磁功能復(fù)合材料范文

1、.磁功能復(fù)合材料簡(jiǎn)介磁性產(chǎn)品種類(lèi)繁多，應(yīng)用廣泛，在軍事裝備電子化及高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中起著重要 作用，磁功能復(fù)合材料僅是其中的一個(gè)分支。磁功能復(fù)合材料一般由粉末材料填充形成， 體積含量為298%,而基體可以為金屬、玻璃、聚合物等。磁功能復(fù)合材料可將磁能轉(zhuǎn) 化為機(jī)械能，也可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為磁能。從磁功能復(fù)合材料組成看，它是一種介于高 分子材料和磁性材料之間的功能型材料，對(duì)于這類(lèi)材料的研究我們稱之為邊緣科學(xué)或交 叉科學(xué)。磁功能復(fù)合材料是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高分子功能材料，是現(xiàn)代科 學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料之一。磁功能復(fù)合材料按組成可分為結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型兩種， 結(jié)構(gòu)型磁功能復(fù)合材料是指聚合

2、物本身具有強(qiáng)磁性的磁體；復(fù)合型磁功能復(fù)合材料是指以橡膠或塑料為粘合劑與磁性粉末混合粘結(jié)加工而制成的磁體。磁功能復(fù)合材料的主要優(yōu)點(diǎn)是：密度小、耐沖擊強(qiáng)度大，制品可進(jìn)行切割、鉆孔、 焊接、層壓和壓花紋等加工，而且使用時(shí)不會(huì)發(fā)生碎裂。它可以采用一般塑料通用的加 工方法（如注射、模壓、擠出等）進(jìn)行加工，易于加工成尺寸精度高、薄壁、復(fù)雜形狀 的制品，可成型帶嵌件制品，對(duì)電磁設(shè)備實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化、精密化和高性能化的目 標(biāo)起著關(guān)鍵的作用，因而越來(lái)越多為人們所重視，是一種很有前途的基礎(chǔ)功能材料。結(jié)構(gòu)型高分子磁性材料作為結(jié)構(gòu)型高分子磁性材料的磁功能復(fù)合材料最早是由澳大利亞的科學(xué)家合成的 PPH聚合物（聚雙-2

3、,6-叱噬基辛二月青）。它具有耐熱性好，在空氣中加熱至300c亦不會(huì)分 解的特點(diǎn)，但它不溶于有機(jī)溶劑，且加工成型比較困難。后來(lái)，美國(guó)科學(xué)家用金屬鈾和 四氟乙烯塑料聚合制成磁性高分子， 它可以在不高于77 c的溫度下保持穩(wěn)定的磁性，但 這類(lèi)聚合物尚處于探索階段，離實(shí)用化還有一定的距離。此類(lèi)聚合物的設(shè)計(jì)有兩條途徑：（1）根據(jù)單疇磁體結(jié)構(gòu)，構(gòu)筑具有大磁矩的高自旋 聚合物；（2）參考a-F8金紅石結(jié)構(gòu)的鐵氧體，對(duì)低自旋高分子進(jìn)行調(diào)整，從而得到高 性能的磁性聚合物。常見(jiàn)的有聚苯硫醴-SQ體系、聚乙烘-AsFs體系以及二茂鐵金屬高分 子有機(jī)磁性材料。日本東京大學(xué)物性研究所野忠教授等合成的“PPH硫酸鐵”有

4、機(jī)高分子強(qiáng)磁性材料，是在澳大利亞科學(xué)家合成的PPH的基礎(chǔ)上經(jīng)改進(jìn)制得的，能顯示出較 強(qiáng)的磁性。我國(guó)對(duì)結(jié)構(gòu)型高分子磁性材料的研究始于 20世紀(jì)80年代中期，科研人員利用新型 磁功能復(fù)合材料已研制出功率分配器、射頻振蕩器等15種磁性元器件，這些元器件具有高頻信號(hào)損失小、溫度系數(shù)低、相對(duì)密度低、體積小、易加工等特點(diǎn)，是電子信息領(lǐng) 域較具有發(fā)展?jié)摿Φ男滦痛判圆牧?。?fù)合型高分子磁性材料復(fù)合型磁功能復(fù)合材料現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，它主要是由樹(shù)脂及磁粉構(gòu)成。其中樹(shù) 脂起粘結(jié)作用，磁粉是磁性的主要受體，目前用于填充的磁粉主要是鐵氧體磁粉和稀土 永磁粉。復(fù)合型功能復(fù)合材料特性又可分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是磁性粒子最大易磁化

