КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ, ЕГО ВАРИАНТЫ Российский патент 2001 года по МПК H01F1/55 H01F1/113 H01F1/42 C08L23/12 C08K13/02 C08K13/02 C08K3/08 C08K3/10 C08K5/10 

Изобретение относится к области магнитных материалов, а именно к композиционным материалам для постоянных магнитов в связующей среде на основе полипропилена (ПП), и может быть использовано в технике для изготовления магнитных деталей электродвигателей, водосчетчиков, акустической и телевизионной аппаратуры и др.

Магнитные характеристики и физико-механические свойства композиционных материалов на основе ПП в качестве связующего (термопластичных материалов) определяются их составом и способом получения. Ферромагнитные композиции на основе ПП получают либо путем механического смешения, либо методом полимеризационного наполнения.

Химия термопластичных магнитопластов является перспективной областью, так как изделия из них изготавливают высокопроизводительным методом литья под давлением или экструзией, что позволяет получать детали любой формы с высокой точностью размеров (±0,02 мм) без дополнительной механической обработки.

Известен композиционный материал, содержащий около 90% минерального наполнителя, в том числе металлов, получаемый полимеризацией пропилена на поверхности наполнителя, активированного металлокомплексными катализаторами (Авт. свид. СССР N 763379, кл. C 08 J 3/00, C 08 F 110/00, C 08 F 2/00, з. 1976 г., п. Б.И. N 34, 1980 г.).

Такие композиционные материалы отличаются равномерным распределением твердой фазы, но предъявляют высокие требования к характеру поверхности наполнителя.

Наиболее близким к предлагаемому композиционному материалу является композиционный материал для постоянных магнитов, получаемый механическим смешением гранул морозостойкого ПП, полиэтиленового воска и порошка феррита бария при следующем соотношении компонентов, вес.% :
Морозостойкий ПП - 7-25
Полиэтиленовый воск - 3-5
Феррит бария - Остальное
(Авт. свид. СССР N 803019, кл. H 01 F 1/1 13, з. 1979 г., п. 1981 г. - прототип).

Недостатком известного композиционного материала-прототипа является неравномерное распределение магнитного наполнителя и низкие магнитные и физико-механические характеристики (теплостойкость по Вика < 120^oC, предел прочности при растяжении - 120-150 кгс/см²).

Задачей предлагаемого изобретения является создание композиционного магнитного материала, который обладал бы комплексом свойств, предъявляемых к высокоэнергетичным магнитопластам: высокие магнитные характеристики в сочетании с высокой теплостойкостью и прочностью, что позволило бы получать из него высокоточные изделия любой формы.

Решение поставленной задачи достигается предлагаемым композиционным материалом для постоянных магнитов, включающим полипропилен и магнитный наполнитель, который дополнительно содержит дибутилфталат и фенозан-28 - эфир диэтиленгликоля и β- (4-окси-3,5ди-трет.бутиленфенил)пропионовой кислоты, при этом полипропилен представляет собой порошок полипропилена с дисперсностью менее 125 мк, имеющий показатель предела текучести 4-12 г/10 мин, а в качестве магнитного наполнителя содержит порошок с дисперсностью не более 100 мк марки БЗМП-2 - сплава неодим-железо-бор, содержащего в мас.%: неодим - 27-29, бор - 0,8-1,0, титан - 0,8-1,3 и железо - остальное, при следующем соотношении компонентов материала в об. дол.:
Порошок БЗМП-2 - 0,50 - 0,65
Порошок полипропилена - 0,34 - 0,50
Дибутилфталат - 0,003 - 0,005
Фенозан-28 - 0,005 - 0,007
Решение поставленной задачи достигается также предлагаемым композиционным материалом для постоянных магнитов, включающим полипропилен и магнитный наполнитель, который дополнительно содержит дибутилфталат и фенозан-28 - эфир диэтиленгликоля и β- (4-окси-3,5-ди-трет.бутилфенил)-пропионовой кислоты, при этом полипропилен представляет собой порошок полипропилена с дисперсностью менее 125 мк, имеющий показатель предела текучести 4-12 г/10 мин, а в качестве магнитного наполнителя содержит порошок феррита бария или стронция и порошок с дисперсностью не более 100 мк марки БЗМП-3 сплава неодим - железо - бор, содержащего в мас.%: неодим - 11-13, бор - 3,7-4,2, железо - остальное при следующем соотношении компонентов материала в об. дол:
Порошок БЗМП-3 - 0,35 - 0,50
Порошок феррита - 0,10 - 0,25
Порошок полипропилена - 0,34 - 0,50
Дибутилфталат - 0,003 - 0,005
Фенозан-28 - 0005 - 0,007
Решение поставленной задачи достигается также предлагаемым композиционным материалом для постоянных магнитов, включающим полипропилен и магнитный наполнитель, который дополнительно содержит дибутилфталат и фенозан-28 - эфир диэтиленгликоля и β- (4- окси-3,5-ди-трет.бутилфенил)пропионовой кислоты, при этом полипропилен представляет собой порошок полипропилена с дисперсностью менее 125 мк, имеющий показатель предела текучести 4 - 12 г/10 мин, а в качестве магнитного наполнителя содержит порошок феррита бария или стронция и порошок с дисперсностью не более 100 мк марки БЗМП-2 сплава неодим - железо - бор, содержащего в мас.%: неодим - 27-29, бор - 0,8-1,0, титан - 0,8-1,3, и железо - остальное, при следующем соотношении компонентов материала в об. дол.:
Порошок БЗМП-2 - 35 - 060
Порошок феррита - 0,06 - 0,11
Порошок полипропилена - 0,29 - 0,45
Дибутилфталат - 0,003 - 0,005
Фенозан-28 - 0,005 - 0,007
Магнитные порошки сплава неодим-железо-бор марок БЗМП (быстро закаленный магнитный порошок) ОТУ ВП-01-02-98 обеспечивают более высокие магнитные характеристики при использовании в композициях, чем ферриты, и не требуют в отличие от ферритов обработки магнитным полем при литье магнита.

