CN102610353A

CN102610353A - 一种高取向度高性能各向异性柔性磁体的制备方法

Info

Publication number: CN102610353A
Application number: CN2011100246440A
Authority: CN
Inventors: 蔡道炎; 敖学如; 饶晓雷; 胡伯平
Original assignee: Beijing Zhong Ke San Huan High Tech Co Ltd
Current assignee: Beijing Zhong Ke San Huan High Tech Co Ltd
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2012-07-25

Abstract

一种提高各向异性柔性磁体取向度的方法，它包括：首先对磁粉进行表面处理；将磁粉与粘结剂和各种加工助剂按比例混炼均匀；然后通过压延制备成一定形状的磁体，其特征在于：所述粘结剂采用具有工程塑料性质的热塑性弹性体。本发明利用压延机械力取向的原理，通过优选合适的表面活性剂以及加工工艺，使得磁粉在高分子粘结剂中的流动性更好，在通过压延轧辊的时候，磁粉的易磁化轴更容易沿垂直磁体的表面排列起来，这样提高了磁体的取向度，从而提高了磁体的磁性能。

Description

一种高取向度高性能各向异性柔性磁体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种各向异性柔性磁体的制备方法，特别涉及一种高取向度高性能各向异性柔性磁体的制备方法。

背景技术

粘结永磁体是永磁材料的一个重要分支，因其不同的粘结剂种类和相应的成型技术分为模压磁体、注射磁体、挤出磁体和压延磁体等，其中采用压延技术制造的柔性粘结磁体，常温下不变形，尺寸精度高，便于大批量的自动化生产，在传统的粘结铁氧体磁体中占80％的市场份额，在现代化工业中发挥越来越重要的作用。为了满足现代化发展中电机马达的需要，高性能柔性磁体的需求日益迫切，但各向同性柔性稀土磁体的性能比由压缩、注射或挤出制作的磁体要低20-30％，而且由于柔性磁体的特性，一味的提高磁粉的填充比以提高磁性能并不现实。由于各向异性柔性磁体具有优异的磁性能，其最大磁能积超过注射或挤出各向同性磁体，与压缩各向同性粘结磁体相当，因此成为目前开发的热点。

各向异性柔性磁体，磁体取向的方法一般来说有两种，一种是压延取向，一种是磁场取向，即在加工的过程中利用外力(机械力或者磁力)使得磁粉在粘结剂中有序排列，得到各向异性柔性磁体。以往的各向异性柔性磁体(包括各向异性铁氧体柔性磁体，各向异性NdFeB或NdFeN柔性磁体)，一般都是采用磁粉与橡胶/塑料加压混炼，在柔软的状态下通过两个对轧的轧辊轧制成所需的厚度，在压延过程中磁粉依靠轧制力达到机械取向的目的，然后经过交联处理制成产品。但仅靠一次压延的轧制力作用，磁粉的取向度比较差，不能达到更高的磁性能，实际生产中往往还需要工人进行反复压轧的操作，如专利号为ZL.200610113210.7《一种制备压延各向异性磁粉和磁体的方法》里面就提到：为了有效呈现压延各向异性，在混炼、压延成型过程中，反复压延混炼和压延的总次数要≥30次。这样就使得制造工艺变得复杂，而且加工难度大，生产效率低，不利于大批量的工业生产，生产安全也不能保证。此外为了得到各向异性粘结磁体，磁场取向纷纷被引入，例如在平板硫化机上外加磁场取向装置，如专利申请号CN200810198623.9《一种各向异性柔性粘结钕铁硼磁体及其制造方法》，在磁场下热压硫化交联，使得磁粉颗粒的易磁化轴沿磁场方向排列，垂直磁体压延表面，以获得各向异性磁体。但是由于平板热压硫化的产品，尺寸精度很低，并且需要外加磁场，操作不方便，不能满足电机磁条高性能、高精度的要求。或者是在压延机的轧辊内置电磁铁，如专利申请号CN200610089368.5《磁取向各向异性压延粘结磁体及其制备方法和磁性压延机》，在压延过程中同时达到机械应力取向、磁场取向的目的。而在压延辊内配置电磁铁，对辊筒的硬度、耐温性等要求非常高，技术上很难实现。利用磁场取向工艺制得各向异性粘结磁体，优点在于磁性能较高，但目前仍无法解决退磁的问题，即使用前需要将之前取向磁场下获得的磁力消除。一般来说，磁体退磁有两种方式，一是交变磁场退磁，二是热退磁。但交变磁场退磁不能完全退磁，而热退磁需要较高的温度(一般在300℃以上)，高温会造成磁粉的氧化及粘结剂的老化。这些都是制约各向异性粘结稀土磁体向市场推广的重要原因。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高各向异性柔性磁体取向度的方法，利用压延机械力取向的原理，通过优选合适的表面活性剂以及加工工艺，使得磁粉在高分子粘结剂中的流动性更好，在通过压延轧辊的时候，磁粉的易磁化轴更容易沿垂直磁体的表面排列起来，这样提高了磁体的取向度，从而提高了磁体的磁性能。

