一种聚合物/铈‑钕铁硼磁性复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚合物/铈‑钕铁硼磁性复合材料及其制备方法，包括如下步骤：第一步，采用磷化液和偶联剂将铈‑钕铁硼磁粉进行表面处理；第二步，将表面处理过的铈‑钕铁硼磁粉与聚合物、塑料助剂一起熔融造粒，得到可注塑的磁性复合材料。本发明专利技术制得的聚合物/铈‑钕铁硼磁性复合材料，具有良好的防氧化性、较高的磁性能以及良好力学性能，适用于注塑成型的工艺制造磁性器件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于粘结磁性复合材料领域，涉及一种适用于注塑成型的聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料的制备方法。
技术介绍
近年来，随着汽车、电子信息和机械制造的技术进步，磁性材料获得了迅猛的发展。衡量磁性材料性能的指标主要有：剩磁Br、矫顽力Ｈc和最大磁能积(BH)max。剩磁高的材料有可能得到高的磁能积，矫顽力越大，反向畴壁位移和磁矩转动越困难，因而退磁能力强，磁能积大的材料，在使用要求相同的条件下材料的用量可以最少，因此磁能积越大越好。随着聚合物成型技术的发展和取向磁场设计能力的进步，结构设计灵活、成型效率高的注塑磁体越来越多的代替烧结磁体而得到快速的发展。目前，使用量最大的注塑磁体是注塑铁氧体，具有价格低、耐腐蚀、成型效率高等优点，代替了一部分磁能积要求低于2.5KJ/m3的烧结磁体。而在磁能积大于2.5KJ/m3的领域，注塑铁氧体无法满足该要求。而稀土永磁材料其永磁特性来源于稀土与3d过渡族金属所形成的某些特殊的金属间化合物，其最大磁能积是传统的永磁材料如AlNiCo、铁氧体的5～10倍，甚至更大。因此，在某些注塑铁氧体磁能积不能满足的领域，需要使用注塑稀土永磁材料来代替注塑铁氧体满足器件对磁性能的要求。注塑磁体是由有机高分子树脂和磁性粉末一起熔融共混挤出造粒而成的。常用的高分子树脂有聚酰胺(PA6、PA66、PA12、PA11、PA612)系列、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚乙烯(PE)、聚酯(PBT、PET)等；磁粉有钕铁硼(Nd-Fe-B)、衫铁氮（Sm-Fe-N）、铈-钕铁硼（Ce-Nd-Fe-B）、铝镍钴（AlNiCo）、铁氧体(FeO)等。钕铁硼是目前用量和产量最大的一类稀土永磁材料，其烧结体最大磁能积可大150KJ/m3，但其最大的缺点就是金属活性高、易被氧化腐蚀，难以加工。而在烧结钕铁硼的过程中添加金属元素铈（Ce），可以有效减小磁体的主相晶粒，并且使磁体中富钕相更加细小并且均匀分布在磁体中，导致其腐蚀通道变小；改善磁体的电极电位，提高了磁体的耐蚀性能．因此使用ce添加替代部分Nd，不仅可以保持磁性能不变，而且适当提高耐蚀性，而且磁能积也没有明显下降。因此，注塑铈-钕铁硼磁性材料完全可以代替注塑钕铁硼磁性材料。注塑磁性材料属于填充型功能复合材料，只有磁粉在树脂中具有一定的填充量时才能显示出其功能性。所以，高磁性必然要求高的填充量。然而，稀土永磁材料的表面活性仍旧高于铁氧体等磁性粉末，因此，在对磁粉进行表面处理的同时，仍需要对混炼造粒过程进行惰性气体保护，以防止高温引起磁粉表面处理失效而导致磁性能下降。本专利技术采用惰性气体保护的混炼造粒的工艺制备聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料：首先用表面活性剂对磁粉进行表面处理，然后和聚合物树脂、润滑剂一起在惰性气体保护下采用双螺杆挤出机或密炼机混炼造粒。这样既提高了磁粉防氧化性且改善磁粉和树脂之间的界面性能，又能有效避免塑料助剂和磁粉因密度差异导致混炼不均匀的现象；达到发挥其高磁性的目的。
技术实现思路
本专利技术目的是用耐腐蚀性和抗氧化性优良的铈-钕铁硼磁粉混炼造粒的工艺解决现有钕铁硼性能上的缺点，提供一种聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料的制备方法，以制备磁性、力学和加工性优良的注塑磁性复合材料。本专利技术所述的聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1、磁粉表面处理将一定量的钛酸酯偶联剂和磷酸溶解在适量的无水乙醇或丙酮中得到混合表面处理剂；然后加入钐铁氮磁粉，50℃~60℃下充分搅拌混合均匀，然后在60~80℃下真空干燥6小时，得到表面处理过的铈-钕铁硼磁粉。步骤2、磁性复合材料造粒将聚合物树脂、润滑剂和表面处理过的铈-钕铁硼磁粉按比例混合均匀，用带有惰性气体保护的双螺杆挤出机或者密炼机中在180℃~290℃的温度下混炼造粒，得到聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料。一种聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料的制备方法，该复合材料包括的组份及其质量百分数如下：聚酰胺树脂5%~15%，钐铁氮磁粉85%~95%，润滑剂1%~5%。进一步，一种聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料，其中所述的铈-钕铁硼磁粉的化学式为(Nd（1-x）Cex)（25~35）Fe（55~70）B（0.5~10）(其中0≤x≤0.3)；所述的混合表面处理剂是用钛酸酯偶联剂和磷酸经无水乙醇或丙酮稀释溶解制备的，其用量分别占磁粉质量的0.5%~2%和0.5%~2%。