5、方向是雜亂無(wú)章排列的，稱為各向同性磁功能復(fù)合材料，這種復(fù)合材料的磁性能較低,一般有鋼鐵氧體類(lèi)粘結(jié)磁體和Nd-Fe-B類(lèi)稀土粘結(jié)磁體；另一類(lèi)是在加工過(guò)程中通過(guò)外加磁場(chǎng)或機(jī)械力，使磁粉的最大易磁化方向順序排列，稱 為各向異性磁功能復(fù)合材料，使用較多的是鍬鐵氧體磁功能復(fù)合材料。在相同材料及配 比條件下，各向同性磁功能復(fù)合材料的磁性能僅為各向異性磁功能復(fù)合材料的1/21/3。(1)鐵氧體類(lèi)磁功能復(fù)合材料：制作各向異性功能復(fù)合材料的方法主要有磁場(chǎng)取向 法和機(jī)械取向法。磁場(chǎng)取向法是將特定的磁粉與樹(shù)脂、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑等混合 后，在混煉機(jī)中進(jìn)行混煉、造粒，然后使用擠出機(jī)或注射劑成型，在成型的同時(shí)，外加

6、 一強(qiáng)磁場(chǎng)，使得磁粉發(fā)生旋轉(zhuǎn)順序排列，制成各向異性磁功能復(fù)合材料制品。機(jī)械取向 法是應(yīng)用特定的片狀磁粉與樹(shù)脂、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑等混煉塑化后，用壓延機(jī)使 磁粉在機(jī)械力的作用下發(fā)生順序排列取向。(2)稀土類(lèi)磁功能復(fù)合材料：填充稀土類(lèi)磁粉制作的磁功能復(fù)合材料屬于稀土類(lèi)磁 功能復(fù)合材料。稀土磁粉出現(xiàn)后，樹(shù)脂粘結(jié)磁體飛速發(fā)展。作粘結(jié)劑的高分子主要是橡 膠、熱固性樹(shù)脂和熱塑性樹(shù)脂。橡膠類(lèi)粘結(jié)劑包括天然橡膠和合成橡膠，主要用于柔性 復(fù)合磁體的制造，但與塑料相比，一般成型加工困難。熱塑性粘結(jié)劑主要為聚酰胺、聚 丙烯、聚乙烯等。聚酰胺(PQ類(lèi)最為常見(jiàn)，綜合考慮機(jī)械加工性、耐熱性、吸濕性， 目前最常見(jiàn)的PA

7、基體是尼龍6、尼龍66等。日本一項(xiàng)專利用尼龍與聚烯爛復(fù)合樹(shù)脂作 基體粘結(jié)稀土磁粉所得材料，其熔體流動(dòng)性有所增強(qiáng)，可以加工成形狀相當(dāng)復(fù)雜、磁性 能也相當(dāng)優(yōu)越的磁體。1983年日本開(kāi)發(fā)了性能優(yōu)良的稀土永磁材料 Nd-Fe-B,幾乎同時(shí)美國(guó)GM公司開(kāi)發(fā)了 用快淬法生產(chǎn)各項(xiàng)同性Nd-Fe-B磁粉的新工藝。之后該公司又與日本大同制鋼公司合作， 在原有MQP-A磁粉基礎(chǔ)上，通過(guò)添加少量 Nd,成工地開(kāi)發(fā)出一種能用于180c的超耐 熱磁粉，大大提高了 Nd-Fe-B磁粉的工作溫度。1990年，日本三菱材料公司利用稀土金 屬間化合物吸氫的特性開(kāi)發(fā)出一種建立在全新構(gòu)思基礎(chǔ)上的HDDR法，用這種方法制得的粉末具有

8、800KA/m以上的矯頑力，晶粒尺寸約為 0.3 m。同時(shí)該方法通過(guò)在合金中 添加Ga、Zr和Hf等微量元素，生產(chǎn)出各向異性磁粉，由該磁粉制成的粘結(jié)磁體，最大 磁能積可達(dá)144KJ/m3。Nd-Fe-B粘結(jié)磁體的成型工藝主要有：壓縮成型、注射成型、擠出成型和壓延法。其 中應(yīng)用最多的是壓縮成型，其主要工藝過(guò)程是：將稀土磁粉進(jìn)行表面包覆處理后與熱固 性樹(shù)脂混合均勻，用750MPa的壓力壓縮成型，在150170c固化。通常使用液態(tài)雙組 份環(huán)氧樹(shù)脂或酚醛樹(shù)脂作粘結(jié)劑。稀土類(lèi)磁功能復(fù)合材料與燒結(jié)稀土磁體相比，雖然在 磁性和耐熱性方面要差一點(diǎn)，但其成型性和力學(xué)性能優(yōu)良，組裝及使用方便，廢品率低，這是燒結(jié)磁