При разработке предлагаемого композиционного материала было установлено, что при смешивании гранул ПП и готовых магнитных порошков сплава неодим - железо - бор разных марок достичь нужных магнитных характеристик и физико-механических показателей не удается.

Исследование влияния дисперсности, природы и состава компонентов материала на его свойства позволило разработать предлагаемый композиционный материал.

Оказалось, что ПП в композиционном материале на основе порошков БЗМП должен использоваться только в виде мелкодисперсного порошка - размер частиц < 125 мк. Показатель предела текучести ПП не должен быть выше 4-12 г/10 мин. Пришлось измельчать и магнитные порошки БЗМП - размер частиц в них не должен превышать 100 мк. При исследовании влияния фракционного состава порошков ПП и БЗМП было установлено, что расширение или сужение диапазона полидисперсности порошков на магнитных и физико-механических показателях не сказывается.

При исследовании различных марок БЗМП требуемые магнитные характеристики удалось получить только при использовании магнитного порошка БЗМП-2, который отличается высоким содержанием неодима (28% Nd - самая дорогая марка БЗМП) (см. табл. 1,2).

При исследовании влияния добавок ферритов бария или стронция ТУ 6-09-27-257-89 к порошкам БЗМП был выявлен сложный характер синергического взаимодействия порошков БЗМП и ферритов в композиционном материале.

Так, при добавке феррита к порошку БЗМП-3 (12% Nd, самая дешевая марка БЗМП) наблюдается рост величины магнитной индукции на поверхности магнита, и при определенном составе композиции материал с БЗМП-3 по этой характеристике даже превосходит материал с дорогим порошком БЗМП-2. При добавлении феррита к порошку БЗМП-2 магнитные характеристики не улучшаются, но замена части порошка БЗМП-2 ферритом повышает прочность магнитов (увеличивается жесткость), и снижается стоимость материала, как и с БЗМП-3.

Влияние добавок дибутилфталата (ДБФ) ТУ6-05-5119-81 и термостабилизатора фенозана-28 (эфир диэтиленгликоля и β- (4-окси- 3,5-рет.бутилфенил)-пропионовой кислоты (Ф-28) ТУ 2404-009- 5766624-93 также отражено в табл. 1 и 2. Можно использовать и другие термостабилизаторы фенозанового ряда
Предлагаемый композиционный материал получают следующим образом. Порошок ПП пропускают через сито с размером отверстий 125 мк. Измельченный магнитный порошок БЗМП также пропускают через сито с размером отверстий 100 мк. Если требуется, магнитный порошок БЗМП перемешивается с порошком феррита бария или стронция.

Затем смешивают магнитный наполнитель в быстроходном сухом смесителе с порошком полипропилена и с модифицирующими добавками при комнатной температуре в течение 3-4 мин. Полученную смесь затем компаундируют в дисковом смесителе непрерывного действия при температуре 220-230^oC.

Далее, методом литья под давлением или экструзией отливают магниты нужной формы. Композиции, содержащие феррит, перерабатывают в магниты методом литья под давлением (или экструзией) в магнитном поле с напряженностью не менее 7 кЭ.

