Высококоэрцитивная металлополимерная композиция и способ ее получения


 


Владельцы патента RU 2425733:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ивановская государственная текстильная академия" (ИГТА) (RU)

Изобретение относится к получению высококоэрцитивных металлополимерных композиций для изготовления композитов. Может использоваться в электронике, приборостроении, медицине, электротехнике, бытовой технике. Высококоэрцитивная металлополимерная композиция содержит (в массовых частях): дисперсию акрилатного латекса 95-105, раствор эмульгатора Е-30 (10%-ный) 1,5-2, раствор аммиака (25%-ный) 1,5-2, глицерин 12-15, высококоэрцитивный порошок, например феррит стронция 200-450, акриловый загуститель 6-7. В лопастный смеситель вводят дисперсию акрилатного латекса, затем раствор эмульгатора, раствор аммиака, пасту, состоящую из однородной смеси глицерина и высококоэрцитивного порошка, например феррита стронция, в виде частиц размером от 20 нм до 10 мкм. Перемешивают смесь в течение 7-8 минут вращающимися с угловой скоростью 5÷7 с-1 лопастным валом, нагревают до 50÷60°С, загружают загуститель и перемешивают в течение 10÷15 минут до получения вязкости композиции, равной 25÷30 Па·с-1. Способ позволяет получить высококоэрцитивные компоненты с повышенными значениями магнитных и прочностных свойств при введении этой композиции в волокнистую основу. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к составу и способу получения высококоэрцитивных металлополимерных композиций, используемых для изготовления композитов, которые могут быть применены в электронике, приборостроении, медицине, электротехнике, бытовой технике.

Известен состав высококоэрцитивной композиции (патент РФ №2057379 С1, 6H1/053, H01F 1/113, опубл. 1996), в соответствии с которым металлополимерная композиция состоит из полимерного связующего - синтетического дивинильного каучука, пластифицированного трансформаторным маслом, отвердителя, например хинолового эфира; не менее двух фракций высококоэрцитивного магнитного порошка, например размером 250÷300 мкм, 25÷50 мкм и 2÷5 мкм в соотношении 60÷70%, 20÷25%, 5÷10% соответственно. Оптимальной формой частиц высококоэрцитивного магнитного порошка является сферическая.

Недостаток состава рассмотренной композиции состоит в том, что используемые полимер-синтетический дивинильный каучук, пластифицированный трансформаторным маслом, и отвердитель - хиноловый эфир при смешивании их с высококоэрцитивным магнитным порошком и последующей иммобилизации смеси в волокнистую основу не позволяют обеспечить возникновение физико-химических связей в системе: полимерные связующие - высококоэрцитивный порошок - волокнистая основа.

Известен способ получения магнитной полимерной композиции, используемой для формирования полимерных магнитов (патент РФ №2057379С1, 6Н1/053, H01F 1/113, опубл. 1996), в соответствии с которым полимерное связующее - дивинильный каучук, пластифицированный трансформаторным маслом, загружают в вакуумный обогреватель-смеситель, нагревают до 80°С и в ходе постоянного перемешивания постепенно загружают смесь порошков сплава неодим - железо - бор и феррита стронция, создают в смесителе вакуум 0,6÷3 кПа и продолжают перемешивать смесь в течение 20÷30 минут, увеличивают давление в смесителе до атмосферного и загружают отвердитель, например хиноловый эфир, вновь вакуумируют рабочее пространство смесителя и продолжают перемешивание в течение 30÷45 минут. Для повышения текучести полученной композиции может быть использовано воздействие на композицию ультразвука частотой 20÷45 кГц в течение не менее 30 с.

Недостатками рассмотренного способа получения высококоэрцитивной металлополимерной композиции являются его сложность и высокозатратность. При реализации этого способа необходимо неоднократное создание вакуума, а также использование ультразвукового диспергирования.

Наиболее близкой по составу является магнитная полимерная композиция, состоящая из, масс.%: высококоэрцитивного магнитного порошка - 93÷95,5, касторового масла - 0,1÷0,3, диактилталата или дибутилфталата - 0,5÷1,3, слоистого алюмосиликата - 0,15÷0,3, полипропилена - остальное (патент РФ №2129742 C1, H01F 1/113, опубл. 1999, прототип).

