处理剂及其处理工艺对粘结磁体功用的影响

１导言粘结磁体是把具有必定永磁功用的永磁资料粉末与粘结剂和其他添加剂按必定份额均匀混合,然后用紧缩、挤出或打针成型等办法制成的各种复合永磁资料。硅烷处理剂所用粘结剂资料主要有２类:聚合物(如橡胶、热塑性或热固性树脂)和低熔点金属(如Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｌ及其合金等)［１］。树脂粘结磁体尽管其磁功用低于烧结型磁体,但具有尺度精度高、易二次加工、耐性好、易批量出产、价格便宜、重量轻等长处,在电器、外表、微型电机等范畴被广泛运用［２］。在制备粘结磁体时,若将磁粉直接与树脂粘结剂混合，二者结合并不抱负［３］。为了进步填料与树脂间的亲和性，一种较有用的办法是选用具有两性结构的处理剂，运用其分子中不同的基团别离与磁粉和树脂紧密结合，然后使磁粉／树脂复合系统的功用得以进步。本文运用钛酸酯和硅烷两种处理剂对磁粉／环氧树脂复合系统进行处理，研讨了处理剂品种、用量及处理工艺对粘结磁体磁功用和力学功用的影响。

２试验办法选取钛酸酯(单烷氧基钛酸酯处理剂)和硅烷(ＫＨ-５６０)２种处理剂,硅烷处理剂KH-560为南京辰工有机硅资料有限公司。按图１所示的工艺制备出粘结磁体样品。磁粉为北京矿冶研讨总院出产的ＢＭＸＦ-２型磁粉,用Ｅ-４４环氧树脂作为粘结剂,用量为３%(质量分数)，压力均为８００ＭＰａ。用ＣＬ６-１型磁特性丈量仪丈量磁功用,在资料全能试验机上测验磁体的抗压强度。

３试验成果及评论

３．１处理剂的运用办法为了进步处理剂的偶联作用,应该运用恰当的溶剂进行湿混。本试验运用１%(质量分数)钛酸酯处理剂对磁粉进行偶联处理后,选用３%Ｅ-２０(质量分数)环氧树脂做粘结剂,在８００ＭＰａ压力下成型,然后丈量其磁功用。图２给出了运用不同溶剂时,对磁体最大磁能积的影响。由图２能够看出,用干混办法处理的磁粉制备的粘结磁体其最大磁能积最低,用有机溶剂湿混的作用按丙酮、乙醇、二甲苯依次进步。钛酸酯处理剂在室温下呈蜡状粉体,若用干混的办法处理磁粉,因为处理剂的运用量较少,处理剂不易涣散,不能均匀地包裹在磁粉外表,而趋于会集在局部的团块中,起不到处理剂应有的作用。运用不同的溶剂得到不同的磁体功用,这与处理剂在溶剂中的溶解度有关。钛酸酯在３种溶剂中的溶解度由大到小依次是二甲苯＞乙醇＞丙酮。溶解度越大,处理剂涣散性越好,处理磁粉外表时能够确保处理剂分子与磁粉充沛触摸,有利于磁粉外表改性,促进磁粉和粘结剂的结合,改进粘结剂在磁粉外表的包覆作用,然后磁体功用也随之进步。

３．２处理剂类型对磁体磁功用的影响将适量的磁粉别离用１%，２%,３%(质量分数)的硅烷和钛酸酯进行偶联处理(用二甲苯作处理剂溶剂),烘干后参加３%(质量分数)环氧树脂Ｅ-４４和聚酰胺的混合溶液充沛搅拌,在枯燥箱中烘干造粒。将通过处理的磁粉放入模具中以８００ＭＰａ的压力约束成型,放入枯燥箱,在１００℃下进行固化处理。测定其密度、磁功用和抗压强度。测验成果如表１所示,其间,１#、２#、３#别离运用１%、２%、３%硅烷处理剂,４#、５#、６#别离运用１%、２%、３%钛酸酯处理剂。由表１能够看出,当硅烷和钛酸酯的运用量相一起,运用钛酸酯作为处理剂的磁体密度较大,剩磁、矫顽力、内禀矫顽力、最大磁能积较高。硅烷和钛酸酯的运用量相同,所制备磁体的功用却不同,这主要是因为硅烷和钛酸酯的分子结构不同所构成的。钛酸酯处理剂的分子结构如图３所示,硅烷处理剂的分子结构如图４所示［４］。磁粉外表因为吸附了空气中的微量水分及气体而存在羟基,如图５所示。钛酸酯处理剂分子结构中的异丙氧基团是能和磁粉偶联的水解基团。钛酸酯的异丙氧基团与磁粉外表羟基发作水解反响,在磁粉外表构成有机活性单分子吸附层,如图６所示。硅烷处理剂的分子结构中的３个烷氧基既能够和磁粉外表的羟基发作水解反响,又能够和硅烷处理剂本身分子中的烷氧基发作缩合反响,成果在磁粉外表构成多分子层,如图７所示。