本发明的提高各向异性柔性磁体取向度的方法是这样实现的，它包括：首先对磁粉进行表面处理；将磁粉与粘结剂和各种加工助剂按比例混炼均匀；然后通过压延制备成一定形状的磁体，其特征在于：所述粘结剂采用具有工程塑料性质的热塑性弹性体。

优选地，所述的热塑性弹性体选自聚氨脂、聚苯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺的一种或一种以上，所述聚酰胺包括尼龙6、尼龙12，所述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯，所述聚酰亚胺热塑性弹性体包括聚醚酰亚胺、聚酰胺-聚亚胺；热塑性弹性体的含量为2.5～12wt％。

优选地，所述的加工助剂包括润滑剂和增塑剂中至少一种，含量为0.5～3wt％。

优选地，所述的磁粉与粘结剂混炼的过程中需加入乙醇，乙醇的重量为磁粉重量的0.1～2.0％。

优选地，所述的压延过程采用多层层压的压延方式，层压数优选为2～5层。

优选地，所述的磁粉含量为85～97wt％，磁粉可以是各向异性铁氧体磁粉、各向异性NdFeB磁粉、各向异性NdFeN磁粉中的一种或一种以上的混合磁粉，所述磁粉的片径范围为5～200μm。

优选地，所述的各向异性NdFeB磁粉和NdFeN磁粉颗粒为片状，且易磁化轴垂直于片状磁粉的平面，片厚与片径的比值在1∶10～1∶100。

优选地，所述的磁粉经过表面处理工序后，磁粉中含有0.1～3wt％的表面处理剂，表面处理剂可以是异丙基三异酞酰钛酸酯，异丙基十二烷基苯磺酰钛酸酯，异丙基三丙烯酰钛酸酯等钛酸酯类处理剂，或乙烯基三乙氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷等硅烷类处理剂。

本发明工艺简单，不需要在混炼、压延过程中进行反复的操作，也不需要对制造设备进行复杂的改造，从而节省了生产费用，提高了生产效率。

附图说明

图1是层压数为5的压延方式示意图。

其中，1-辊筒；2-层压片。

具体实施方式

本发明提供一种提高各向异性柔性磁体取向度的方法，与一般的柔性磁体加工方法类似，将经过表面处理后的磁粉、具有工程塑料性质的热塑性弹性体的粘结剂及各种加工助剂按比例混炼均匀，然后通过压延制备成一定形状的磁体。

本发明采用的方法是将85～97wt％的磁粉，2.5～12wt％的热塑性弹性体粘结剂，和0.5～3wt％的加工助剂混炼均匀后通过压延制备成一定形状的磁体。

本发明使用的磁粉可以是各向异性铁氧体磁粉、各向异性NdFeB磁粉、各向异性NdFeN磁粉中的一种或多种混合磁粉。磁粉的片径范围为5～200μm，磁粉的粒度过细容易氧化会导致磁性能的降低，磁粉粒度过高则降低了磁粉的比表面积，使得磁粉与粘结剂之间的结合力下降，产生掉粉问题。