Недостатки состава рассматриваемой композиции следующие: слоистый алюмосиликат и касторовое масло, вводимые в композицию, не обеспечивают возникновение физико-химических взаимодействий в системе: полимерное связующее-высококоэрцитивный порошок-волокнистая основа; формование магнитов из предложенной композиции необходимо осуществлять при температуре свыше 200°С, которая превышает максимальную рабочую температуру как большинства сплавов "неодим -железо - бор", используемых в качестве магнитного порошка, так и температуру стеклования волокнистых материалов.

Наиболее близким способом получения высококоэрцитивной металлополимерной композиции, в соответствии с которым вначале активируют полипропилен в лопастном смесителе при 1000÷1100 оборотов в минуту в течение 20-30 минут; смешивают магнитный порошок с касторовым маслом и даиктилфталатом или дибутилфталатом, а затем с трибоактивированным порошком полипропилена, после чего в полученную смесь вводят алюмосиликат в расплаве полипропилена и все перемешивают (патент РФ №2129742 C1, HO1F 1/113, опубл. 1999 (прототип)). Из данной композиции формируют магниты при температуре 210-220°С, что позволяет обеспечить необходимую ее текучесть и смачивание порошка редкоземельного сплава "неодим - железо - бор" расплавом термопласта.

Недостаток способа состоит в том, что при температуре свыше 200°С повышается не только текучесть смеси, но и активируется процесс седиментации магнитных порошков, плотность которых превышает плотность используемого полипропилена примерно в восемь раз. Процесс седиментации обуславливает неоднородность композиции, а в последующем - и свойств полимерных магнитов.

Технический результат, обусловленный данным изобретением, состоит в обеспечении однородности и возникновения физико-химических взаимодействий между компонентами высококоэрцитивной металлополимерной композиции, а также повышении магнитных и прочностных свойств композитов, получаемых из этой композиции с использованием волокнистой основы.

Указанный технический результат достигается тем, что высококоэрцитивная металлополимерная композиция, содержащая высококоэрцитивный порошок и полимерные компоненты, согласно изобретению, дополнительно содержит дисперсию акрилатного латекса, раствор эмульгатора Е-30 (10%-ный), раствор аммиака (25%-ный), глицерин, высококоэрцитивный порошок, акриловый загуститель, массовые части:

- дисперсию акрилатного латекса
(60% дистиллированной воды,
36,7% бутилакрилата,
1,5% акрйлонитрила,
1,8% метакриловой кислоты) 95÷105 частей;
- раствор эмульгатора Е-30(10%-ный) 1,5÷2 части;
- раствор аммиака (25%-ный) 1,5÷2 части;
- глицерин 12÷15 частей;
- высококоэрцитивный порошок,
например феррит стронция 200÷450 частей;
- акриловый загуститель 6÷7 частей

В способе получения высококоэрцитивной полимерной композиции, заключающемся в подготовке высококоэрцитивного порошка перед смешиванием с полимерными компонентами, смешивании компонентов лопастным смесителем, согласно изобретению, вначале в лопастный смеситель вводят водную дисперсию акрилатного латекса, затем раствор эмульгатора, раствор аммиака, пасту, состоящую из однородной смеси глицерина и высококоэрцитивного порошка, например феррита стронция в виде частиц размером от 20 нм до 10 мкм, которые по размерам распределены в соответствии с нормальным законом распределения, после чего перемешивают смесь в течение 7÷8 минут вращающимся с угловой скоростью 5÷7 с-1 лопастным валом, затем смесь нагревают до 50°÷60° С, загружают загуститель и вновь смесь перемешивают в течение 10÷15 минут до получения вязкости композиции, равной 25÷30 Па·с-1.

Используемые в композиции компоненты были изготовлены в промышленных условиях: дисперсия акрилатного латекса, ТУ №221636-002-00210234-97, аммиак NH4Cl, ГОСТ 376079, глицерин С3Н8О3, ГОСТ 6259 -78, эмульгатор Е30, ТУ №38103578-85, загуститель, ТУ №221636-002-00210234-97, порошок феррита стронция, ТУ №2663-003-00186743-97.

