一种柔性永磁复合材料的制备方法与流程

本发明属于粘结磁性复合材料领域，涉及一种适用于注塑、挤出成型，具有高韧性的柔性永磁复合材料的制备方法。

背景技术：

1、柔性磁性材料在玩具、门封、微电机中有广泛应用。随着新技术发展和人们对电子消费品的新需求，使得柔性磁性材料在消费电子领域中出现许多新应用，如无线充电、磁吸收纳数据线、磁吸表带等。tpe树脂是指热塑性弹性体(thermoplastic elastomer)树脂，一种具有橡胶弹性和塑料可加工性的特殊类型的聚合物材料，其同时具有热塑性与高弹性，结合了热塑性塑料和弹性橡胶的优点。对比同样具有高弹性性能的橡胶，tpe能通过注塑方式一次成型结构相对复杂的工件，且可以重复回收使用，实现回料再利用，增加材料的使用率，减少浪费。tpe对人体安全无毒，适合长期接触皮肤的环境，且材料可以通过注塑成型，通过模具的改变，可获得不同形状的产品。因此，从加工性能、环保角度综合评价，tpe基体是作为柔性永磁复合材料粘结剂是理想的选择。

2、永磁材料主要有钐铁氮(smfen)、钕铁硼(ndfeb)、铁氧体等种类。铁氧体磁性能低，但其耐盐雾锈蚀、且价格低廉，通常适合低磁性能要求、用料量大、价格敏感的应用；钕铁硼磁体具有高磁性能优势，但易生锈腐蚀且原料价格昂贵；钐铁氮同样具备远高于铁氧体的磁性能，其利用富余的稀土元素钐，价格相对低且稳定，同时耐盐雾腐蚀性能优异、不易生锈，适合磁性能要求高的高端应用。

3、柔性永磁复合材料以钐铁氮、铁氧体、钕铁硼，或其复合磁粉作为磁性组分，以tpe为树脂基体粘结剂，在双螺杆挤出机等混炼设备中，利用其加热、旋转搅拌、剪切和压力等作用，将树脂基体和磁粉填料充分分散、混合。在磁性粉体与tpe树脂混炼挤出的过程中，材料的磁性能，尤其是矫顽力主要受到高温氧化和高剪切力的影响。挤出混炼的温度通常不低于粘结剂树脂基体的熔点；稀土磁性粉末的化学性质活泼，高温氧化和螺杆剪切都会影响磁性能，尤其是矫顽力；铁氧体磁性粉末耐氧化，但混炼时的强剪切力同样会破坏磁粉晶体结构，使其磁性能降低。高剪切对磁粉的破坏主要体现在磁粉尚未被树脂完全包覆之前，而当树脂与磁粉混炼充分后，磁粉被熔融树脂充分包覆，由于熔融树脂的润滑作用，磁性粉体与磁性粉体之间、磁性粉体与螺杆直接均有熔融树脂间隔，剪切破坏与氧化大幅降低。在混炼挤出造粒过程中，当磁粉和tpe树脂通过螺杆输送段送达螺杆剪切混炼段并被充分混炼的过程时，tpe树脂尚未完全熔融，磁粉未能被tpe完全包覆；此时磁粉处于高温、含氧、高剪切的环境中，磁粉之间的剪切摩擦、磁粉与螺杆之间的剪切摩擦、以及稀土类磁粉(钐铁氮、钕铁硼等)的高温氧化会导致磁性能大幅降低，尤其是矫顽力性能。

4、发明专利cn201911250259.0提供了硅烷偶联剂包覆方法制备永磁复合材料，通过0.01～1.0wt％磁性粉末质量的硅烷或钛酸酯偶联剂对磁粉表面进行包覆，然后与树脂进行混炼，虽然对磁粉表面进行了包覆，起到改善界面结合力的作用并在一定程度上隔绝空气，但不能缓解剪切力，且非柔性包覆层在剪切过程中易磨损，使磁粉表面出现部分裸露。

5、共聚酰胺不同于均聚的聚酰胺，其结构无序夹杂，破坏了分子链的序列结构规整性，阻碍了分子链间的氢键联结，是一种熔点低、柔韧性高的聚酰胺材料；其中醇溶性共聚酰胺(alcohol-soluble co-polyamide)是一种在醇类溶剂中表现出良好溶解性的共聚酰胺材料，通过在共聚酰胺的聚合过程中引入具有醇基(-oh)功能性单体(如羟基乙酸、羟基丁酸等)，这些醇基可以与醇类溶剂发生氢键相互作用，从而可以使这类共聚酰胺溶解在醇类溶剂中。