9、體無(wú)法比擬的。稀土類(lèi)磁功能復(fù)合材料性能雖不如燒結(jié)稀土磁體，但卻優(yōu)于 鐵氧體磁體，而且各向異性 Nd-Fe-B粘結(jié)磁體在尺寸、質(zhì)量和性能等方面均較鐵氧體類(lèi) 粘結(jié)磁體有明顯優(yōu)勢(shì)。例如，HDD主軸電機(jī)改用Nd-Fe-B粘結(jié)磁體，等效質(zhì)量可降低9/10 以上。.磁功能復(fù)合材料的種類(lèi)磁功能復(fù)合材料可分為磁性橡膠、磁性塑料、磁性高分子微球、磁性薄膜等。磁性 橡膠、磁性塑料在技術(shù)上已較為成熟，廣泛用于電子儀表、通訊、日用品等諸多領(lǐng)域， 對(duì)電磁設(shè)備實(shí)現(xiàn)小型化、輕量化、精密化和高性能化的目標(biāo)起著關(guān)鍵的作用。磁性高分 子微球、磁性聚合物膜是目前研究的熱點(diǎn)。磁性塑料磁性塑料是一種重要的功能材料。通過(guò)改變高分子聚合物

10、基體和磁性填充物的種類(lèi)， 可以充分體現(xiàn)各組分的特性及整體效應(yīng)，獲得滿足不同應(yīng)用要求的磁性塑料。直接填充 法是制備磁性塑料最常用的方法，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。但用該法制備納米磁性物質(zhì)/高分子聚合物復(fù)合材料時(shí)，極易形成較大粒徑的團(tuán)聚體，這樣磁性塑料中的納米物質(zhì)很 難發(fā)揮其獨(dú)特作用?？赏ㄟ^(guò)以高分子微球的形式，將納米鐵氧體引入到高分子聚合物基 體中，組成新的磁性物質(zhì)填充體系，賦予納米鐵氧體在聚合物基體中更佳分散性。同傳統(tǒng)燒結(jié)型磁性材料相比，磁性塑料具有如下特點(diǎn)：(1)磁性塑料在成型加工中，制品收縮率小，可以生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品，不需再用機(jī) 械加工，即可直接使用，而且磁性穩(wěn)定、易于裝配，在生產(chǎn)小型化、輕量化、

11、密度化和 高性能化的電磁設(shè)備中起著關(guān)鍵的作用。(2)加工性能好，可生產(chǎn)齒輪、螺紋、異型孔和薄壁型等外觀復(fù)雜的產(chǎn)品，可整體 成型。(3)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益好，成本低，其價(jià)格僅為燒結(jié)磁體的1/3左右。(4)由于合成樹(shù)脂包裹著磁性材料，使磁體有較高的抗沖擊強(qiáng)度、彈性和韌性。與 傳統(tǒng)的燒結(jié)材料相比，其拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度也有很大的提高。由于質(zhì)量輕， 所以能使制品輕量化，可減少運(yùn)輸?shù)荣M(fèi)用，并且其磁性能可以調(diào)節(jié)。磁性高分子微球磁性高分子微球是將高分子與磁性無(wú)機(jī)物通過(guò)包埋、單體聚合等方法結(jié)合形成的具 有磁性、粒徑為幾納米到幾百微米不等的特殊結(jié)構(gòu)微球，具有超順磁特性，即在外部磁 場(chǎng)作用下，磁性微球

12、可迅速?gòu)姆稚⒔橘|(zhì)中分離出來(lái)；撤去外部磁場(chǎng)，磁性微球又可重新 懸浮于分散介質(zhì)中，無(wú)殘余磁性。它具有高分子微球的特征，可通過(guò)聚合、表面修飾等 在磁球表面引入各種不同性質(zhì)的官能團(tuán)，廣泛應(yīng)用于分子生物學(xué)、體外臨床診斷、環(huán)境與食品分析等領(lǐng)域。納米磁性高分子微球按結(jié)構(gòu)大致可分為兩類(lèi)：核-殼結(jié)構(gòu)和三明治結(jié)構(gòu)。核-殼式納米 磁性高分子復(fù)合微球的核可以是聚合物也可以是無(wú)機(jī)磁性材料；三明治結(jié)構(gòu)外層和內(nèi)層為聚合物，而中間為無(wú)機(jī)磁性材料。由于核為磁性無(wú)機(jī)物，殼為聚合物的納米磁性高分 子復(fù)合微球制備相對(duì)容易，且可通過(guò)共聚、表面改性等手段在聚合物表面接上多種反應(yīng) 性功能基團(tuán)，因此研究報(bào)道較多。龔榮洲等曾采 用原位生成法制