Использованные компоненты композиции в их качественном и количественном соотношениях, а также способ приготовления из них указанной выше композиции обеспечивают достижение технического результата: возникновение физико-химических взаимодействий между компонентами высококоэрцитивной полимерной композиции и получение высококоэрцитивных композитов с повышенными значениями магнитных и прочностных свойств при введении этой композиции в волокнистую основу.

Использование водной дисперсии акрилатного латекса обусловлено тем, что данный латекс позволяет обеспечить прочное и в то же время эластичное сопряжение как с металлическим порошком, так и с волокнистой основой, содержащей как натуральные, так и химические волокна - это с одной стороны, а с другой - водные дисперсии акриловых латексов и технологичны, и, что очень важно, экологичны. Для достижения повышенных магнитных и прочностных свойств композитов необходимо введение в композицию большого количества порошка высококоэрцитивного материала - феррита стронция, т.е. получение высоконаполненной композиции (Еркова Л.Н., Чечик О.С.Латексы. Л.: Химия, - 1983; Липатов Ю.С.Физическая химия наполненных полимеров. М.: Химия, - 1997, - 304 с.).

В латексных высоконаполненных композициях могут происходить такие негативные явления, как: изменение их химико-коллоидных свойств, коагуляция полимерных частиц, рост вязкости смеси, уменьшение текучести. В предлагаемой композиции концентрация наполнителя в виде порошка феррита стронция примерно в 10 раз выше по сравнению с полимером, то есть она является высоконаполненной. Это обусловило использование различных добавок, позволяющих стабилизировать композицию, обеспечить ее текучесть и смачиваемость. Адгезионные характеристики композиции повышали путем введения в латексную композицию метакриловой кислоты, стабилизацию композиции обеспечивали введением растворов эмульгатора Е-30 и аммиака. Для обеспечения однородности распределения в композиции порошка феррита стронция его предварительно смешивали с глицерином, получая однородную смесь, введение которой в композицию не сопровождается резким снижением ее вязкости. Гидрофильность глицерина, его пластифицирующее действие обеспечивают однородность распределения частиц феррита стронция в полимере. Высококоэрцитивный материал, например феррит стронция, измельчают таким образом, чтобы его частицы имели размер от 20 нм до 10 мкм для того, чтобы в наиболее полной мере заполнить поры между микрофибриллами и межфибриллярные поры внутри волокон, а также межволоконные поры, размеры которых находятся в пределах от 1 нм до 100 мкм. Распределение пор по размерам, как это следует из данных по тепломассопереносу в волокнистых материалах, соответствует нормальному распределению. Вводить в поры волокнистого материала частицы высококоэрцитивного сплава размером менее 20 нм не имеет смысла, т.к. эти частицы находятся в блокированном или суперпарамагнитном состоянии, и их коэрцитивная сила близка к нулю. Частицы размером более 10 мкм многодоменны - это, во-первых, а во-вторых - возникновение у них прочных связей с матрицей маловероятно. Изменение размеров частиц высококоэрцитивного материала от 20 нм до 10 мкм позволяет обеспечить плотную упаковку их в порах волокнистого материала. Введение загустителя на завершающем этапе получения высококоэрцитивной композиции позволяет повысить вязкость полученной однородной композиции до 25÷30 Па·с-1 и предотвратить седиментацию частиц феррита стронция, плотность которых в несколько раз выше плотности других компонентов, входящих в состав композиции. Полученная таким образом композиция в течение месяца остается однородной, обладает необходимыми технологическими свойствами для получения высококоэрцитивного композита на волокнистой основе, она может быть использована в течение этого срока для получения высококоэрцитивного композита на волокнистой основе.

