聚乙二醇增塑劑對(duì)尼龍注塑NdFeB磁粉分散性改善研究

【摘要】采用聚乙二醇作為增塑劑制備尼龍注塑NdFeB磁體，詳細(xì)考察了此種改性工藝中的材料共混分散性，制備了質(zhì)量比為1%、2%和3%的高分子量聚乙二醇（下文用代號(hào)PEG）摻雜改性的注塑磁體，并使用電子顯微鏡SEM和DSC分析對(duì)材料進(jìn)行了表征.結(jié)果顯示，聚乙二醇的加入有效地改善了磁粉的分散性，但添加過量聚乙二醇本身與尼龍存在相分離問題。

【關(guān)鍵詞】注塑磁體；增塑劑；分散性

前言

釹鐵硼注塑粘結(jié)磁體是由多種樹脂與磁性粉末組成的共混物，可以通過高分子材料通用的注塑成型進(jìn)行復(fù)雜外形產(chǎn)品的加工。產(chǎn)品的物理和磁學(xué)性能取決于原材料的選用。目前已廣泛地用于汽車、電子、航空、機(jī)械等多種工業(yè)領(lǐng)域中，具有巨大的應(yīng)用前景和市場(chǎng)空間，而關(guān)于注塑磁體的材料和工藝的改良研究，也是近來磁性材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

在注塑NdFeB粘結(jié)磁體中，尼龍粘接劑基體和磁粉的相容性和分散度，直接決定了磁體的工藝質(zhì)量、機(jī)械性能、磁性能等重要指標(biāo)，如果相容性不好，磁粉與尼龍分散度不高，磁粉自身就會(huì)團(tuán)聚結(jié)塊，不能被粘結(jié)劑有效共混粘結(jié)。因此，在注塑磁體成型工藝中，添加適量的分散劑、偶聯(lián)劑和增塑劑等組分對(duì)材料進(jìn)行改性，已成為常規(guī)生產(chǎn)工藝的一部分。

一、實(shí)驗(yàn)

1.1 原料及預(yù)處理

PEG12000分別于80℃和30℃烘箱中進(jìn)行12h烘干處理，尼龍6，6選用杜邦公司Zytel 101L牌號(hào)標(biāo)準(zhǔn)品，釹鐵硼磁粉采購(gòu)于江門市宇宏科技有限公司，牌號(hào) YMM-A（13-15），密度7.6（g/cm3），顆粒分布40-360目，由高溫退磁爐處理，確保消磁。

1.2 樣品制備

按照PEG：尼龍：釹鐵硼磁粉質(zhì)量比=1：19：80；2：18：80；3：17：80配比進(jìn)行充分混料。加入適量分散劑和偶聯(lián)劑，注塑溫度設(shè)定為：280℃，采用常規(guī)注塑工藝。注塑壓力140Bar（巴），終產(chǎn)品成型為磁性能測(cè)試的圓柱形試樣，尺寸為直徑2.5cm×高度5cm。

1.3 表征

采用Nova NanoSEM 450電子顯微鏡（SEM）觀察（樣品測(cè)試前必須再次經(jīng)過退磁儀處理，以免損傷SEM儀器）。采用中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院的永磁磁性測(cè)試設(shè)備NIM-2000HF的國(guó)標(biāo)GB/T3217-1992磁性能檢測(cè)采用TA Instruments公司的Q2000差式掃描量熱儀（DSC）分析。由于PEG的相變溫度較低，因此DSC采用了一次升溫表征，沒有進(jìn)行循環(huán)升降溫或消除熱歷史。

二、結(jié)果與討論

2.1 電子顯微鏡觀測(cè)

圖1（如圖所示）的添加1%聚乙二醇的樣品中，可以觀測(cè)到明顯的磁粉團(tuán)聚和結(jié)塊，但是尼龍本身的均勻性并未顯著受到PEG的影響。再者是添加2%聚乙二醇的樣品中，10μm尺度上的磁粉團(tuán)聚已經(jīng)明顯減少。但是同時(shí)，材料表面可以見到清晰地凹陷和孔洞，這是由于加工過程中PEG成分與尼龍相分離后，由于自身的低熔點(diǎn)和低閃點(diǎn)，在高溫下溶解降解，從而在材料表面上形成缺陷。再添加3%聚乙二醇的樣品中，這種相分離造成的表面缺陷更加明顯和密集。密布的孔洞說明相分離的程度更加嚴(yán)重，同時(shí)，磁粉團(tuán)聚也比較少，僅能在部分區(qū)域觀測(cè)到白色團(tuán)聚形態(tài)，說明高組分PEG可以有效地分散釹鐵硼磁粉。

