一种柔性钕铁硼磁体及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及磁体制造技术领域，尤其涉及一种柔性钕铁硼磁体及其制备方法和应用。

背景技术

柔性钕铁硼磁体主要由NdFeB磁粉和粘合剂而制成，具有高剩磁、高矫顽力、高磁能积、高性能价格比等特点，容易加工各种尺寸及最小规格。与烧结磁比较，柔性钕铁硼磁体可一次成形，无需二次加工，可以做成各种形状复杂的磁体，可大大减少电机的体积及重量。柔性钕铁硼磁体主要用于办公室自动化设备、电装机械、视听设备、仪器仪表、小型马达和计量机械、手机、CD-ROM、DVD-ROM驱动电机、硬盘主轴电机HDD、其他微特直流电机和自动化仪器仪表等领域。近年来，电子产品逐渐向小型化、薄型化、高性能化方面发展，对磁性材料也提出了相应要求。钕铁硼材料厚度减小后，容易出现磁性能、韧性差、易断裂，磁粉容易从胶片表面脱落的问题，亟待开发出一种高性能超薄柔性钕铁硼磁体。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种柔性钕铁硼磁体的制备方法，能够制备出磁性能优异的超薄柔性钕铁硼磁体，且韧性好、磁粉不易脱落。

本发明还提供一种柔性钕铁硼磁体及其应用。

具体地，本发明采取的技术方案如下：

本发明第一方面是提供一种柔性钕铁硼磁体的制备方法，包括如下步骤：

(1)对钕铁硼磁粉、橡胶和辅料进行混炼；

(2)将混炼好的物料破碎、压片，得到薄片；

(3)对所述薄片进行加热、磁场取向；

(4)压延、硫化、表面处理，得到柔性钕铁硼磁体。

在高温情况下，橡胶会软化，粘度降低，钕铁硼磁粉在取向磁场下转动阻力更小，磁粉更易于取向。因此，本发明通过加热薄片，对高温的钕铁硼薄片进行磁场取向，可有效增加柔性钕铁硼磁体的磁性能。

步骤(3)中，所述加热温度为130～135℃。加热至130～135℃后进行保温，保温时间为10～60min，然后进行磁场取向。

所述加热在保护氛围(如氮气、氩气)中进行。

所述磁场取向的在3～10T的脉冲磁场中进行，优选3～5T的脉冲磁场。

步骤(1)中，所述钕铁硼磁粉粒径不大于180目。

所述钕铁硼磁粉、橡胶和辅料的质量百分比为：

钕铁硼磁粉85％～95％

橡胶2％～9％

辅料3％～6％。

所述钕铁硼磁粉包括各向同性钕铁硼磁粉、各向异性钕铁硼磁粉或各向异性铁氧体磁粉。

所述橡胶包括丁腈橡胶、硅橡胶、丁苯橡胶、乙烯-乙酸乙烯酯橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶或乙华平橡胶。采用无卤橡胶粘结基体，环保无害。

所述辅料包括偶联剂。

所述辅料还包括增塑剂、补强剂、防老剂或硫化剂。

所述钕铁硼磁粉、橡胶和辅料的质量百分比为：

钕铁硼磁粉85％～95％；

橡胶2.5％～9％；

增塑剂0.5％～2％；

补强剂0.5％～1％；

偶联剂0.5％～1％；

防老剂0.5％～1％；

硫化剂0.5％～1％。

所述偶联剂包括硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的至少一种。

所述增塑剂包括邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯中的至少一种。

所述补强剂包括炭黑、石墨烯、白炭黑、氧化锌、活性碳酸钙中的至少一种。

所述防老剂包括防老剂MB、防老剂D、防老剂RD、防老剂445中的至少一种。

所述硫化剂包括硫磺、金属氧化物、过氧化物中的至少一种。

步骤(1)中，所述混炼依次包括一次密炼、开炼和二次密炼。

所述一次密炼温度为120～130℃，密炼时间为12～15min。

所述开炼温度为60～80℃，开炼时间为2～3min。通过在两次密炼中间进行开炼提高钕铁硼磁粉与橡胶的相容性。

所述二次密炼温度为80～90℃。

在高温情况下，钕铁硼磁粉的氧化程度不断增加，导致磁体的不可逆损伤大幅提高，因此本发明在惰性氛围下进行密炼，如通入氮气，可大幅降低钕铁硼磁粉高温氧化下不可逆磁损失H

