Способ изготовления полимерных магнитов

 

Использование: в электро-радиоэлектронике, приборостроении, медицине, авиации, автомобилестроении, бытовой технике и т.п. Сущность изобретения: порошкообразный магнитный наполнитель смешивают с низковязким несшитым полимерным связующим и отвердителем под вакуумом, затем ведут формование путем разлива перемешанной массы в пресс-формы под избыточным давлением и полимеризуют ее при 60 - 120^oС. 6 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к магнитным материалам, в частности к способу изготовления полимерных магнитов, предназначенных для использования в электро-радиотехнике, приборостроении, медицине, авиации, автомобилестроении, бытовой технике и т.п.

Известен способ изготовления полимерных магнитов смешением магнитного порошка с резиновой основой на вальцах, при этом магниты получают в виде шнуров, длинных полос, листов (1, 2). Оптимальное содержание твердой фазы в таких магнитах 90-92 мас. (около 65% объемных долей). Увеличение содержания магнитного порошка приводит к ухудшению физико-механических характеристик магнита. В готовых магнитах не удается избежать пористости, которая даже в пределах 3-5% снижает магнитные свойства (энергию и индуктивность) на 10-20% В результате этого получаемые магниты имеют невысокие характеристики (Вr около 0,145 Тл, Н_с 30-40 кА/м) и ограниченную область применения, в основном в бытовой технике.

Известен способ изготовления полимерных магнитов прессованием (1). Порошок магнитного материала смешивают с фенольной смолой, прессуют при давлении 500 МПа и несколько часов выдерживают при 120-180^оС. Этим способом удается обеспечить высокое объемное содержание наполнителя (более 70%), однако не удается полностью исключить образование в магните воздушных включений и пор. Как и в первом случае (изготовление на вальцах), этому способу присущ очень важный недостаток: невозможность получения магнитов сложной формы без дополнительной механической обработки.

Известен способ изготовления полимерных магнитов на основе бутадиеннитрильного каучука экструзией. Для обеспечения требуемых технологических свойств состава полимерного магнита при содержании магнитного наполнителя более 65% по объему в каучук вводят вспомогательные вещества соли алкиламинов с алкиламинополиуксусной кислотой. Без дополнительных операций (прессования, штамповки, резки) этот способ позволяет получать эластичные полимерные магниты простейших форм (шнуры, ленты) ограниченной номенклатуры. Способ не дает возможности эффективно использовать анизотропию магнитных наполнителей путем текстурирования постоянным магнитным полем.

Известен способ изготовления синтетических полимерных композитов с магнитными наполнителями, включающий получение низковязкой композиции на основе термореактивных полиэфиров или термопластичных акрилонитрилбутадиенстирольных полимеров и 80% объемных порошкообразного магнитного материала с размерами частиц менее 20 мкм, обработку композиции в магнитном поле до распределения магнитного материала в полимере и перевод полимера в твердое состояние (прототип).

Недостатками способа являются высокая дисперсность наполнителя (20 мкм) при большом объемном содержании его в композиции(80%) не дает возможности обеспечения удовлетворительных реологических характеристик композита, для переработки требуется оборудование, создающее высокие нагрузки на перерабатываемую массу композита (вальцы пресса, экструдеры и т.п.); не исключается вероятность образования пористости в готовых магнитах; обработка композиции в постоянном магнитном поле до распределения магнитного материала в полимере не позволяет полностью использовать анизотропию магнитных свойств наполнителя для увеличения магнитных характеристик магнита.

К общим недостаткам всех вышеприведенных способов следует отнести использование нефракционных магнитных порошков и отсутствием способа регулирования магнитных свойств композита.

Целью изобретения является повышение магнитных физико-механических и эксплуатационных характеристик полимерных магнитов, обеспечение возможности получения магнитов любой сложной формы и габаритов, в том числе и с закладными элементами, обеспечение возможности регулирования магнитных свойств композита в широких пределах.

Цель достигается тем, что в способе изготовления полимерных магнитов, включающем смешение порошкообразного магнитного наполнителя с низковязким несшитым полимерным связующим и отвердителем, формование, полимеризацию, смешение ведут под вакуумом, а формование ведут путем разлива перемешанной массы в пресс-формы под избыточным давлением, полимеризуют ее при 60-120^оС. В качестве порошкообразного магнитного наполнителя используют смесь нескольких, не менее 2-х фракций магнитного порошка, различающихся друг от друга по дисперсности частиц не менее чем в 5 раз. В качестве наполнителя используют магнитный порошок из предварительно текстурированного магнитного материала, например дробленой текстурированной заготовки. В качестве магнитного наполнителя используют смесь магнитных порошков, различающихся по элементарному составу и магнитным свойствам. Кроме того, перемешанную массу, заполненную в пресс-формы, перед полимеризацией предварительно подвергают воздействию ультразвуковых колебаний частотой 20-45 кГц в течение не менее 30 с. Массу, заполненную пресс-формы, перед полимеризацией подвергают воздействию переменного магнитного поля частотой 5-60 Гц. Полимеризацию массы в пресс-формах осуществляют в постоянном магнитном поле с индукцией не ниже 1 Тл.

Способ реализуют следующим образом.