13、備 出猷鼠鉆/納米鐵微球，比飽和磁化強(qiáng)度為 76.3Am2/kg,矯頑場(chǎng)為4.15KA/m,熱穩(wěn)定性高于150C,與甲基硅油組成的磁流變液有 良好的抗沉降性。Wan等對(duì)T -F62O3/PANI和Fe3OPANI納米復(fù)合物的制備及性能進(jìn)行 了研究，但所制備的復(fù)合物室溫電導(dǎo)率低（10-410-5S/cm）,矯頑場(chǎng)低（Hc=0）,由于合 成方法的原因其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也很難控制。Deng等在此基礎(chǔ)上曾將磁性氧化鐵粒子用 PANI 包裹制成具有核-殼結(jié)構(gòu)的電磁納米復(fù)合材料，但發(fā)現(xiàn)將該復(fù)合物侵入3mol/L的硫酸時(shí)， 由于PANI結(jié)構(gòu)的無(wú)內(nèi)聚（不粘結(jié)）力，氧化鐵磁核要脫落。隨后提出的改進(jìn)合成方法 是分散有F

14、qO4納米微粒的水溶液中原位聚合苯胺單體和苯胺 -甲醛縮聚物（AFQ得到 核-殼結(jié)構(gòu)的Fe3O4-交聯(lián)聚苯胺（CLPANJ復(fù)合物，分析表明該復(fù)合物表現(xiàn)出鐵磁行為， 具有高飽和磁化強(qiáng)度（Me=4.2219.22emu/g）,高矯頑場(chǎng)（Hc=28Oe）,其電導(dǎo)率取決 于FO4含量和摻雜程度，且由于FO4粒子和CLPANI間存在某種相互作用使得復(fù)合物 的熱穩(wěn)定性增加。磁性聚合物膜大塊磁性材料多以薄膜形式出現(xiàn)。 磁性聚合物膜材料既具有磁記錄、磁分離、吸波、 縮波等磁特性，又具有質(zhì)輕柔韌、加工性能優(yōu)越等特點(diǎn)，可用作高磁記錄密度的高分子 磁膜、分離膜、電磁屏蔽膜，從而在功能性記憶材料、膜分離材料、隱身材料

15、、微波通 訊材料等多種軍用、民用領(lǐng)域獲得重要用途。早期復(fù)合膜的應(yīng)用,主要是講超細(xì)鐵氧體磁粉和聚合物基復(fù)合再涂覆在聚酯薄膜上 形成記錄用磁帶。隨著人們對(duì)尖端膜材料、先進(jìn)成膜技術(shù)的發(fā)展，對(duì)膜結(jié)構(gòu)的控制，及 對(duì)膜的物理、化學(xué)行為的深入研究，將膜作為提供特異的反應(yīng)場(chǎng)、信息傳遞場(chǎng)、能量轉(zhuǎn) 化場(chǎng)等特異功能的功能材料的研究和應(yīng)用增多。鍥鐵合金磁性材料通過(guò)電鍍嵌入聚硅烷彈性薄膜，在外加磁場(chǎng)作用下，膜中磁性部 分產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩導(dǎo)致膜的變形。該磁性膜器可用作微流系統(tǒng)中的微泵裝置、高分辨率輕 小光學(xué)鏡面及磁開(kāi)關(guān)。利用電沉積技術(shù)結(jié)合模板合成法制備的磁性微米、納米膜可用作 高密度可擦寫(xiě)磁記錄材料、微波基板材料。在基體膜上

16、涂覆壓電磁性材料。當(dāng)機(jī)械壓力 施加于膜，膜的壓電磁特性能引起磁導(dǎo)率變化，與微型螺線圈構(gòu)成磁心電感器，用于遠(yuǎn) 程傳感。運(yùn)用在水分散相中制備鐵磁納米粒子的技術(shù)，結(jié)合多分子層自組裝技術(shù)，可制 成有機(jī)-無(wú)機(jī)多層復(fù)合膜，它綜合了磁性納米粒子的特性及聚合物的可加工性，具有獨(dú)特的機(jī)械、電、光、磁性質(zhì)，可用于發(fā)光二極管、抗蝕保護(hù)層、膜傳感器、導(dǎo)電層、非 線性光學(xué)器件及氣體分離膜。.磁功能復(fù)合材料發(fā)展概況和應(yīng)用由于磁功能復(fù)合材料的生產(chǎn)可采用多種復(fù)合技術(shù)，因此在高聚物成型加工技術(shù)高度 發(fā)達(dá)的今天，磁功能復(fù)合材料得到了迅速地發(fā)展。磁功能復(fù)合材料中產(chǎn)量增長(zhǎng)最快的是各向同性Nd-Fe-B粘結(jié)磁體，它是稀土類(lèi)功能復(fù)合材料