Для экспериментального сравнения предлагаемой высококоэрцитивной полимерной композиции с композицией, полученной в соответствии с прототипом, была изготовлена композиция следующим образом. Подготовлены компоненты: дисперсия акрилатного латекса в количестве 300 г, составляющих 100 частей, 5 г раствора эмульгатора Е-30 (10%-ный), 5,4 г (1,8 частей) 10%-ного водного раствора аммиака, 42 г (14 частей) глицерина, 1050 г (350 частей) порошка феррита стронция, измельченного таким образом, чтобы размеры его частиц были в пределах от 20 нм до 10 мкм и распределены по размерам в соответствии с законом нормального распределения, акриловый загуститель 19,5 г (6,5 частей). Вначале в лопастном смесителе была получена паста, представляющая собой однородную смесь порошка феррита стронция - 350 частей с глицерином - 14 частей. Затем в другой лопастный смеситель загружены смешиваемые компоненты в последовательности: водная дисперсия акрилатного латекса, раствор эмульгатора Е30, раствор аммиака, паста, представляющая смесь порошка феррита стронция с глицерином. Указанные компоненты смешивали в течение 7,5 минут лопастным смесителем при угловой скорости вращения лопастного вала 6,5 с-1. Затем смесь в смесителе нагрели до 55° С и загрузили в смеситель загуститель. После этого смесь вновь перемешивали в течение 12,5 минут. Вязкость полученной смеси составила 26,85 Па·с-1.

Результаты испытания полученной высококоэрцитивной композиции в соответствии с предлагаемым изобретением и прототипом, а также высококоэрцитивного композита на волокнистой основе с использованием разработанной композиции приведены в таблице. Характеристики материала композиции определяли на лентах толщиной 0,25 мм; адгезию материала композиции оценивали величиной силы, необходимой для отделения пленки, нанесенной на хлопчатобумажную ткань. Для оценки влияния композиции на свойства получаемого композита были определены характеристики используемой в качестве основы хлопчатобумажной ткани. Образцы в виде ленты из магнитных композиций получали путем нанесения композиции с помощью ракли на подготовленную пассивированную алюминиевую поверхность. Подготовка поверхности заключалась в ее шлифовке и полировке, позволяющих устранить шероховатости до нанометрового размера - 50 нм. Размер шероховатостей контролировали на профилометре модели 130 с точностью 0,05 мкм. Для получения сопоставимых характеристик полимерных композиций, предложенных в прототипе и в данной заявке, в качестве наполнителя использовали феррит стронция как при изготовлении предлагаемой композиции, так и композиции по прототипу. Образцы высококоэрцитивного композита в виде лент получали на хлопчатобумажной основе путем иммобилизации композиции толщиной 0,25 мм в хлопчатобумажную ткань.

Как видно из представленных в таблице результатов, прочность образцов ткани с нанесенной на ее поверхность разработанной композиции существенно выше прочности исходной ткани и материала композиции. Из этого следует, что между разработанной композицией и тканью возникают прочные физико-химические связи. Наряду с повышенной прочностью разработанной композиции в сравнении с прототипом, характерна повышенная в 3 раза деформация перед разрушением. Повышенные релаксационно-деформационные способности предлагаемой композиции обеспечивают ее эластичность и сопротивляемость хрупкому разрушению. Низкое значение сил сцепления композиции с хлопчатобумажной тканью - 189 Н/м, как следует из приведенного анализа поверхности ткани после отделения затвердевшего материала композиции, обусловлено фрагментарностью взаимодействия материала композиции с материалом ткани. Отсюда следует: материалы ткани и композиции взаимодействуют между собой, но для реализации их взаимодействия по всей поверхности компактирования необходима подготовка материала ткани.

Как видно из таблицы, разработанной высококоэрцитивной композиции и способу ее получения характерны повышенные значения коэрцитивной силы и максимальные значения энергетического произведения, что, видимо, обусловлено анизотропностью расположения частиц высококоэрцитивного материала в волокнистой основе.

Были также получены следующие композиты, в которых использованы композиции с граничными значениями содержания компонентов в ней. Характеристики прочностных и магнитных свойств этих композитов превосходят соответствующие характеристики композиций, полученных в соответствии с прототипом, в 1,5-2 раза.

Таблица.
№ п/п ХАРАКТЕРИСТИКИ* ВИД МАТЕРИАЛА
Материал высококоэрцитивной композиции толщиной 0,25 мм Хлопчатобумажная ткань с иммобилизованной высококоэрцитивной композицией по заявляемому изобретению толщиной 0,25 мм по всей поверхности ткани Хлопчатобумажная ткань** Прототип
1. Разрывная нагрузка на растяжение (полоска 25 мм),Н 298 446 395/316 182
2. Относительная деформация, % 12 6/11 8/14 4
3. Усилие отделения слоя композиции от ткани, Н/м - 189 - 61
4. Модуль деформирования, ГПа 28 25 19 21
5. Коэрцитивная сила, кА/м 68 61 - 56
6. Максимальное энергетическое произведение (ВН)mах, кДж/м3 14,8 16,2 - 12,8
* Средние значения по данным испытания 10 образцов.
** Числитель - характеристики по основе, знаменатель - по утку.