Полимерное связующее, синтетический дивинильный каучук, пластифицированный трансформаторным маслом, загружают в вакуумный обогреваемый смеситель, включают обогрев (до 80^оС) и при постоянном перемешивании постепенно загружают порошок сплава неодим-железо-бор, создают в смесителе вакуум (0,6-3 кПа) и продолжают перемешивание в течение 20-30 мин, затем снимают вакуум и загружают отвердитель (напримеp, хиноловый эфир), снова вакуумируют и продолжают перемешивание 30-45 мин. После завершения перемешивания массу разливают в пресс-формы (изложницы), которые в зависимости от конфигурации могут быть также под вакуумом. Заполненные пресс-формы устанавливают на полимеризацию при 80-120^оС, проводят отверждение в магнитном поле не ниже 1 Тл в течение 2-24 ч в зависимости от температуры, затем охлаждают, после чего из них извлекают готовые магниты. Форма и размеры магнитов определяются конструкцией пресс-формы.

В качестве магнитного наполнителя можно использовать узкие фракции магнитного порошка, смесь которых в определенных соотношениях обеспечивает плотную упаковку наполнителя в полимере и улучшает литьевые свойства композита. Фракции (не менее 2-х) должны по дисперсности отличаться друг от друга не менее, чем в 5 раз. Например, в трехфракционной смеси 250-300 мкм, 25-50 мкм и 2-5 мкм фракции входят в смесь в соотношениях 60-70, 20-25 и 5-10% соответственно. Оптимальной является сферическая форма частиц фракций.

Магнитные свойства наполнителя, обладающего магнитной анизотропией в полимерном магните, могут быть максимально реализованы при использовании частиц наполнителя с размерами, близкими к величине доменов (0,01-0,001 мкм), а неотвержденные магниты подвергнуты текстурированию постоянным магнитным полем. Однако изготовить такие магниты методом свободного литья невозможно из-за высокой вязкости массы.

Порошки наполнителя изготавливают дроблением текстурированных заготовок, в том числе магнитов, забракованных по монолитности. Полученная более крупная величина частиц магнитного наполнителя используется для изготовления полимерных магнитов.

Наличие прослойки полимера между частицами магнитного наполнителя и отсутствие между ними прямого контакта позволяет использовать для получения требуемых свойств магнита смесь разнородных наполнителей, отличающихся как по магнитным свойствам, так и по химической природе. Магнитные свойства полимерного магнита на основе феррита стронция были повышены путем замены части порошка феррита стронция на порошок сплава неодим-железо-бор. При объемном содержании феррита стронция в полимере 75% обеспечена остаточная индукция 0,26 Тл. Замена в наполнителе 23 мас. феррита стронция на порошок сплава неодим-железо-бор позволила получить остаточную индукцию полимерного магнита на уровне 0,35 Тл. Равноценный по магнитным характеристикам магнит на чистом сплаве неодим-железо-бор будет в несколько раз дороже.

Заявляемый способ может также включать воздействие ультразвуковой частотой 22 кГц на неотвержденную полимер-магнитную композицию. В результате увеличивается подвижность частиц наполнителя и повышается текучесть композиции при заполнении пресс-форм. Одновременное воздействие на заполненную пресс-форму ультразвука и постоянного магнитного поля повышает эффект текстурирования.

Воздействие низкочастотного переменного магнитного поля величиной 50 Гц в течение 5 мин на заполненную пресс-форму перед полимеризацией приводит к колебательным и вращательным перемещениям частиц магнитного наполнителя в полимере, что равнозначно дополнительному перемешиванию композита на микроуровне, и повышает качество получаемых магнитов по монолитности.

В полимеризационной камере, в которую помещаются пресс-формы на отверждение полимерных магнитов, две противолежащие стенки выполнены из постоянных магнитов. В результате этого доменная структура полимерного магнита при полимеризации получает направленную ориентацию, что на 30-40% повышает остаточную индуктивность полимерного магнита.

В результате использования совокупности предложенных технологических приемов удается получить полимерные магниты с остаточной индуктивностью в пределах 0,12-0,75 Тл, коэрцитивной силой в пределах 200-600 кА/м. Форма и размеры магнита определяются конструкцией разборной пресс-формы. Магниты могут содержать как одно целое закладные, крепежные и другие детали.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАГНИТОВ, включающий смешение порошкообразного магнитного наполнителя с низковязким полимерным связующим и отвердителем, формование и полимеризацию, отличающийся тем, что смешение ведут под вакуумом, формование ведут путем разлива перемешанной массы в пресс-формы под давлением, а полимеризацию осуществляют при 60 - 120^oС.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве порошкообразного магнитного наполнителя, используют смесь не менее двух фракций магнитного порошка, различающийся одна от другой по дисперсности частиц не менее чем в 5 раз.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют магнитный порошок из предварительно текстурированного магнитного материала, например дробленой текстурированной заготовки.

4. Способ по пп. 1 - 3, отличающийся тем, что в качестве наполнителя используют смесь магнитных порошков, различающихся по элементарному составу и магнитным свойствам.

5. Способ по пп.1 - 4, отличающийся тем, что перед полимеризацией перемешанную массу в пресс-формах подвергают воздействию ультразвуковых колебаний частотой 20 - 45 кГц в течение не менее 30 с.

6. Способ по пп.1 - 5, отличающийся тем, что перед полимеризацией перемешанную массу в пресс-формах подвергают воздействию переменного магнитного поля частотой 5 - 60 Гц.

7. Способ по пп. 1 - 6, отличающийся тем, что полимеризацию осуществляют в постоянном магнитном поле с индукцией не ниже 1 Тл.