磁性塑料的开发及应用

　　磁性塑料的开发及应用汪多仁（吉林化学工业公司石井沟联合化工厂，吉林132105）磁性塑料具有下述特点：（1）磁性塑料在成型加聚丙烯、聚苯乙烯、EVA树脂、丙烯酸树脂、乙烯-乙工时，收缩率可达到最小限度，可生产高精度的产烯醇树脂、尼龙系列、PVC、偏氯乙烯树脂等。其生产刖言磁性塑料又称粘接磁性功能材料，是高分子磁性材料中的一种。高分子磁性材料可记录声、光、电等信息，并有重放功能，是现代科学的重要基础材料之一。磁性塑料较传统的铁氧体烧结磁体重量轻、耐冲击、成型尺寸精度高，被认为是一种使用灵活便利的优良磁体。磁性塑料自20世纪90年代开发出来后，由于兼有塑料与磁性材料的特点，已广泛用于电子电气、仪表、通讯、玩具、文具、体育用品及日常用品中的诸多领域，应用前景非常广阔。但作为近年发展起来的新型材料，其生产工艺技术仍需进一步完善。通过对磁粉结构、合成树脂、表面处理剂及其他助剂的研究，应在改善和提高塑料磁体的耐热性和机械性能的基础上，更好地适应21世纪对新材料的要求。

　　主要性能高分子磁性塑料可分为结构型与复合型两种。

　　结构型磁性材料是指本身具有强磁性的材料；复合型磁性材料是以塑料或橡胶为粘接剂，与磁粉混合粘结加工而成的磁性体。目前生产的磁性塑料是指以塑料为粘结剂的磁性体，也称为塑料磁铁，兼有塑料和磁性材料的特点。

　　品，不再用机械加工，可直接使用。具有机械加工性好、易于成型、生产效率高的优点。磁性塑料的制品脆性小、磁性稳定、易于装配。对电磁设备的小型化、轻量化、精密化和高性能化有关键的作用。（2）作为合成树脂的磁粉粘合剂，加工成型时流动性好，可生产齿轮、螺纹、异型孔和薄壁形等外观形状复杂的产品，可整体成型。（3）生产工艺简单，经济效益好，成本低，其价格仅为烧结磁体的1/3左右。（4）由于合成树脂包裹着磁性材料，使磁体有较高的抗冲击强度、弹性和初性。其拉伸强度为烧结材料的4倍，弯曲强度提高4倍，压缩强度也有较大的提高。由于重量轻，能使制品轻量化，可减少运输等的费用，并且其磁性性能可以调节。

　　生产工艺高分子磁性材料是由磁粉材料与合成树脂及橡胶两部分组成的复合型磁性材料，磁性塑料所填充的磁粉材料主要是铁氧类和稀土类。目前以铁氧体类磁性塑料为主。合成树脂与橡胶可分为橡胶类、热橡胶类产品有氯磺化聚乙烯、氯磺化聚丙烯、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶等。热塑性树脂可以是聚乙烯、工艺过程是，将铁氧体粉碎、破碎，研磨成超细粉末，再使合成树脂、磁粉、偶联剂等混合，经注射成型、挤出成型、轧制、压延成型、压制成型、切削加工、装配、充磁得成品。磁性塑料的性能取决于磁粉材料，并与所用合成树脂、磁粉的填充量及成型方法密切相关。

　　铁氧化类磁性塑料所用的磁氧体有钡铁氧体和锶铁氧体。其中以使用各向异性常数大的锶铁氧体为最好，磁粉粒子呈六角板状，垂直于六角面的c轴方向为NS方向，其平均粒径为1.5；4nm，所有磁粉含量为80%；90%.生产中加热时要求树脂应有好的热稳定性与流动性，以确保制品性能优良。

　　铁氧体类磁性塑料的生产是将选定的磁粉与树脂、稳定剂、增塑剂、润滑剂等混合后在混炼机内加热、加压和混炼，再将物料冷却，制成细粒，用压制或挤出的方法成型。可通过变更磁粉含量来控制磁性能，其化学稳定性极好。