其中，各向异性NdFeB磁粉和NdFeN磁粉颗粒为片状，且易磁化轴垂直于片状磁粉的平面，因为片状磁粉不是特别规则整齐，这个平面指的是片状磁粉表面积最大的那个面，即测量片径的那个面。这样利用金属粉末的形状特性，在压延时具有片状的磁粉沿压延面有序排列，也就是就产生了压延各向异性，片厚与片径的比值在1∶10～1∶100，合适的厚径比能使磁粉在取向过程中受到较大的力矩而带来较高的取向度，又能使应力对磁粉颗粒产生的畸变最小，从而在得到高剩磁的条件下，还能保持磁体较高的内禀矫顽力，以满足电机的使用需要。

本发明中采用的磁粉在混炼前需经过表面处理，经过表面处理后的磁粉中含有0.1～3wt％的表面处理剂，包括异丙基三异酞酰钛酸酯，异丙基十二烷基苯磺酰钛酸酯，异丙基三丙烯酰钛酸酯等钛酸酯类处理剂，或乙烯基三乙氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，，乙烯基三甲氧基硅烷等硅烷类处理剂。磁粉经过表面处理后，改善了磁粉与粘结剂之间的界面亲和力，从而磁粉在粘结剂中的流动性更好，提高了磁体的取向度和结合力。

本发明中磁体所含的粘结剂为热塑性弹性体，含量为2.5～12wt％，选自聚氨脂、聚苯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺以及两种上述粘结剂的混合物，所述聚酰胺包括尼龙6、尼龙12，所述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯，所述聚酰亚胺热塑性弹性体包括聚醚酰亚胺、聚酰胺-聚亚胺；加工助剂包括润滑剂和增塑剂中至少一种，含量为0.5～3wt％。热塑性弹性体是一种新型的粘结剂，一般来讲，其中高流动性的弹性体适用于注射工艺，中流动性的弹性体适用于挤出工艺，而只有低流动性的才适用于压延工艺。因为压延工艺的特殊性，要求物料在压延机辊筒上，既不能脱辊，也不能粘辊，而要便于压延操作，按照以往的压延工艺，高流动性热塑性弹性体由于流动性太好，同时对温度又比较敏感，非常容易造成粘辊现象，同时较高的流动性也意味压延过程中强度较低，难以出片，因此不适用于以往的压延工艺。然而低流动性的热塑性弹性体无法填充大量的磁粉，磁粉在粘结剂中的流动性也较差，磁体磁性能的提高又受到限制。本发明通过添加合适的润滑剂和增塑剂，可以改善高流动性热塑性弹性体的加工特性，从而使其适用于采用压延工艺制备高性能各向异性柔性磁体。

其中，所述润滑剂包括硅油、蜡液、硬脂酸锌和硬脂酸。润滑剂的作用在于调节粉末混合物在混炼过程中的流动性，便于脱模。

其中，所述增塑剂包括邻苯二甲酸酯类、环氧类衍生物，所述邻苯二甲酸酯为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯或邻苯二甲酸二乙酯，所述环氧衍生物为环氧大豆油。增塑剂的作用是增加粉末混合物在混炼过程中和粒料在成形过程中的可加工性。

本发明中将磁粉与粘结剂混炼的过程中需加入乙醇，乙醇的重量为磁粉重量的0.1～2.0％，在添加乙醇的状态下进行磁粉与粘结剂等的混炼处理时，可以降低磁粉受到的应力，提高了磁粉的取向度，从而提高了磁性能。而乙醇在混炼的过程中会不断的挥发，不会残留在混合物中。