1. Высококоэрцитивная металлополимерная композиция, содержащая высококоэрцитивный порошок и полимерные компоненты, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит дисперсию акрилатного латекса, раствор эмульгатора Е-30 (10%-ный), раствор аммиака (25%-ный), глицерин и акриловый загуститель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

дисперсия акрилатного латекса (60% дистиллированной воды,
36,7% бутилакрилата, 1,5% акрилонитрила,
1,8% метакриловой кислоты) 95÷105
раствор эмульгатора Е-30 10%-ный 1,5÷2
раствор аммиака 25%-ный 1,5÷2
глицерин 12÷15
высококоэрцитивный порошок,
например феррит стронция 200÷450
акриловый загуститель 6÷7

2. Способ получения высококоэрцитивной композиции, включающий подготовку высококоэрцитивного порошка перед смешиванием с полимерными компонентами и смешивание компонентов лопастным смесителем, отличающийся тем, что вначале в лопастной смеситель вводят дисперсию акрилатного латекса, затем раствор эмульгатора, раствор аммиака, пасту, состоящую из однородной смеси глицерина и высококоэрцитивного порошка, например феррита стронция, в виде частиц размером от 20 нм до 10 мкм, которые по размерам распределены в соответствии с законом нормального распределения, после чего перемешивают смесь в течение 7÷8 мин вращающимися с угловой скоростью 5÷7 с-1 лопастным валом, затем смесь нагревают до 50÷66°С, загружают загуститель и вновь смесь перемешивают в течение 10÷15 мин до получения вязкости композиции, равной 25÷30 Па·с-1.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что порошок феррита стронция и глицерин перед введением их в лопастной смеситель смешивают до получения однородной смеси.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению постоянных магнитов из порошковых материалов. .
Изобретение относится к области получения магнитных жидкостей, а также к области синтеза основного компонента магнитной жидкости феррофазы (высокодисперсного магнетита) из отходов травильного и гальванического производства.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к изготовлению спеченных магнитов NdFeB. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к магнитореологической композиции, состоящей из ионной жидкости, содержащей анионы и катионы, дисперсные намагничиваемые частицы, средний диаметр которых составляет от 0,1 до 500 цм, и в случае необходимости добавки.
Изобретение относится к способу получения магнитной жидкости в виде коллоидных растворов нанодисперсных частиц магнетита в органических средах, стабилизированных поверхностно-активными веществами, и может найти применение в нефтяной промышленности при разделении водонефтяных эмульсий, а также в других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления изделий из ферритового материала на основе параметрического ряда литиевой феррошпинели для интегральных устройств СВЧ.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения радиопоглощающих ферритов. .

Изобретение относится к композициям для поверхностного упрочнения буровых инструментов. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к металлургической композиции на основе железа. .

Изобретение относится к области получения в режиме горения литых композиционных материалов, предназначенных для использования в окислительной среде при высоких температурах, в частности к получению литого композиционного материала дисилицида молибдена и вольфрама.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым металлургическим композициям для изготовления прессованных изделий. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению наноструктурированных композиционных материалов с металлической матрицей, армированной наноразмерным оксидным наполнителем.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно области получения магнитных гранул для электромагнитных аппаратов, и может быть использовано для получения рабочих тел, применяемых в электромагнитных аппаратах для процессов измельчения, смешивания, эмульгирования и т.п.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно области получения магнитных гранул для электромагнитных аппаратов, и может быть использовано для получения рабочих тел, применяемых в электромагнитных аппаратах для процессов измельчения, смешивания, эмульгирования и т.п.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к материалам для изготовления магнитотвердых ферритов. .
Изобретение относится к металлургии, а именно к очистке порошка кремния от примесей. .

Изобретение относится к устройству для нанесения покрытий на алмазные порошки
Наверх