CN103854820A - 一种柔性粘结磁体及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种柔性粘结磁体包括：磁粉，其含量为85～97wt%；偶联剂，其含量占磁粉含量的0.1～3wt%；粘结剂，其含量为2.5～12wt%；加工助剂，其含量为0.3～3wt%；其中所述粘结剂为热塑性弹性体，同时所述柔性粘结磁体还包括0.05～0.2wt%的抗氧剂。其制备方法为将压延机制成的单层薄磁片层叠后放入模具中进行保温保压处理。采用本发明的工艺和配方制得的粘结磁体具有高磁性能，高机械性能，以及优异的挠曲性，其在工作温度-40℃～150℃之间的线变形率低于1%。同时压延后不需要进行二次硫化，提高了生产效率。

Description

一种柔性粘结磁体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种柔性粘结磁体及其制备方法，特别是一种耐高温柔性粘结磁体及其制备方法。

背景技术

近年来，随着社会信息技术的不断发展，人们对信息产品进一步薄型化和高效化有着迫切的需求，这对磁性材料的性能又提出了更高的要求。比如高保真平面喇叭中需要面积大、厚度薄的高性能粘结磁体；笔记本电脑需要更薄、更大功率的风扇马达以满足散热要求；洗衣机、风扇等家电中也需要更平稳的直驱电机；手机、mp4等多媒体设备中需要超轻薄的柔性传感器等，而高性能的柔性粘结磁体能满足这些使用要求。柔性粘结磁体，不同于刚性的粘结磁体，不需要大量的模具开发费用，而是通过压延或者挤出的方式进行生产，具有生产效率高，磁体可自由弯曲不开裂，产品的尺寸可以任意变更，便于装配使用等优点。

但是柔性粘结磁体同样存在自身的缺点，最大的问题在于使用温度不能太高。这主要是受柔性磁体所使用的粘结剂所限，在高温环境下，其粘结剂本身就可能会分解破坏失去柔性；此外，柔性磁体一般的加工工艺均是压延或者挤出制造工艺，由于内应力的影响，在高温下磁片会发生厚度方向增加而长度方向缩小的现象，这就使得风扇类的马达产品在高温下工作时，定转子之间的气隙大于设计值，导致这些马达产品产生杂乱的噪音甚至会使马达的转子卡死，电机报废，严重时有可能对人生安全造成威胁。目前市场上使用最多的氯化聚乙烯作为粘结剂的柔性磁体，制造工艺比较简单，一般可分为混料、混炼、压延三道工序，但其使用温度低于80℃，一般应用于低端领域，对尺寸精度以及变形率没有特殊要求。而通常以丁晴橡胶或者硅橡胶作为主粘结剂的柔性磁体，可以应用于一些有高温环境要求的行业，但这些柔性磁体在环境温度在100℃以上时虽然其体积膨胀率很小，但线变形率较大，（厚度方向的增厚率及长度方向收缩率大于5%，而从体积膨胀率来看则相差很小），而且其加工工艺比较复杂，需要压延后进行二次硫化，生产效率较低。这限制了橡胶类柔性磁体的发展。如中国专利申请CN200610089260.6公开的《耐高温柔性橡胶粘结磁体及其制备方法》（混炼和压延均为常见的行业内加工手段，但橡胶类的粘结剂的柔性磁体必须经过硫化方可使用）。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐高温的柔性粘结磁体及其制备方法，使得该柔性磁体可以在150℃以下范围内正常使用，磁体的线伸长率（包括厚度方向的增厚率及长度方向收缩率）不超过1%，磁体的磁性能、机械性能、挠曲性能够基本不变，变化率小于1%。

本发明的柔性粘结磁体包括：磁粉，其含量为85～97wt%；偶联剂，其含量占磁粉含量的0.1～3wt%；粘结剂，其含量为2.5～12wt%；加工助剂，其含量为0.3～3wt%；其特征在于：所述粘结剂为热塑性弹性体，同时所述柔性粘结磁体还包括0.05～0.2wt%的抗氧剂。

优选地，所述磁粉为铁氧体磁粉、NdFeB磁粉、NdFeN磁粉中的至少一种。

优选地，所述磁粉的粒径范围为20～100μm。

优选地，所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷，γ―氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。

优选地，所述热塑性弹性体粘结剂为聚氨脂弹性体、聚乙烯弹性体、聚酰胺弹性体、聚对苯二甲酸乙二酯弹性体、聚对苯二甲酸二甲酯弹性体、丙烯酸弹性体中的一种或一种以上的混合物。

优选地，所述加工助剂是润滑剂和增塑剂中的至少一种，所述润滑剂为硅油、蜡液、硬脂酸锌和硬脂酸；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯和环氧大豆油。