本发明中压延过程中采用多层层压的的压延方式，如图1所示。一般来说磁体压缩率小于40％，取向效果并不明显，所以层压数优选为2～5层。

下面是本发明的几个具体实施例。

实施例1：各向异性NdFeB磁粉(片径60μm，厚径比为1∶35，使用0.3wt％表面活性剂乙烯基三乙氧基硅烷偶联)91wt％，聚氨脂6.0wt％，硬脂酸锌0.6wt％，邻苯二甲酸酯二辛酯1.4wt％，环氧大豆油1.0wt％。先将上述组分以及磁粉重量0.5％的乙醇一起，用高速混合机混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，得到初步成型的毛坯片，最后将3层毛坯片层叠起来，用压延机制成厚度为1.5mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例2：各向异性NdFeN磁粉(片径35μm，厚径比为1∶60，使用0.1wt％表面活性剂异丙基三异酞酰钛酸酯偶联)85wt％，聚苯乙烯3.5wt％，聚乙烯8.5wt％，硅油1.4wt％，环氧大豆油1.6wt％。先将上述组分以及磁粉重量1.0％的乙醇一起，用高速混合机混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，得到初步成型的毛坯片，最后将2层毛坯片层叠起来，用压延机制成厚度为1.5mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例3：各向异性NdFeB磁粉(片径5μm，厚径比为1∶10，使用1.5wt％表面活性剂乙烯基三乙氧基硅烷偶联)88wt％，尼龙6为9wt％，蜡液0.8wt％，硬脂酸锌1.0wt％，环氧大豆油1.2wt％。先将上述组分以及磁粉重量2.0％的乙醇一起，用高速混合机混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，得到初步成型的毛坯片，最后将5层毛坯片层叠起来，用压延机制成厚度为1.5mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例4：各向异性NdFeB磁粉(片径150μm，厚径比为1∶70)25wt％，各向异性NdFeN磁粉(片径61μm，厚径比为1∶10)61wt％，使用3wt％表面活性剂乙烯基三甲氧基硅烷偶联，聚醚酰亚胺12.0wt％，硬脂酸1.0wt％，邻苯二甲酸酯二丁酯1.0wt％。先将上述组分以及磁粉重量1.6％的乙醇一起，用高速混合机混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，得到初步成型的毛坯片，最后将4层毛坯片层叠起来，用压延机制成厚度为1.5m m的磁片。具体参数见下表1。

实施例5：各向异性NdFeB磁粉(片径200μm厚径比为1∶11使用2.5wt％表面活性剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联)97wt％，聚乙烯2.5wt％，硬脂酸0.3wt％，邻苯二甲酸酯二乙酯0.2wt％。先将上述组分以及磁粉重量0.1％的乙醇一起，用高速混合机混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，得到初步成型的毛坯片，最后将5层毛坯片层叠起来，用压延机制成厚度为1.5m m的磁片。具体参数见下表1。

实施例6：各向异性NdFeN磁粉(片径25μm，厚径比为1∶30，使用2.0wt％表面活性剂十二烷基苯磺酰钛酸酯偶联)90wt％，聚氨酯3.5wt％，尼龙12为2.5wt％，聚对苯二甲酸乙二酯1.8wt％，硬脂酸锌1.2wt％。先将上述组分以及磁粉重量1.8％的乙醇一起，用高速混合机混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，得到初步成型的毛坯片，最后将4层毛坯片层叠起来，用压延机制成厚度为1.5mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例7：各向异性铁氧体磁粉(片径5μm，厚径比为1∶10，使用1.0wt％表面活性剂乙烯基三乙氧基硅烷偶联)88wt％，聚苯乙烯9wt％，硅油1.5wt％，环氧大豆油1.5wt％。先将上述组分以及磁粉重量0.5％的乙醇一起，用高速混合机混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，得到初步成型的毛坯片，最后将2层毛坯片层叠起来，用压延机制成厚度为1.5mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例8：各向异性NdFeB磁粉(片径125μm，厚径比为1∶25)35wt％，各向异性NdFeN磁粉(片径40μm，厚径比为1∶70)45wt％，各向异性铁氧体磁粉(片径5μm，厚径比为1∶36)10wt％，使用3wt％表面活性剂乙烯基三甲氧基硅烷偶联，聚对苯二甲酸丁二酯7.5wt％，蜡液1.2wt％，环氧大豆油1.3wt％。先将上述组分以及磁粉重量2％的乙醇一起，用高速混合机混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，得到初步成型的毛坯片，最后将3层毛坯片层叠起来，用压延机制成厚度为1.5mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例9：各向异性NdFeB磁粉(片径160μm，厚径比为1∶12使用0.2wt％表面活性剂异丙基十二烷基苯磺酰钛酸酯偶联)95wt％，聚酰胺-聚亚胺4.0wt％，硬脂酸锌0.5wt％，邻苯二甲酸酯二丁酯0.5wt％。先将上述组分以及磁粉重量0.8％的乙醇一起，用高速混合机混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，得到初步成型的毛坯片，最后将4层毛坯片层叠起来，用压延机制成厚度为1.5mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例10：各向异性NdFeB磁粉(片径52μm，厚径比为1∶100，使用0.1wt％表面活性剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷偶联)92wt％，聚苯乙烯6wt％，硅油0.9wt％，环氧大豆油1.1wt％。先将上述组分以及磁粉重量1.6％的乙醇一起，用高速混合机混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，得到初步成型的毛坯片，最后将2层毛坯片层叠起来，用压延机制成厚度为1.5mm的磁片。具体参数见下表1。

