如何制备优质纳米磁性塑料

纳米磁性塑料是指用纳米级磁粉与聚合物组成的磁性塑料。所用磁粉有纳米级Fe₃O₄、α-Fe/Nd₂Fe₁₄B、Nd₄Fe₇₄Co₈B₁₀Mo₃Cu₁等纳米晶交换耦合永磁材料，它们具有强B_r和iH_c。与一般的各向同性稀土磁体相比，其具有稀土填料量低、材料成本低、磁性强等优点。另外，其B_r及iH_c的温度系数也低，制成的微粉磁性能降低小，因而能制成高性能粘结永磁体。纳米磁粉的粒径一般在20nm左右，通过各种改性技术及磁粉表面处理工艺可得到填充率高、分散均匀与树脂粘接性好、取向性良好的磁性体。不同配制方法的磁性能不等，但都可制得高性能的磁材。如Nd₄Fe₇₄Co₈B₁₀Mo₃Cu₁的磁性能：B_r=1.4T，iH_c=219kA/m（2.75kOe，（BH）max=103.5kJ/m³（13.0kOe）；又如Nd_9.5Fe_85.5-xB₅磁粉的B_k=1.17T，iH_c=575.2kA/m（6.6kOe），（BH）max=148.8kJ/m³（18.7kOe）。

1.纳米磁性塑料的性能

纳米磁性塑料常采用热固性树脂（如EP等）及热塑性树脂作粘结剂，其品种甚多。常用纳米磁性塑料热塑性树脂基本的性能见表16-69。

表16-69 常用纳米磁性塑料热塑性树脂基体的性能

但在聚合物中加入纳米磁粉后力学性能和流动性等会下降，因此需进行改性处理，主要改性任务如下：

1）提高流动性，降低对设备和模具的磨损性。一般加入适当的助剂，如硬脂酸脂、氟树脂、TLCP及其他低粘度树脂（如低相对分子质量PA、聚烯烃等）和润滑剂等，或采用不同粒径混合料。对于采用干混法的热固性树脂体系，共混粉体的流动性对于模压成型十分重要。日本住友公司介绍了一种改善粉体流动性的方法：在带有多硫化合物链段的环氧树脂中添加质量分数为0～0.5%的纳米SiO₂或纳米SiC颗粒或含—NHCONH—、—NHCONH₂、—CONH—、CONH₂—官能团的化合物，可以改进粉体流动性并能改进加工稳定性，提高制品的力学性能、磁性能及耐热性。(www.xing528.com)

2）改善力学性能。高填充量会导致力学性能下降。例如，模压成型热固性树脂基磁体，磁粉填充量质量分数高达97%～98%，制品较脆。提高成型压力是降低空隙率提高力学性能的方法之一，但因受成型机械和模具负载的限制，其效果有限。在热固性树脂中加入酯类增塑剂可提高树脂的流动性，使磁粉更易均匀分散，降低了制品的空隙率，从而改进制品性能。在热固性树脂中加入橡胶增韧剂，如用液体橡胶增韧环氧树脂，可以提高制品的耐冲击性。Toshizawa以带有环氧基团的族化合物（C≥8）或带有环氧、氨基或羧基有机硅化合物改性聚酰胺，可以改进聚酰胺粘结磁体的加工性并提高制品的弯曲强度。

3）提高阻湿性。NdFeB磁粉易吸湿生锈，尤其对PA碳性塑料更严重，因此需采取阻湿改性措施，如PA6/PU共混，并对PA进行等离子处理，可以降低吸水量，提高耐锈蚀性，同时可降低吸湿降解，改善加工性，降低结晶度，提高磁粉与树脂粘结性，有利于改善抗冲击性及韧性。

2.纳米磁性塑料的成型工艺

纳米磁性塑料可组成共混物和原位聚合物两种形式。原位聚合物是以聚合物包覆磁粉组成的微球料，共混料可供注射、挤出、模压成型。微球料可进一步制备体型材料，也适合作功能涂料、屏蔽材料、磁记录材料等，尤其在医疗行业应用较广。

纳米磁性塑料在进行注射、模压等成型工艺时要在料中配入润滑剂等改性材料，用其改善流动性及降低物料对料筒、螺杆、模具的磨损。添加增塑剂可防止磁粉含量增高，使物料变脆，改善力学性能，提高韧性及弯曲强，降低成型压力。由于NdFeB类磁粉在潮湿环境中极易吸湿生锈，尤其对PA类复合材料更应注意加入阻湿剂，以降低吸湿性、防锈，并改善加工性，降低结晶度，提高粘结性、韧性和冲击强度等。

目前，各向同性压缩成型的永磁体中磁粉填充量为78%（体积分数），磁能积可达96kJ/m³（12MGs·Oe）。用注射及模压时，制品不能太长，否则不易脱模。一般制品厚度为0.9～1.0mm，长度为20～30mm，但Seiko Epson公司开发的PA12粘结磁体可制成厚度为0.5mm，任意长度的制品。注射成型时，其料筒温度为260℃，模具温度为60～80℃，注射压力为60～70MPa，螺杆转速为20r/min，成型周期为20s。螺杆不带止回环，采用加工PVC制品的螺杆，长径比为14～16，压缩比为1.5～2.0，硬度比普通螺杆高1.5倍，喷嘴为直通式结构。