优选地，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。

优选地，所述的受阻酚类抗氧剂为二缩三乙二醇双[3-（3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基）丙酸酯]、硫代二乙撑双[3-（3,5-二叔丁基-4羟基苯基）丙酸酯]、四[β（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、双（2,4-丁叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯。

本发明的柔性粘结磁体的制备方法，所述方法包括如下步骤：首先将制备柔性粘结磁体的磁粉、偶联剂，粘结剂及各种加工助剂和抗氧剂按比例配好并充分混合，然后将混合好的粉末进一步混炼均匀；将所得混炼物在压延机中压延成规定的厚度，得到单层的薄磁片；其特征在于：所述方法还包括如下步骤：将按上述步骤得到的2～5片单层薄磁片层叠后放入模具中，在温度150～170℃，压力5～20MPa条件下保温保压10～30分钟得到最终的复合磁片。

优选地，所述混炼为在开炼机或者带压式捏炼机中进行。

根据本发明，可以得到一种耐高温的柔性粘结磁体，其具有高磁性能，高机械性能，以及优异的挠曲性，其在工作温度-40℃～150℃之间的线变形率低于1%。同时压延后不需要进行二次硫化，提高了生产效率。

具体实施方式

本发明提供一种耐高温柔性粘结磁体及其制备方法，与一般的柔性磁体加工方法类似，首先按配方要求将各种原料进行配比，并将他们充分进行混合，随后在开炼机或者带压式捏炼机中混炼均匀，将所得混炼物在压延机中压延成规定的厚度，得到单层的薄磁片。然后将2～5片该薄磁片层合放入模具中，保温保压10～30分钟得到复合磁片，保温温度为150～170℃，保压压力为5～20MPa。此保温保压工序是本发明制备方法中加入的消除磁体应变和内应力工序，此工序实际上是在压缩磁片，在保温保压下有助于消除磁片的应变和内应力使得磁片的线伸长率（包括厚度方向的增厚率及长度方向收缩率）不超过1%，而且有助于提高磁片密度，从而提高磁体的磁性能。同时由于本发明中粘结剂的选择压延后不再需要进行二次硫化，提高了生产效率。

本发明中采用的磁粉用量如果过少，则无法获得所需的磁性，过多则使得成型性变差，因此磁粉含量为85～97wt%，包括铁氧体、NdFeB磁粉、NdFeN磁粉中的一种或多种混合磁粉。磁粉的粒径范围为20～100μm，磁粉的粒度过细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。

本发明的柔性粘结磁体包括：磁粉，其含量为85～97wt%；偶联剂，其含量占磁粉含量的0.1～3wt%；粘结剂，含量为2.5～12wt%；加工助剂，含量为0.3～3wt%；同时该柔性粘结磁体还包括0.05～0.2wt%的受阻酚类抗氧剂。

其中，磁粉使用偶联剂进行偶联处理，可以改善磁粉与粘结剂之间的界面亲和力，偶联剂含量占磁粉含量的0.1～3wt%，可以选择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偶联剂）。

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%,选自聚氨脂弹性体、聚乙烯、聚酰胺弹性体、聚酯弹性体（包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸二甲酯）或丙烯酸弹性体的一种以及一种以上的上述粘结剂的混合物；选用这些热塑性弹性体作为柔性磁体的粘结剂，其优点有：一是比橡胶类粘结剂的填充比高，可以加入大量的磁粉；二是制得的磁体硬度较高，在装配电机的时候不会因为冲击造成磁条边角变形。

加工助剂包括润滑剂和增塑剂中至少一种，含量为0.3～3wt%。

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。

柔性磁体还包括受阻酚类抗氧剂，含量为0.05～0.2wt%。

其中，所述的受阻酚类抗氧剂包括二缩三乙二醇双[3-（3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基）丙酸酯]、硫代二乙撑双[3-（3,5-二叔丁基-4羟基苯基）丙酸酯]、四[β（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、双（2,4-丁叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯。抗氧剂的作用在于提高热塑性弹性体聚合物加工过程的热稳定性，防止粘结剂与磁粉接触导致热氧化分解。

下面是本发明的具体实施例。

实施例1：

粘结NdFeB磁粉（粒径60μm，使用0.1wt%表面活性剂乙烯基三乙氧基硅烷偶联）92wt%，聚氨脂5.0wt%，硬脂酸锌0.8wt%，邻苯二甲酸酯二辛酯1.0wt%，环氧大豆油1.0wt%，抗氧剂二缩三乙二醇双[3-（3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基）丙酸酯]0.2wt%。先将上述组分以及磁粉放入高速混合机内混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，然后将所得的混合物在压延机上得到0.6mm厚的薄磁片，最后将2层薄磁片层叠，在150℃，5MPa的压力下压缩并保型10分钟，最后得到厚度为1.0mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例2