进一步，所述步骤2中的聚合物树脂可以是PA6、PA66、PA12、PP、PPS中的一种或者几种的合金。所述的润滑剂为硅酮粉或聚酰胺蜡，其用量占聚合物树脂质量的1%~10%。更进一步，一种聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料，所述的混炼造粒采用的带惰性气体保护的双螺杆挤出机或者密炼机。本专利技术技术最优方案为：通过惰性气体保护的造粒工艺制备聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料，优选的铈-钕铁硼磁粉的化学式为(Nd0.7Ce0.3)33Fe66B1；优选的聚合物/铈-钕铁硼/润滑剂剂的最佳质量配比为65:930:5。与现有工艺产品相比，本专利技术通过含铈的钕铁硼制备的聚合物基磁性复合材料，具有以下益处：第一、本专利技术利用含铈元素的钕铁硼代替传统的钕铁硼磁粉，不仅提高了钕铁硼的抗氧化性、耐腐蚀性而且降低了成本；同时，又不影响原钕铁硼磁性能。第二、本专利技术利用磷化和偶联复合的工艺对铈-钕铁硼磁粉进行表面处理，在磁粉表面形成一层磷化膜后又包覆偶联剂，这样可以有效避免在高温混炼造粒时铈-钕铁硼被氧化，同时又改善了粉末和树脂之间的相容性，提高磁粉在树脂中的分散性、复合材料的加工性及力学性能。第三、本专利技术通过带惰性气体保护的双螺杆造粒机或密炼机制备的聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料，磁性能接近现有的聚合物/钕铁硼磁体且极大地降低了成本，完全可以代替现有注塑钕铁硼而制备器件。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的内容作更具体的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1.本实施例中的各种原料及原料的质量百分比如下：聚酰胺6树脂(PA6)7%，铈-钕铁硼粉末((Nd0.8Ce0.2)28Fe69B3)92%，聚酰胺蜡1%；工艺步骤如下：步骤1.磁粉表面处理将0.5份钛酸酯偶联剂和1份的磷酸溶解在适量的无水乙醇中得到混合表面处理剂，无水乙醇用量以能完全包覆磁粉为限；然后加入100份铈-钕铁硼粉末((Nd0.8Ce0.2)28Fe69B3)，50℃~60℃充分搅拌混合均匀，然后在80℃真空干燥6小时，得到表面处理的铈-钕铁硼磁粉；步骤2.磁性复合材料造粒将PA6树脂、润滑剂和表面处理过的铈-钕铁硼磁粉混合均匀，用氮气保护的双螺杆挤出机在220℃-240℃挤出造粒得到聚酰胺6/铈-钕铁硼磁性复合材料；然后加入注塑机中注塑成型：用电磁场取向，取向场强度2.0T；注塑机炮筒温度设定为260℃~280℃，模具温度60℃~80℃。按照相关标准对本实例制得的聚酰胺6/铈-钕铁硼磁性复合材料进行测试，结果如下：Br=0.55T、Hcj=750KA/m、(BH)m=55KJ/m3；熔融指数为180g/l0min。实施例2.本实施例中的各种原料及原料的质量百分比如下：聚酰胺66树脂(PA66)8%，铈-钕本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物/铈‑钕铁硼磁性复合材料及其制备方法，其原料包括聚合物树脂、铈‑钕铁硼磁粉和塑料助剂；其特征在于该复合材料是通过如下工艺制备的，具体工艺步骤如下：步骤1、磁粉表面处理将一定量的钛酸酯偶联剂和磷酸溶解在适量的无水乙醇或丙酮中得到混合表面处理剂；然后加入钐铁氮磁粉，50℃~60℃下充分搅拌混合均匀，然后在60~80℃下真空干燥6小时，得到表面处理过的铈‑钕铁硼磁粉；步骤2、磁性复合材料造粒将聚合物树脂、润滑剂和表面处理过的铈‑钕铁硼磁粉按比例混合均匀，用带有惰性气体保护的双螺杆挤出机或者密炼机中在180℃~260℃的温度下混炼造粒，得到聚合物/铈‑钕铁硼磁性复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料及其制备方法，其原料包括聚合物树脂、铈-钕铁硼磁粉和塑料助剂；其特征在于该复合材料是通过如下工艺制备的，具体工艺步骤如下：步骤1、磁粉表面处理将一定量的钛酸酯偶联剂和磷酸溶解在适量的无水乙醇或丙酮中得到混合表面处理剂；然后加入钐铁氮磁粉，50℃~60℃下充分搅拌混合均匀，然后在60~80℃下真空干燥6小时，得到表面处理过的铈-钕铁硼磁粉；步骤2、磁性复合材料造粒将聚合物树脂、润滑剂和表面处理过的铈-钕铁硼磁粉按比例混合均匀，用带有惰性气体保护的双螺杆挤出机或者密炼机中在180℃~260℃的温度下混炼造粒，得到聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料。2.如权利要求1所述的一种聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料的制备方法，其特征在于该复合材料包括的组份及其质量百分数如下：聚合物树脂5%~15%，钐铁氮磁粉85%~95%，润滑剂1%~5%。3.如权利要求1所述的一种聚合物/铈-钕铁硼磁性复合材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇杰，董玉欣，蔡伟，王帆，周凯，王鑫，赵宁宁，姜力强，车声雷，
申请(专利权)人：杭州千石科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33