Были получены и испытаны магниты для регулятора холостого хода электронной системы управления двигателем автомобиля размерами 14х14 с радиальным намагничиванием 12 полюсов (ЭСУД по техническим условиям АО "АвтоВаз")- табл. 1 и магниты для водосчетчиков размерами 5х3 с аксиальным намагничиванием - табл. 2.

Изобретение относится к магнитным материалам, а именно к композиционным материалам для постоянных магнитов в связующей среде на основе полипропилена, и может быть использовано в технике для изготовления магнитных деталей электродвигателей, водосчетчиков, акустической и телевизионной аппаратуры и др. Композиционный материал (его варианты) для постоянных магнитов, включающий полипропилен и магнитный наполнитель, отличается тем, что он содержит порошок полипропилена дисперсностью менее 125 мкм с показателем передела текучести 4 - 12 г/10 мин, а в качестве магнитного наполнителя - либо порошок сплава Nd-Fe-B марки БЗМП-2, либо порошок указанного сплава марок БЗМП-2 и БЗМП-3 в сочетании с порошком феррита ВА или Sr. Дисперсность порошка Nd-Fe-B не более 100 мкм. Дополнительно композиционный материал содержит дибутилфталат (0,003 - 0,005 об.дол.) и фенозан - 28 в количестве 0,005 - 0,007 об.дол. Количество порошка сплава Nd-Fe-в материале от 0,35 до 0,65 об.дол., порошка феррита - 0,06 - 0,25 об.дол. Порошок полипропилена содержится в количестве 0,34 - 0,50 об.дол. Материал отличается высокими магнитными характеристиками, высокой прочностью и теплостойкостью. 3 с.п. ф-лы, 2 табл.

1. Композиционный материал для постоянных магнитов, включающий полипропилен и магнитный наполнитель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит дибутилфталат и фенозан-28 - эфир диэтиленгликоля и β-(4-окси-3,5-ди-трет. бутилфенил)пропионовой кислоты, при этом полипропилен представляет собой порошок полипропилена с дисперсностью менее 125 мкм, имеющий показатель предела текучести 4 - 12 г/10 мин, а в качестве магнитного наполнителя содержит порошок с дисперсностью не более 100 мкм марки БЗМП-2 сплава неодим-железо-бор, содержащего, мас.%: неодим - 27 - 29, бор - 0,8 - 1,0, титан - 0,8 - 1,3 и железо - остальное, при следующем соотношении компонентов материала, об. дол.:
Порошок БЗМП-2 - 0,50 - 0,65
Порошок полипропилена - 0,34 - 0,50
Дибутилфталат - 0,003 - 0,005
Фенозан-28 - 0,005 - 0,007
2. Композиционный материал для постоянных магнитов, включающий полипропилен и магнитный наполнитель, отличающийся тем, что дополнительно содержит дибутилфталат и фенозан-28 - эфир диэтиленгликоля и β-(4-окси-3,5-ди-трет. бутилфенил)пропионовой кислоты, при этом полипропилен представляет собой порошок полипропилена с дисперсностью менее 125 мкм, имеющий показатель предела текучести 4 - 12 г/10 мин, а в качестве магнитного наполнителя содержит порошок феррита бария или стронция и порошок с дисперсностью не более 100 мкм марки БЗМП-3 сплава неодим-железо-бор, содержащего, мас.%: неодим - 11 - 13, бор - 3,7 - 4,12 и железо - остальное, при следующем соотношении компонентов материала, об. дол.:
Порошок БЗМП-3 - 0,35 - 0,50
Порошок феррита - 0,10 - 0,25
Порошок полипропилена - 0,34 - 0,50
Дибутилфталат - 0,003 - 0,005
Фенозан-28 - 0,005 - 0,007
3. Композиционный материал для постоянных магнитов, включающий полипропилен и магнитный наполнитель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит дибутилфталат и фенозан-28 - эфир диэтиленгликоля и β-(4-окси-3,5-ди-трет. бутилфенил)пропионовой кислоты, при этом полипропилен представляет собой порошок полипропилена с дисперсностью менее 125 мкм, имеющий показатель предела текучести 4 - 12 г/10 мин, а в качестве магнитного наполнителя содержит порошок феррита бария или стронция и порошок с дисперсностью не более 100 мкм марки БЗМП-2 сплава неодим-железо-бор, содержащего, мас.%: неодим - 27 - 29, бор - 0,8 - 1,0, титан - 0,8 - 1,3, железо - остальное, при следующем соотношении компонентов материала, об. дол.:
Порошок БЗПМ-2 - 0,45 - 0,60
Порошок феррита - 0,06 - 0,11
Порошок полипропилена - 0,29 - 0,45
Дибутилфталат - 0,003 - 0,005
Фенозан-28 - 0,005 - 0,007а