步骤(2)中，所述薄片厚度为2.0～2.5mm。

步骤(4)中，采用倍数叠压双向压制方式进行压延，压延至0.1～1.0mm厚，优选压延至0.1～0.5mm厚。

步骤(4)中，采用平板硫化法进行硫化，硫化温度为150～200℃，硫化时间为50～150s。

步骤(4)中，所述表面处理包括表面过UV、涂胶、过漆、贴PET等表面处理工艺，可进一步改善柔性钕铁硼磁体的耐腐蚀性和防脱粉性。

本发明第二方面是提供一种由上述制备方法制得的柔性钕铁硼磁体。

本发明第三方面是提供上述柔性钕铁硼磁体在电子、电力机械、医疗器械、玩具、包装、五金机械或航天航空中的应用。

本发明至少具有如下有益效果：

(1)本发明通过对钕铁硼粉粒度分级筛分处理，小粒径的钕铁硼粉可以更好的填充到橡胶中，与橡胶更加密实地结合，解决产品韧性差，易断裂的问题，同时产品的磁性能与物理性能更好。

(2)本发明加入偶联剂对钕铁硼磁粉进行偶联化处理，同时添加适当的补强剂，采用先密炼再开炼停放的方式，在密炼机高温摩擦加热下确保钕铁硼磁粉与橡胶充分均匀的混合一起，同时进一步提高物料的可塑度，磁粉和胶结合的更紧密。

(3)在高温情况下，钕铁硼磁粉的氧化程度不断增加，导致磁体的不可逆损伤大幅提高，本发明在惰性氛围下进行密炼，可大幅降低钕铁硼磁粉高温氧化下不可逆磁损失H

(4)采用倍数叠压与双向压制的方式，成型压延压力传递比较均匀，压力损失也比较小，可明显减少压制0.1～1.0mm薄片材时的磁胶片可能存在的孔洞，并使钕铁硼磁体密度分布更加均匀一致。

(5)在高温情况下，柔性钕铁硼磁体中的橡胶会软化，粘度降低，磁粉在取向磁场下转动阻力更小，磁粉更易于取向。本发明在保护氛围下高温保温下进行磁场取向，可有效增加柔性钕铁硼磁体的磁性能。

(6)对柔性钕铁硼磁体表面进行防护处理，可改善其耐腐蚀性和防脱粉性。

具体实施方式

本发明提供一种柔性钕铁硼磁体的制备方法，包括如下步骤：

1)用180目的气旋筛对钕铁硼磁粉进行筛分分级。

2)取步骤1)中180目过筛的钕铁硼磁粉放入密闭搅拌槽，加入铝酸酯偶联剂，在50～60HZ频率下搅拌30～35min。

3)取步骤2)处理好的钕铁硼磁粉，同橡胶和辅料一起在流通的惰性气体(优选氮气)保护下投入密炼机中进行密炼，各原材料按质量百分比：磁粉85％～95％，橡胶2.5％～9％，辅料2.5％～6％。密炼时间约12～15min，密炼温度120～130℃。

4)取步骤3)中密炼好的物料在已经预热的开炼机(60～80℃)上开炼2～3min，取下开炼机上的料平摊在通风处3～4h。

5)取步骤4)的料重新用密炼机混炼至80～90℃后用破碎机将物料破碎，然后将破碎后的粒料用压延机出成2.0～2.5mm薄片。

6)取步骤5)的薄片在惰性气体保护下加热到130～135℃，保温10～60min，马上放入磁场强度为3～10T的脉冲磁场中取向一次，随后冷却至室温。

7)取步骤6)中的1～3片薄片用倍数叠压双向压制方式再次用压延机压至0.1～1.0mm厚的片材，用平板硫化法对片交联硫化，得到磁胶片。

8)取步骤7)中交联硫化后的磁胶片，通过表面过UV、涂胶、过漆、贴PET等表面处理工艺，进一步改善钕铁硼粉耐腐蚀性和防脱粉性，得到最终的柔性钕铁硼磁体。

下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。

实施例1

一种柔性钕铁硼磁体，其原料组成如下表所示：

表1.柔性钕铁硼磁体原料

所述柔性钕铁硼磁体的制备方法包括如下步骤：

1)用180目的气旋筛对钕铁硼磁粉进行筛分分级。

2)取过180目气旋筛的钕铁硼磁粉，加入铝酸酯偶联剂，在50HZ频率下搅拌31min。

3)取步骤2)处理好的钕铁硼磁粉，同橡胶和剩余的辅料一起在流通的氮气保护下投入密炼机中进行密炼。密炼时间约13min，密炼温度125℃。

4)取密炼好的料在已经预热到65℃的开炼机上开炼2.5min，取下开炼机上的料平摊在通风处3h。

5)取步骤4)处理后的料重新用密炼机混炼至90℃后用破碎机将物料破碎，然后将破碎后的粒料用压延机出成2.5mm薄片。

6)取步骤5)的薄片在0.15MPa的氮气保护下加热到135℃，保温30min，马上放入磁场强度为4T的脉冲磁场中取向一次，随后冷却至室温。

7)取2片步骤6)处理过的薄片，通过压延机采用倍数叠压与双向压制方式再次压成0.5mm厚的片材，用平板硫化机对片材进行交联硫化(180℃*100s)，得到磁胶片。