　　在铁氧体的生产过程中应加入偶联剂。偶联剂处理方法有无机填料直接处理与有机粘结剂混炼时添加混合等多种方法。加入偶联剂，主要是为了提高机械强度与电性能，提高无机填料的分散性和提高成型加工性和均匀性，以及提高耐水性、耐热性和阻燃性。

　　磁性塑料的混合过程是将经计量的磁粉在捏合机内进行捏合分散4分钟后，加入为磁粉总量0.5%的偶联剂。偶联剂在加入前应用3倍的醇类稀释后以喷雾形式加入，半连续进行搅拌，混合7分钟后在70°C下蒸发醇并继续搅拌脱去稀释剂，最后在混合机内加入粘结剂进行混合。并应采用连续混炼机进行分散混炼以解决粘结性不好和流动性差的问题。

　　稀土类磁性塑料有热塑性和热固体之分，热塑性磁性塑料使用的是尼龙、PE、EVA等树脂材料，热固性树脂使用的是环氧树脂、酚醛树脂、异氰尿酸三羟乙基树脂等材料，使用的稀土类合金磁粉有1：5型，即稀土元素与过渡元素的组成比为1：5.还有2：热塑性磁性塑料以注塑成型为主，热固性磁性塑料的生产有涂布法和浸渍法。涂布法磁能低，但树脂用量大；浸渍法磁性能高，但制品的机械性能有所下降。其生产使用较多的是压缩成型。稀土类磁粉热固性树脂混匀，用750MPa的压力压缩成型，在160C下固化。通常使用液态双组分环氧树脂或酚醛树脂为粘合剂。稀土类磁性塑料在成型后力学性能优良，其组装十分方便，废品率低。这是烧结磁铁无法与之比拟的。

　　纳米透光磁性材料的磁性较氟化铁等的磁性高10倍，其材料中的三氧化二铁是由带有磁化基团的离子交换树脂制备的，与磺化基团结合的钠离子、氢离子易于与二价铁或三价铁进行离子交换，与过剩的氢氧化钠进行反应后产生氢氧化铁，再用双氧水或联氨进行转化生成三氧化二铁纳米晶体，氧化物粒子均匀密集地分在在聚合物的基质中，其材料在与色料结合后，能发生色彩的变化。

　　实际应用铁氧体磁性塑料与烧结磁铁相比具有质轻、柔初和成型后收缩性小、制品可灵活设计的特点，可连续进行大批量生产。在加入嵌段后不需后加工，并可进行双色成型和整体成型。铁氧体磁性塑料可通过变更磁粉含量以控制磁性能，具有极好的化学稳定性，可用于继电器、仪器仪表、音响设备等多种领域，是今后磁性塑料的发展方向。

　　磁性塑料以其固有的性能已广泛应用于航空航天、电子电气、仪器仪表、通讯、汽车、彩电、文教、医疗卫生、日常生活等多种领域，铁氧体磁性塑料价格低廉，使用灵活且有不导电的特性，在计算机软盘电机、复印机显影辊、定影辊、汽车仪表集成、机械手、机械人的控制元件方面已取代了传统的烧结磁体。用聚碳烯、聚席夫碱的铁螯合物制成的磁性塑料具有强磁性，新型聚合物用金属钒与四氟乙烯塑料聚合而成，其密度仅为磁体的1/8，质轻，是替代汽车、飞机和电工仪器等中的金属磁体和磁体线圈的理想磁性材料。磁性塑料将与导电高分子材料一样对电子电气行业产生深远的影响。这种具有与金属磁体同等磁性的有机高分子强磁性体有望在2000年后开发成功。磁性塑料大致可有下面几个方向的应用。