对比实施例1-10：这些对比实施例与实施例1-10——对应，分别采用实施例1-10的配方，但不加入乙醇混炼，采用层压工艺，其他工艺参数分别与实施例1-10相同，得到的柔性磁体磁性能如下表2所示。

对比实施例11-20：这些对比实施例与实施例1-10——对应，按照实施例1-10的配方，但不加入乙醇混炼，不采用层压工艺，其他工艺参数分别与实施例1-10相同，得到的柔性磁体磁性能如下表3所示。

可以看到采用本发明的制造工艺提高了各向异性柔性磁体的取向度，从而提高了各向异性柔性磁体的磁性能，柔性磁体的磁能积能提高20％以上。。

表1实施例1-10的柔性磁体的性能

表2对比实施例1-10的柔性磁体的性能(不加乙醇)

表3对比实施例11-20的柔性磁体的性能

需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims

1.一种提高各向异性柔性磁体取向度的方法，它包括：首先对磁粉进行表面处理；将磁粉与粘结剂和各种加工助剂按比例混炼均匀；然后通过压延制备成一定形状的磁体，其特征在于：所述粘结剂采用具有工程塑料性质的热塑性弹性体。

2.如权利要求1所述的提高各向异性柔性磁体取向度的方法，其特征在于：所述的热塑性弹性体选自聚氨脂、聚苯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、聚酰亚胺的一种或一种以上，所述聚酰胺包括尼龙6、尼龙12，所述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯，所述聚酰亚胺热塑性弹性体包括聚醚酰亚胺、聚酰胺-聚亚胺；热塑性弹性体的含量为2.5～12wt％。

3.如权利要求1所述的提高各向异性柔性磁体取向度的方法，其特征在于：所述的加工助剂包括润滑剂和增塑剂中至少一种，含量为0.5～3wt％。

4.如权利要求1所述的提高各向异性柔性磁体取向度的方法，其特征在于：所述的磁粉与粘结剂混炼的过程中需加入乙醇，乙醇的重量为磁粉重量的0.1～2.0％。

5.如权利要求1所述的提高各向异性柔性磁体取向度的方法，其特征在于：所述的压延过程采用多层层压的压延方式，层压数优选为2～5层。

6.如权利要求1所述的提高各向异性柔性磁体取向度的方法，其特征在于：所述的磁粉含量为85～97wt％，磁粉可以是各向异性铁氧体磁粉、各向异性NdFeB磁粉、各向异性NdFeN磁粉中的一种或一种以上的混合磁粉，所述磁粉的片径范围为5～200μm。

7.如权利要求6所述的提高各向异性柔性磁体取向度的方法，其特征在于：所述的各向异性NdFeB磁粉和NdFeN磁粉颗粒为片状，且易磁化轴垂直于片状磁粉的平面，片厚与片径的比值在1∶10～1∶100。

8.如权利要求1所述的提高各向异性柔性磁体取向度的方法，其特征在于：所述的磁粉经过表面处理工序后，磁粉中含有0.1～3wt％的表面处理剂，表面处理剂可以是异丙基三异酞酰钛酸酯，异丙基十二烷基苯磺酰钛酸酯，异丙基三丙烯酰钛酸酯等钛酸酯类处理剂，或乙烯基三乙氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷，乙烯基三甲氧基硅烷等硅烷类处理剂。