8)取步骤7)中交联硫化后的磁胶片，通过双表面过UV，得到柔性钕铁硼磁体。

对比例1

本对比例与实施例1的主要不同之处在于：进行磁场取向前没有进行加热保温处理。

具体地，一种柔性钕铁硼磁体，其原料组成同实施例1，其制备方法包括如下步骤：

1)用180目的气旋筛对钕铁硼磁粉进行筛分分级。

2)取过180目气旋筛的钕铁硼粉，加入铝酸酯偶联剂，在52HZ频率下搅拌30min。

3)取步骤2)处理好的钕铁硼磁粉，同橡胶和剩余的辅料一起在流通的氮气保护下投入密炼机中进行密炼。密炼时间约13min，密炼温度125℃。

4)取密炼好的料在已经预热到67℃的开炼机上开炼2.5min，取下开炼机上的料平摊在通风处3h。

5)取步骤4)处理后的料重新用密炼机混炼至92℃后用破碎机将物料破碎，然后将破碎后的粒料用压延机出成2.5mm薄片。

6)取步骤5)的薄片放入磁场强度为4T的脉冲磁场中取向一次。

7)取2片步骤6)处理过的薄片，通过压延机采用倍数叠压与双向压制方式再次压成0.5mm厚的片材，用平板硫化机对片材进行交联硫化(180℃*100s)，得到磁胶片。

8)取步骤7)中交联硫化后的磁胶片，通过双表面过UV，得到柔性钕铁硼磁体。

对比例2

本对比例2相较对比例1主要在一次密炼中没有通入氮气。

具体地，一种柔性钕铁硼磁体，其原料组成同对比例1(同实施例1)，其制备方法包括如下步骤：

1)用180目的气旋筛对钕铁硼磁粉进行筛分分级。

2)取过180目气旋筛的钕铁硼粉，加入铝酸酯偶联剂，在50HZ频率下搅拌30min。

3)取步骤2)处理好的钕铁硼磁粉，同橡胶和剩余的辅料一起投入密炼机中进行密炼。密炼时间约14min，密炼温度130℃。

4)取密炼好的料在已经预热到68℃的开炼机上开炼2.5min，取下开炼机上的料平摊在通风处3h。

5)取步骤4)处理后的料重新用密炼机混炼至93℃后用破碎机将物料破碎，然后将破碎后的粒料用压延机出成2.5mm薄片。

6)取步骤5)薄片在0.15MPa的氮气保护下加热到135℃，保温30min，马上放入磁场强度为4T的脉冲磁场中取向一次，随后冷却至室温。

7)取2片步骤6)处理过的薄片，通过压延机采用倍数叠压与双向压制方式再次压成0.5mm厚的片材，用平板硫化机对片材进行交联硫化(180℃*100s)，得到柔性钕铁硼磁体。

对比例3

本对比例采用市场上常规工艺生产柔性钕铁硼磁体，即把钕铁硼磁粉和橡胶、辅料按9:7:3质量比，经高温密炼(125℃，13min)后压延出片，再倍数叠片成0.5mm片材。用平板硫化机对片材进行交联硫化(180℃*100s)，得到磁胶片。硫化后的磁胶片通过双表面过UV，得到柔性钕铁硼磁体。

性能测试

磁性能和物理性能测试

对实施例1和对比例1～3的柔性钕铁硼磁体进行磁性能和物理性能测试，结果如下表所示：

表2.磁性能和物理性能测试结果

通过比较实施例1和对比例1可知，实施例1通过在磁场取向前进行加热并保温，所得柔性钕铁硼磁体的磁性能更高。通过比较对比例1和对比例2可以发现，通过在密炼阶段通入氮气保护，可降低钕铁硼磁粉高温氧化下不可逆磁损失Hirr导致磁性能降低。同时，与市场上常规工艺生产的柔性钕铁硼磁体相比，实施例1柔性钕铁硼磁体的磁性能有了较大的提高。与对比例3相比，两段氮气保护法可明显提高钕铁硼磁片的磁性能。

耐腐蚀性测试

对实施例1和对比例1～3的柔性钕铁硼磁体进行耐腐蚀性能测试(测试条件：65℃，5％NaCl，48h)，结果如下表所示：

表3.耐腐蚀性能测试结果

测试结果反映，实施例1和对比例1的柔性钕铁硼磁体在5％NaCl溶液中浸泡48h后表面无铁锈、无掉粉现象，同时厚度变化极小。对比例2的柔性钕铁硼磁体经处理后表面出现少量铁锈、少量掉粉现象，同时厚度变化相较实施例1和对比例1变大，可能是由于对比例2未经UV表面处理，导致其耐腐蚀性下降。而对比例3的柔性钕铁硼磁体表面出现铁锈、掉粉多，可能是由于常规生产工艺中未对钕铁硼磁粉进行粒度分级筛分处理和偶联化处理。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。