　　磁性塑料密度小，耐冲击强度大，制品可进行切削、切割、钻孔、焊接、层压和压花等后加工，且使用时不碎裂、尺寸精度高，可用于制备复杂形状的制综述*配，能满足电磁设备实现小型化、轻量化、高性能化的使用要求。铁氧类磁性塑料在家用电器方面可用于电视机、录像机、电冰箱、洗衣机、吸尘器等的电器零件，如用于生产电视机定心环、霍尔元、各种传感器、耳机、电磁蜂音器、开关、继电器；电冰箱、冷藏库、消毒柜、浴室等的门封磁条；洗衣机排水阀电机、定时器电机、电饭锅管座。磁性塑料也用于小型精密电机、步进电机、小型发电机、通讯设备传感器、继电器、音响设备等。在电声音像器材领域中，可用于磁带录音机用耦合器、电唱机用旋转变压器、电视接受机及计算机显示器、显像管、色纯会聚调节磁环、磁带录像机旋转磁头用马达及FG传感器、CD和VCD的驱动电机、耳机磁体及扬声器磁体。电子仪器方面可用于印刷机磁头、复印机滚筒、磁性弹簧、磁过滤器等。在电机及转动机械中可用于微电机及玩具电机中的定子和转子、磁轴承。在电子计算机中可用于软盘驱动器电机、打字机送纸马达、冷却轴流风机、CTR显示校正装置等。在元器件方面，可用于小型电动机、轴流风机、阴极射线管中心调整、极化继电器、气动元件等。烯土类磁性塑料，产量较少，在磁性和耐热性等方面不如铁氧体类磁性塑料，但其成型性与机械性能优良，且组装和使用方便，这是烧结磁铁难以与之相比的。稀土类磁性塑料能满足电子电气业小型、轻量、高精密化的发展要求，可用于精密电机、通讯设备传感器。

　　透光磁性材料是由三氧化二铁和聚合物基元组成的纳米复合材料。在钠米粉的范围内，粒径仅为2 ~10nm.在室温下，具有最强的磁性。其粒子收缩是在纳米的范围内，其光、电、磁和其他性质可发生剧烈变化。这种纳米复合材料可用于彩色复印、计算机磁记忆、磁流体、微波和雷达技术及磁致冷等领域。在磁记忆元件和磁性纤维中，可用于记录信息和光导纤维通讯材料等。

　　在汽车工业，磁性塑料可用作燃料分配器、各种测量仪表、车窗雨刷马达、滤清器和触发器、汽车无触点分电器磁垫圈、燃料喷射用步进电机、防震板。

　　在机床的机械自动化中，可用于工件固定永磁体装置、工业机械人用磁传感器、磁控开关步进电机等。

　　在精密机械中可用作钟表中的步进电机。

　　在医疗卫生业，磁性塑料可用于各种磁疗保健用品，如磁疗床垫、磁疗转子等。在文化用品中，可用于磁性绘图板、学生教具、广告文具、磁性显示黑板等。其他用于磁卡、磁性玩具、磁性装饰品、密封磁门条、磁性门锁、渔业用卷取电机、家具中的门扣等。

　　发展概况磁性塑料在国外发展较快。在磁性塑料中增长最快的是各向同性NdFeB，从1987年至1994年仅6年就增长了37倍。到2004年其增长值将达到22亿美元。在2000年日本的产能已达到近4万吨，美国为近8万吨。各向异性材料已获得较大的发展。填充稀土类磁粉制作的磁性塑料属于稀土类磁性塑料，目前这类磁性塑料的产量不大，但其在所有磁体中发展速度最快，年均增长率为我国磁性塑料的研制始于1984年。随着电冰箱生产的发展，在1989年从国外引进了永磁条生产线并能进行生产。由原化工部、电子部联合上海磁性材料厂、天津磁性材料厂、899厂、880厂、906厂及北京市化工研究院等联合攻关，实现了磁性塑料颗粒国产化。北京化工研究院与北京塑灵公司合作研制成功了磁场注射机并已投入了生产。

　　磁性塑料的世界年需求增长率为139.2000年，我国的磁性记录材料可达1000亿米，并将大力发展录音带、录相带、软磁盘等主要品种的系列化与标准化产品。磁介质也将广泛应用钴-铁氧体，钡-铁氧体。2000年国内生产各向同性磁性塑料6500吨，各向异性磁性塑料1600吨。随着电子、汽车产业的快速发展和各种制品的小型化、轻量化、集成化，会使今后的各向异性磁性塑料的需求快速增加。总之，磁性塑料的需求将日益增加，磁性塑料的市场前景广阔。