粘结NdFeN磁粉（粒径40μm，使用3wt%表面活性剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷偶联）97wt%，聚乙烯2.5wt%，硅油0.1wt%，邻苯二甲酸酯二辛酯0.1wt%，环氧大豆油0.1wt%，抗氧剂硫代二乙撑双[3-（3,5-二叔丁基-4羟基苯基）丙酸酯]0.2wt%。先将上述组分以及磁粉放入高速混合机内混合均匀，接着用带压式捏炼机将所得的混合物混炼充分，然后将所得的混合物在压延机上得到0.6mm厚的薄磁片，最后将3层薄磁片层叠，在160℃，8MPa的压力下压缩并保型15分钟，最后得到厚度为1.0mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例3

粘结铁氧体磁粉（粒径20μm，使用2wt%表面活性剂乙烯基三甲氧基硅烷偶联）85wt%，聚酰胺4.5wt%，聚对苯二甲酸乙二酯3.5wt%，丙烯酸4wt%，蜡液1.45wt%，环氧大豆油1.5wt%，抗氧剂四[β（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.05wt%。先将上述组分以及磁粉放入高速混合机内混合均匀，接着用带压式捏炼机将所得的混合物混炼充分，然后将所得的混合物在压延机上得到0.6mm厚的薄磁片，最后将5层薄磁片层合，在170℃，20MPa的压力下压缩并保型30分钟，最后得到厚度为1.0mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例4

粘结NdFeB磁粉（粒径100μm）40wt%，粘结NdFeN磁粉（粒径50μm）50wt%，使用1.0wt%表面活性剂乙烯基三乙氧基硅烷偶联；聚对苯二甲酸二甲酯8.0wt%，硬脂酸1.0wt%，邻苯二甲酸二乙酯0.9wt%，抗氧剂双（2,4-丁叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯0.1wt%。先将上述组分以及磁粉放入高速混合机内混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，然后将所得的混合物在压延机上得到0.6mm厚的薄磁片，最后将4层薄磁片层合，在160℃，15MPa的压力下压缩并保型25分钟，最后得到厚度为1.0mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例5

粘结NdFeB磁粉（粒径80μm）30wt%，粘结NdFeN磁粉（粒径30μm）45wt%，粘结铁氧体磁粉（粒径20μm）10wt%，使用3.0wt%表面活性剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷偶联），聚氨脂5.0wt%，聚乙烯3.0wt%，聚对苯二甲酸乙二酯4.0wt%，蜡液1.5wt%，环氧大豆油1.4wt%，抗氧剂硫代二乙撑双[3-（3,5-二叔丁基-4羟基苯基）丙酸酯]0.1wt%。先将上述组分以及磁粉放入高速混合机内混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，然后将所得的混合物在压延机上得到0.6mm厚的薄磁片，最后将3层薄磁片层合，在150℃，10MPa的压力下压缩并保型15分钟，最后得到厚度为1.0mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例6

粘结NdFeB磁粉（粒径40μm），使用0.8wt%表面活性剂乙烯基三甲氧基硅烷偶联）89wt%，丙烯酸9wt%，硅油0.5wt%，硬脂酸锌0.95wt%，邻苯二甲酸二丁酯0.5wt%，抗氧剂四[β（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.05wt%。先将上述组分以及磁粉放入高速混合机内混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，然后将所得的混合物在压延机上得到0.6mm厚的薄磁片，最后将2层薄磁片层合，在150℃，5MPa的压力下压缩并保型10分钟，最后得到厚度为1.0mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例7

粘结NdFeN磁粉（粒径30μm，使用2wt%表面活性剂乙烯基三乙氧基硅烷偶联）95wt%，聚乙烯2.0wt%，聚酰胺2.0wt%，硬脂酸0.3wt%，环氧大豆油0.5wt%，抗氧剂双（2,4-丁叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯0.2wt%。先将上述组分以及磁粉放入高速混合机内混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，然后将所得的混合物在压延机上得到0.6mm厚的薄磁片，最后将2层薄磁片层合，在150℃，5MPa的压力下压缩并保型10分钟，最后得到厚度为1.0mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例8

粘结NdFeN磁粉（粒径70μm）80wt%，粘结铁氧体磁粉（粒径25μm）15wt%，使用2.5wt%表面活性剂γ―氨丙基三乙氧基硅烷偶联，聚氨脂3.5wt%，硬脂酸锌0.5wt%，邻苯二甲酸酯二辛酯0.3wt%，环氧大豆油0.5wt%，抗氧剂硫代二乙撑双[3-（3,5-二叔丁基-4羟基苯基）丙酸酯]0.2wt%。先将上述组分以及磁粉放入高速混合机内混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，然后将所得的混合物在压延机上得到0.6mm厚的薄磁片，最后将5层薄磁片层合，在170℃，15MPa的压力下压缩并保型30分钟，最后得到厚度为1.0mm的磁片。具体参数见下表1。