17、所占份額最大的一種材料。在過(guò)去的20年中，Nd-Fe-B粘結(jié)磁體已成工地占據(jù)了 市場(chǎng)，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于家用電器和辦公用品，預(yù)計(jì)今后其在計(jì)算機(jī)外設(shè)中的應(yīng)用還會(huì) 繼續(xù)增長(zhǎng)。我國(guó)的磁功能復(fù)合材料發(fā)展較晚，20世紀(jì)80年代初隨著電冰箱生產(chǎn)的發(fā)展，從國(guó)外 引進(jìn)電冰箱門(mén)封條生產(chǎn)線。隨后國(guó)內(nèi)進(jìn)行了仿制，年產(chǎn)磁條約 3000t,除供國(guó)內(nèi)電冰箱 使用外，還有部分出口。但對(duì)于微電機(jī)及彩色電視機(jī)顯像管會(huì)聚組件用磁功能復(fù)合材料 等性能較高的塑料磁體研究較少。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較多的是鐵氧體磁功能復(fù)合材料和稀土 類(lèi)磁功能復(fù)合材料。鐵氧體磁功能復(fù)合材料價(jià)格低廉磁性能較低，稀土類(lèi)磁功能復(fù)合材 料性能較高，價(jià)格昂貴，適用于小型器件

18、。鐵氧體磁性材料有一個(gè)重要的特性是不導(dǎo)電，因而適用于具有高頻磁場(chǎng)的地方。同 時(shí)它可選擇不同性質(zhì)的塑料作為基材制成剛性或柔性制品，使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)較較燒結(jié)磁體更為靈活。其市場(chǎng)要求情況如下所示。(1)直流微電機(jī)用磁體：直流微電極中必須有一個(gè)磁場(chǎng)，通常微型直流電機(jī)的磁場(chǎng) 是永磁體產(chǎn)生的。我國(guó)微電機(jī)年產(chǎn)量上億臺(tái)，僅大連萬(wàn)寶至公司每月產(chǎn)量就達(dá) 600萬(wàn)支， 每種型號(hào)年需求磁功能復(fù)合材料條 7200萬(wàn)條。(2)氣動(dòng)元件磁環(huán)：氣動(dòng)元件磁環(huán)是用于氣缸中與磁性傳感器協(xié)作控制氣缸動(dòng)作的 元件。目前國(guó)內(nèi)有氣動(dòng)元件廠 136家。另外日本SMC公司在北京建立了北京工廠，年 需磁環(huán)5000萬(wàn)支，韓國(guó)丹海公司年需磁環(huán) 360

19、萬(wàn)支，中國(guó)臺(tái)灣金器公司年需磁環(huán) 1000 萬(wàn)支。(3)汽車(chē)儀表磁環(huán)：隨著我國(guó)汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，儀表工業(yè)也迅速發(fā)展起來(lái)。北京儀 表廠從日本引進(jìn)了儀表生產(chǎn)線為北京吉普車(chē)配套，上海也引起生產(chǎn)線為桑塔納配套。(4)裝飾減震磁體：國(guó)外高檔汽車(chē)對(duì)車(chē)內(nèi)的寧?kù)o度有較高的要求，據(jù)資料報(bào)道，每 輛車(chē)中需要幾公斤的磁體分別安裝在頂、邊、門(mén)上，從而改變板金結(jié)構(gòu)的震動(dòng)頻率，提 高車(chē)內(nèi)的安靜度。由此可見(jiàn)，磁功能復(fù)合材料是一技術(shù)含量高、市場(chǎng)急需、效益較好的 高新技術(shù)產(chǎn)品，生產(chǎn)磁功能復(fù)合材料具有廣泛的市場(chǎng)，一定能取得極好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。磁功能復(fù)合材料和導(dǎo)電塑料作為新型功能材料，以其固有的特性而廣泛用于電子、 電氣、儀器儀表、通訊、文教、醫(yī)療衛(wèi)生以及日常生活中的諸多領(lǐng)域中，其