磁粉外表的单分子层结构能够获得杰出的涣散性、润湿性和偶联功率,然后可改动磁粉外部的外表能,进步磁粉的流动性,进步其在树脂中的涣散才能。而磁粉外表的多分子层结构不利于磁粉的涣散,磁粉的流动性较差。硅烷处理剂所以运用钛酸酯处理剂处理的磁粉所制备的粘结磁体获得了比运用硅烷处理剂处理的磁粉所制备的粘结磁体更高的密度和磁功用。别的,比较图６和图７,能够看出经钛酸酯处理过的磁粉外表朝向粘结剂一端是多枝的Ｔｉ结构;用硅烷处理过的磁粉外表朝向粘结剂一端是直链形Ｓｉ结构。因为替代基的数量、体积、位置对聚合物的反响性和结合性有很大影响,构成多分支的结构空间位阻大,而单枝的结构空间位阻小［５］。其成果是用钛酸酯处理过的具有多分支结构的磁粉在与粘结剂混合时,因为空间位阻大,磁粉与磁粉之间能被有用分隔;而用硅烷处理过的具有单支结构的磁粉在与粘结剂混合时,因为空间位阻小,有少量磁粉不能充沛地被分隔,这些磁粉一直聚会在一起,然后不能到达使每个磁粉被粘结剂均匀包覆的作用。因而,用钛酸酯处理的磁粉在有机粘结剂中的涣散作用比用硅烷处理过的要好。因为２种处理剂的涣散作用不同,经钛酸酯处理的磁粉外表粘结剂涂覆均匀,在约束过程中润滑作用好,磁粉之间摩擦力小,流动性大,易于充填空隙,受外力破坏程度小,晶体畸变较小,填充密度相对高,所制备磁体的剩磁及矫顽力较用硅烷作处理剂的磁体高。

３．３处理剂类型对磁体力学功用的影响本试验不只给出了处理剂对磁体磁功用的影响,还给出了其对磁体力学功用的影响(见表１)。不同处理剂处理的磁体抗压强度不同,经硅烷处理剂处理的磁体的抗压强度比用钛酸酯处理剂处理的磁体的抗压强度高。磁体力学功用的不同,主要是因为不同处理剂的分子结构不同所构成的。钛酸酯处理剂的通式为(ＲＯ)ＭＴｉ—（ＯＸ—Ｒ′—Ｙ）Ｎ，式中Ｒ和Ｒ′别离代表短碳链基烷烃和长碳链基烷烃,Ｘ代表Ｃ、Ｎ、Ｐ、Ｓ等元素,Ｙ代表羟基、氨基和环氧基等双键基团［４］。由通式能够看出,钛酸酯分子可划分为６个功用区,每个功用区在偶联机理中发挥各自的作用。功用区１［(ＲＯ)Ｍ］可与磁粉外表的羟基反响,构成处理剂单分子层,然后起偶联作用;功用区２(Ｔｉ—Ｏ)能够发作不同类型的酯基转化反响,与环氧树脂中的羟基发作酯化交联反响;功用区３(Ｘ)是与Ｔｉ原子衔接的原子团,可为各种功用基团;功用区４(Ｒ′)是钛酸酯分子中的长碳链部分,与聚合物分子起缠结混溶作用;功用区５(Ｙ)钛酸酯进行交联固化的基团;功用区６(Ｎ)对错水解基团数。硅烷系处理剂的通式为Ｒ-ＳｉＸ３,其间Ｒ是与聚合物分子有亲和力或反响才能的活性官能团,Ｘ为可水解烷氧基团,与水溶液、空气中的水分及无机物外表吸附的水分均可引起分化而构成Ｓｉ-ＯＨ基,与无机物外表有较好的反响性。它的３个烷氧基既能够和磁粉外表的羟基发作水解反响,又能够和硅烷处理剂本身分子中的烷氧基发作缩合反响,成果在磁粉外表构成多分子吸附层,如图７所示。磁粉外表经处理剂处理后，在与粘结剂触摸时，处理剂分子中的疏水性基团将与粘结剂分子发作物理相容或化学交联。如前所述，磁粉经２种处理剂预处理后向着粘结剂一端的结构是不同的，运用钛酸酯偶联后的分枝结构影响到磁粉外表与粘结剂分子的物理相容作用;而运用硅烷偶联后附着在磁粉外表的直链形结构可直接插入粘结剂网格中，物理结合强，而且硅烷处理剂上的疏水基团Ｒ还能与粘结剂的活性有机基团发作化学反响，构成结实的化学键，因而用硅烷处理过的磁体的强度要高于用钛酸酯处理过的磁体强度。

４定论(１)运用钛酸酯处理剂处理的磁粉所制备的粘结磁体的磁学功用比运用硅烷处理剂处理的磁粉制备磁体的磁学功用好。(２)运用硅烷处理剂处理的磁粉所制备的粘结磁体的力学功用比运用钛酸酯处理的磁粉制备粘结磁体的力学功用好。(３)当钛酸酯处理剂的运用量为１%(质量分数),并用二甲苯作为溶剂时,磁体获得了杰出的归纳功用。