实施例9

粘结NdFeB磁粉（粒径100μm，使用0.1wt%表面活性剂乙烯基三乙氧基硅烷偶联）86wt%，聚对苯二甲酸乙二酯6.0wt%，聚对苯二甲酸二甲酯5.0wt%，硅油1.85wt%，邻苯二甲酸二辛酯1.0wt%，抗氧剂四[β（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯0.15wt%。先将上述组分以及磁粉放入高速混合机内混合均匀，接着用开炼机将所得的混合物混炼充分，然后将所得的混合物在压延机上得到0.6mm厚的薄磁片，最后将3层薄磁片层合，在160℃，15MPa的压力下压缩并保型25分钟，最后得到厚度为1.0mm的磁片。具体参数见下表1。

表1耐高温柔性磁体性能表

Br

Hci

(BH)m

密度

增厚率%

收缩率%

	(KGs)	(KOe)	(MGOe)	(g/cm3)
							实施例1	5.25	9.64	5.32	4.75	0	0.5
实施例2	6.42	9.28	8.31	6.11	0	0.1
							实施例3	2.18	1.85	1.32	2.92	0	0.5
实施例4	5.10	9.45	4.96	4.62	0	0.3
							实施例5	3.98	8.42	2.86	4.02	0	0.4
实施例6	5.03	9.40	4.84	4.58	0	0.5
							实施例7	5.91	9.71	7.06	5.50	0	0.2
实施例8	4.32	8.71	3.49	4.19	0	0.4
							实施例9	4.71	9.14	4.30	4.44	0	0.4

对比实施例1-9：按照以上实施例1-9的配方（区别在于所有实施例1-9中都不加入受阻酚类抗氧剂）配制好原料，然后经过高速混合机混合，开炼机混炼，然后在压延机上直接得到1.0mm厚的磁片，其性能如下表2所示。可以看到采用本发明的制造工艺，柔性磁体的高温变形率（150℃下保温12小时）减少2%以上,并且密度和磁性能都得到了提高。

表2柔性磁体性能对比表

Claims (10)

1.一种柔性粘结磁体，包括：磁粉，其含量为85～97wt%；偶联剂，其含量占磁粉含量的0.1～3wt%；粘结剂，其含量为2.5～12wt%；加工助剂，其含量为0.3～3wt%；其特征在于：所述粘结剂为热塑性弹性体，同时所述柔性粘结磁体还包括0.05～0.2wt%的抗氧剂。

2.一种如权利要求1所述的柔性粘结磁体，其特征在于：所述磁粉为铁氧体磁粉、NdFeB磁粉、NdFeN磁粉中的至少一种。

3.一种如权利要求2所述的柔性粘结磁体，其特征在于：所述磁粉的粒径范围为20～100μm。

4.一种如权利要求1所述的柔性粘结磁体，其特征在于：所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷，γ―氨丙基三乙氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷。

5.一种如权利要求1所述的柔性粘结磁体，其特征在于：所述热塑性弹性体粘结剂为聚氨脂弹性体、聚乙烯弹性体、聚酰胺弹性体、聚对苯二甲酸乙二酯弹性体、聚对苯二甲酸二甲酯弹性体、丙烯酸弹性体中的一种或一种以上的混合物。

6.一种如权利要求1所述的柔性粘结磁体，其特征在于：所述加工助剂是润滑剂和增塑剂中的至少一种，所述润滑剂为硅油、蜡液、硬脂酸锌和硬脂酸；所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯和环氧大豆油。

7.一种如权利要求1所述的柔性粘结磁体，其特征在于：所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。

8.一种如权利要求7所述的柔性粘结磁体，其特征在于：所述的受阻酚类抗氧剂为二缩三乙二醇双[3-（3-叔丁基-5-甲基-4-羟基苯基）丙酸酯]、硫代二乙撑双[3-（3,5-二叔丁基-4羟基苯基）丙酸酯]、四[β（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、双（2,4-丁叔丁基苯基）季戊四醇二亚磷酸酯。

9.一种制备权利要求1所述的柔性粘结磁体的方法，所述方法包括如下步骤：首先将制备柔性粘结磁体的磁粉、偶联剂，粘结剂及各种加工助剂和抗氧剂按比例配好并充分混合，然后将混合好的粉末进一步混炼均匀；将所得混炼物在压延机中压延成规定的厚度，得到单层的薄磁片；其特征在于：所述方法还包括如下步骤：将按上述步骤得到的2～5片单层薄磁片层叠后放入模具中，在温度150～170℃，压力5～20MPa条件下保温保压10～30分钟得到最终的复合磁片。

10.一种如权利要求9所述的柔性粘结磁体的制备方法，其特征在于：所述混炼为在开炼机或者带压式捏炼机中进行。