2.2 DSC熱分析表征

在高分子共混體系中，共混物的分散均勻性與其熱力學(xué)性能直接相關(guān)，均勻性越好，材料的熱力學(xué)行為越單一。為檢驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)所得材料的分散均勻性，我們采用了DSC表征以觀測(cè)其熱力學(xué)行為。注意，在本實(shí)驗(yàn)中由于樣品中磁粉含量占80%，因?yàn)镈SC表征所得熱流值應(yīng)手動(dòng)扣除釹鐵硼磁粉的熱流值。

1）可在40～-50℃的范圍內(nèi)見到清晰的尼龍的玻璃化轉(zhuǎn)變，而PEG組分沒有明顯的熱效應(yīng)，說明PEG有效、充分地分散到了尼龍基體中，而在充分均勻的高分子混合物中，某單一組分是不會(huì)出現(xiàn)獨(dú)立的熱力學(xué)相變的。2）再者是，40～50℃的范圍內(nèi)出現(xiàn)了一個(gè)較明顯的熔融峰，這是由于PEG組分含量過高，部分PEG團(tuán)聚并達(dá)到熔點(diǎn)，進(jìn)而熔融導(dǎo)致的放熱。這一熔融峰即說明了PEG與尼龍組分的相分離，同時(shí)，由于PEG熔融峰的存在，也使得在同一溫度范圍內(nèi)，尼龍的玻璃化轉(zhuǎn)變難以觀測(cè)到。3）熔融峰變得更加明顯，說明有更多的PEG產(chǎn)生了相分離，這明顯與PEG摻入含量的增加呈有關(guān)。

另外，在170℃左右的高溫區(qū)域，出現(xiàn)較為復(fù)雜的熱力學(xué)行為，這是由于PEG的閃點(diǎn)在170℃左右，此溫度下部分PEG有可能燃燒，進(jìn)而引燃還沒有到達(dá)熔點(diǎn)的尼龍，以及尼龍?jiān)诠不煳飾l件下，自身的熔點(diǎn)（210℃左右）也有所降低，因此在170～190℃間出現(xiàn)的多峰復(fù)雜行為，是由于PEG閃點(diǎn)、尼龍引燃、尼龍熔融等多因素綜合而成。這類行為雖然難以定量分析，但也可以定性證明PEG與尼龍相分離的存在。

2.3 磁性能測(cè)試

表1是不添加PEG和添加不同組分PEG的試樣的磁性能測(cè)試結(jié)果。結(jié)果顯示，PEG組分的添加在改善工藝性、力學(xué)性能的同時(shí)，不對(duì)材料的磁性能有負(fù)面作用。但是除了磁感應(yīng)強(qiáng)度B（T）有一定程度的改善之外，PEG組分對(duì)其他磁性能沒有顯著效果，測(cè)試結(jié)果的差別也在正常的波動(dòng)范圍內(nèi)，另外，PEG組分的含量對(duì)磁性能的影響，也沒有顯著的差異。

表1 添加不同組分PEG試樣的GB/T3217-1992磁性能測(cè)試結(jié)果

測(cè)量參數(shù) 原始試樣 PEG 1% PEG 2% PEG 3%

B（T） 0.567 0.612 0.654 0.658

HcB（kA/m） 296 293 291 302

HcJ（kA/m） 441 461 449 454

（BH）m（kJ/m3） 44.0 47.0 47.0 44.0

三、結(jié)束語(yǔ)

高分子量聚乙二醇的加入可顯著改善注塑磁體中釹鐵硼磁粉的分散性，磁粉的微觀團(tuán)聚和結(jié)塊明顯減少，相應(yīng)地材料磁性能的均勻性也會(huì)得到改善，同時(shí)對(duì)材料的磁性能沒有較大影響。但是另一方面，過高含量的聚乙二醇（3%）本身與尼龍有一定程度的相分離問題，SEM表征和DSC熱分析結(jié)果都證實(shí)了這一點(diǎn)，相分離將影響到材料本身的機(jī)械性能和均勻性，因此根據(jù)本研究的結(jié)果，高分子量PEG改性尼龍質(zhì)量比應(yīng)該在2%到3%之間。

參考文獻(xiàn)

[1]黃麗，鄭旖旎，李效玉等.磁性樹脂基復(fù)合材料的研究進(jìn)展高分子通報(bào)，2005（6）

[2]熊谷猛基，松本裕.釹系粘結(jié)磁體的注射成形[J].電氣制鋼（日本），1998，（04）：261-267.

作者簡(jiǎn)介

劉淑英（1972），女，山東濰坊人，工程師，主要從事注塑釹鐵硼磁性材料的研究。