技术实现思路

1、本发明目的是通过对磁粉进行表面树脂包覆处理改性，提供一种tpe基柔性永磁复合材料的制备方法，以制备磁性、力学和加工性优异的磁性复合材料。

2、本发明包括以下步骤：

3、步骤1、磁粉预处理

4、将偶联剂适当稀释后加入到磁性粉体中，并在20℃～70℃下混合均匀，在70～150℃下真空烘干。

5、步骤2、磁粉包覆共聚酰胺

6、将醇溶性共聚酰胺溶解于适量醇类溶剂中，在20～70℃下搅拌使其充分溶解，；

7、将溶液趁热加入到步骤1中得到的磁粉中，混合均匀；

8、在70～150℃下真空干燥后，得到表面完全被共聚酰胺致密包裹的磁粉。

9、步骤3、柔性永磁复合材料混炼造粒

10、将步骤2获得的磁粉、柔性树脂粘结剂以及塑料助剂混合均匀，用双螺杆挤出机在150～200℃下造粒，得到柔性永磁复合材料。

11、本发明通过对磁粉预先包裹共聚酰胺，再与tpe粘结剂混炼挤出制备得到柔性永磁复合磁性材料，具有以下优点：

12、第一、本发明使用偶联剂对磁粉表面进行预处理，改善粉体与共聚酰胺包覆层界面的结合力，使得共聚酰胺包覆层可以牢固地包裹在磁粉表面；

13、第二、本发明使用醇溶性共聚酰胺对磁性粉体表面进行包覆，在挤出过程中即使tpe树脂与磁粉尚未充分混合的状态，磁粉表面始终存在致密柔韧的共聚酰胺包覆层：一方面，有效隔绝了空气，避免稀土磁粉在混炼温度下氧化；另一方面，熔融或软化的共聚酰胺包覆层处于十分柔韧的状态，起到缓存与润滑的作用，有效地降低了粉体与粉体之间、粉体与螺杆之间的摩擦与强剪切对磁粉的破坏作用，显著降低混炼过程中矫顽力等磁性能的损失，但不影响强剪切对整个物料配方体系的混炼效果。

技术特征：

1.一种柔性永磁复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种柔性永磁复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1中所述的偶联剂为kh550偶联剂，其用量为相对磁粉重量的0.3～2wt.％。

3.如权利要求1或2所述的一种柔性永磁复合材料的制备方法，其特征在于：所述的磁性粉体为钐铁氮、铁氧体、钕铁硼中的一种或多种混合。

4.如权利要求1所述的一种柔性永磁复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的醇类溶剂为无水乙醇或无水异丙醇中的一种或两种混合，溶剂用量以能够完全溶解醇溶性共聚酰胺、且能够完全润湿磁粉为准。

5.如权利要求4所述的一种柔性永磁复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的醇溶性共聚酰胺在70℃下的溶解度不低于2g/100g。

6.如权利要求1或4所述的一种柔性永磁复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的醇溶性共聚酰胺用量为步骤1中预处理后磁粉的0.5～3wt.％。

7.如权利要求1所述的一种柔性永磁复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2中所述的磁粉需预热至共聚酰胺溶液的温度，且混合过程中维持在不低于该温度且不高于70℃。

8.如权利要求1所述的一种柔性永磁复合材料的制备方法，其特征在于：步骤3中所述的柔性树脂粘结剂为tpe树脂。

技术总结
本发明公开了一种柔性永磁复合材料的制备方法。本发明首先使用KH550偶联剂对磁性粉体进行表面预处理，改善粉体与共聚酰胺包覆层界面的结合；再使用醇溶性共聚酰胺对粉体进行包覆，在磁性粉体表面形成致密的共聚酰胺保护层；然后将共聚酰胺树脂包覆处理后的磁粉与TPE树脂及润滑剂、稳定剂等塑料助剂混合后混炼挤出造粒；从而在混炼过程中，当TPE粘结剂完全充分包裹磁粉前，磁粉预先与周围空气隔绝，并且熔融或软化的共聚酰胺处于十分柔韧的状态，起到缓存与润滑的作用，有效地降低了剪切粉体之间、粉体与螺杆之间的高剪切对粉体的破坏作用，显著降低矫顽力等磁性能损失，但不影响强剪切对整个物料配方体系的混炼效果。

技术研发人员：陈海波,虞洪峰,蔡伟,沈森棋,王鑫,赵宁宁,王勇杰,唐城城,王帆,施志平,王晓峰
受保护的技术使用者：杭州千石磁业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15