehend aus 1,300 g DGEBA und 0,200 g N,N-Dipro pylentriamin werden 13,5 g eines Strontiumhexaferrites eingearbei tet. Die entstehende Paste wird nach dem Pressen im Magnetfeld (3 KOe) bei 80°C (1 h) ausgehärtet.
Biegefestigkeit: 75,2 MPa
B.H_max=0,39 MGOe

Ausführungsbeispiel 6

13,5 g Bariumhexaferrit werden mit 1,162 g DGEBA und 0,338 g 4,4′- Diaminodiphenylmethan (DMA) innig vermischt und verpreßt. Nach dem Aushärten im Magnetfeld (15 KOe) bei 100° C (1 h) zeigt das Mate rial folgende Eigenschaften:
Biegefestigkeit: 80,2 MPa
B.H_max=0,80 MGOe

Claims

1. Polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial auf Basis fein teiliger anorganischer ferritmagnetischer Füllstoffe und einem organischen Polymer als Matrix, dadurch gekennzeichnet, daß es Strontium- und/oder Bariumhexaferrite mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,5 bis 5 µm in einem Anteil von 80 bis 95 Ma.-% enthält, die in eine durch Polyaddition entstand ene Polymermatrix aus einem Diepoxid und einem Amin mit zwei oder mehreren an Stickstoff gebundenen H-Atomen eingelagert sind.

2. Polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strontium und/oder Barium hexaferrite ohne vorhergehende Modifizierung mit üblichen Haftvermittlern zum Einsatz kommen.

3. Polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial nach den Ansprü chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Matrix aus dem makromolekularen Reaktionsprodukt von 2,2-Bis[4-(2,3-epoxypropoxy)phenyl]-propan (DGEBA) und Benzyl amin und/oder Anilin besteht.

4. Polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial nach den Ansprü chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Matrix aus dem makromolekularen Reaktionsprodukt aus Bisphe nol-F-diglydicether (DGEBF) und Benzylamin besteht.

5. Polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial nach den Ansprü chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Matrix aus dem Reaktionsprodukt von DGEBA und Benzylamin und/oder N,N′-Dibenzyl-5-oxanonan-diamin-1,9 (OPD 91) besteht.

6. Polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial nach den Ansprü chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Matrix aus dem Reaktionsprodukt von DGEBA und N,N-Dipropylen triamin (H3) oder 4,4′-Diaminodiphenylmethan (MDA) besteht.

7. Polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial nach den Ansprü chen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Matrix aus 76 bis 78,5 Ma.-% DGEBA, 0 bis 24 Ma.-% Benzylamin und 0 bis 21,5 Ma.-% Anilin durch thermische Reaktion gebildet worden ist.

8. Polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial nach den Ansprü chen 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Matrix aus einem Reaktionsprodukt von 50 bis 76 Ma.-% DGEBA, 0 bis 24 Ma.-% Benzylamin und 0 bis 50 Ma.-% OPC 91 besteht.

9. Polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial nach den Ansprü chen 1, 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Matrix aus dem Reaktionsprodukt von 77,5 oder 86,6 Ma.-% DGEBA und 13,3 Ma.-% H3 oder 22,5 Ma.-% MDA besteht.

10. Polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial nach den Ansprü chen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritfüllstof fe in die flüssige Monomerenmischung eingearbeitet werden und daß die Polymerisation (Härtung) der entstehenden Paste bei Temperaturen von 80 bis 120°C erfolgt.

11. Polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial nach den Ansprü chen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtung der Hexaferrit/Monomeren-Mischung im Magnetfeld mit einer Feld stärke von 3 bis 15 KOe erfolgt.

12. Polymergebundenes anisotropes Magnetmaterial nach den Ansprü chen 1 bis 5, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das ausge härtete Material thermoplastisch verarbeitbar und hierbei im Magnetfeld ausrichtbar ist.