影響磁性復合材料磁特性的因素

1.1.1 磁粉
磁粉性能的好壞是直接影響磁性復合物材料性能的關鍵因素之一。磁粉性能的優劣與材料、組成、顆粒大小、粒度分布及制造工藝有關。
1.1.1.1 材料種類與組成的影響
鐵磁粉末都可以與塑料復合，目前通常使用鋇、銘鐵氧體為主。原因是鋇、鈕鐵氧體具有磁特
性穩定、矯頑力高、電阻率高、密度小、價廉等優
點。它們的晶體結構為六角晶型，分子式為
M06Fe203 (M為Ba, Sr, Mn, Pb等)。除了鐵氧體
之外，還有使用衫鉆稀土合金制造塑料磁體。稀土
類塑料磁體比鐵氧體塑料磁體的磁性能高得多。它
是今后發展電子儀器、通訊設備理想的磁性元件。
鐵氧體磁粉價格便宜，易于加工，穩定性好，但磁
性能較差。SMC03類磁粉穩定性差，成型中易氧
化，其復合永磁長期使用溫度低。S1n2Co17類磁粉，
其磁性能比SMCo3磁粉優異得多，熱穩定性也有較
大幅度的提高。NdFeB類磁粉的熱穩定性差，易腐
蝕生銹，加人Co, Ni等元素可使性能得到改善
1.1.1.2顆粒大小的影響
磁粉顆粒的大小是影響磁性復合材料性能的重
要因素。據文獻報道，鐵氧體和Sm倆 類粉體的矯
頑力是由磁體內部的晶粒成核機制所控制，而
Sm2嘶7和熔一淬法生產的微晶NdFeB類磁粉的矯
頑力是由晶粒內部的疇壁釘扎所決定，對于矯頑力
受成核機制所控制的磁粉，當磁粉顆粒尺寸大小接
近單疇尺寸時，其矯頑力明顯提高，抗退磁能力明
顯增大[[3,41，如一般鐵的矯頑力約為80A/m，而粒
徑小于20m的鐵，其矯頑力卻增大了1001〕倍[[6]
但當尺寸再減小到約6mn時其矯頑力反而又下降
到零，表現出超順磁性[[61。對于矯頑力受釘扎機制
控制的磁粉，其矯頑力不受顆粒大小的影響，這類
磁粉顆粒的大小主要由填充密度和制造工藝等因素
決定。
1.1.1.3 粒徑分布的影響
磁粉粒度分布以及粒子形狀對于填充率、加工
性能和取向度都有重要影響。磁粉顆粒大小分布范
圍適宜，將有利于提高材料的填充密度，有利于磁
粉在樹脂中分布均勻，從而提高磁性能。這主要由
復合方法決定:傳統的復合方法是在聚合物中直接
加人磁粉，由于磁粉很細，很容易團聚成粒徑較大
的顆粒;在塑料熔融過程中，由于樹脂粘度較大，
不利磁粉的取向，因而造成磁性能下降。此外，適
宜的顆粒大小分布有利于成型時混合物流動[[71
1.1.1.4 磁特性的影響
磁粉本身的磁特性直接影響磁體 (制品)的性
能。與燒結磁體不同，塑料磁體成型之后不再進行
燒結.因此用于制造塑料磁體的磁粉必須反應完
全、結晶完整、并達到一定的密度、細度。
1.1.1.5制備工藝的影響
傳統的磁粉制備是用研磨法，在研磨過程中，
易使晶粒產生變形，造成內應力，這對于最終磁體
(制品)的性能不利，必須通過退火處理來消除。
此外，為了增強磁粉與塑料的親和力，須控制磁粉
含水量及對表面進行活化處理。作者運用化學共沉
淀法通過控制反應條件制得合適的粒徑、粒徑分布
及晶型的磁性微粒，并在磁性微粒形成的過程中包
覆上一層表面活性劑，這有以下優點:(1)因為化
學共沉淀法是使磁粉由小到大生長成納米級微粒，
避免了傳統研磨法可能產生的晶粒變形，簡化了生
產工藝;(2)可以使磁性微粒與單體及其聚合物相
容性改善;(3)因降低了磁粉微粒的表面活性，減
少了與外界氧化物接觸的面積，所以大大提高了磁
性微粒的穩定性。
1.1.2 聚合物粘結劑
聚合物在聚合物基磁性復合材料中主要起粘結
劑的作用，它將磁粉及各種助劑粘結起來賦予必要
的加工性和機械特性。盡管大多數聚合物都可用來
制備聚合物基磁性復合材料，但是為了獲得加工性
能和機械性能優良的制品，有必要對聚合物進行選
擇和改性，所選用的聚合物應盡可能滿足熔融粘度
低、機械強度高、熱穩定性好等要求。
各種樹脂對磁性能有一定的影響，例如，在使
用烯烴與乙烯醇共聚物時，其磁性能比使用聚乙烯
和聚丙烯差些。即使同一類型的聚酞胺樹脂，由于
種類不同，其磁性能也有差異。資料報道:當鐵氧
體粉末含量質量分數為88%時，尼龍一12的磁性
能最高，其次是尼龍一11，再次為尼龍一6，尼龍
一66最低〔s]。又如四川大學的崔香福等人曾用空
氣和乙醇等離子體來處理聚丙烯塑料磁體，研究表
明等離子處理過的PP與磁粉相容性有了很大的提
高，改善了PP與磁粉的混煉性、PP塑磁的流變性
及磁粉在PP中分布的均勻性[[91。國內已有學者在
這方面作了一些系統的研究〔10,11]。近年來，由于
出現了一種新型的磁性材料— 高分子有機磁性材
料，人們嘗試著用這種磁性聚合物取代傳統的非磁
性聚合物作為聚合物基復合磁性材料的粘結劑。四
川大學的劉穎等人在這方面做了一些研究「121，結
果表明:磁性高分子材料含量降低，磁性高分子粘
結磁體的最大磁能積、剩磁、矯頑力均升高，內票
矯力略為下降，但在含相同體積分數磁粉情況下，
磁性高分子粘結磁休的磁性能比非磁性高分子粘結
磁體的磁性能高，溫度穩定性差不多。
1.1.3加工助劑
在傳統方法生產的聚合物磁性復合材料成型
中，由于磁粉的填充量很高，磁粉與聚合物的摩擦
阻力很大、流動性差，不利于磁粉顆粒沿易磁化軸
方向取向。為了改善這種狀況，人們常加人加工助
劑來改善流動性，提高磁粉的取向度。常用的加工
助劑有增塑劑、潤滑劑、穩定劑及表面處理劑等。
其中表面處理劑最為重要，這是因為磁粉屬于親水
性物質而樹脂屬于親油性物質，因此它們之間的親
和性很差。此外，磁粉表面的微孔中吸附的空氣和
水分也妨礙樹脂和助劑對磁粉的浸潤，使磁粉和樹
脂復合后難以分散均勻，因此影響復合物熔體的流
動性和成型加工性。因此，須控制磁粉含水量以及
對磁粉表面進行處理。通常加人兼有親水基團和親
油基團的偶聯劑 (如有機硅、有機欽)、硬脂酸、
油酸等，使磁粉表面吸附一層偶聯劑薄膜，通過偶
聯劑覆蓋于磁粉粒子表面形成親油層，從而改善磁
粉與樹脂間的親和性，二者相容性得到提高，使磁
粉與樹脂相互問分散更均勻，同時流動性也得到改
善。實驗證明:經偶聯劑處理過的磁粉與樹脂相互
分散均勻川，相容性得到改善，使其復合熔體的流
動性提高，從而能夠順利地進行成型加工。