粘结磁体注射成型技术介绍

作者: cnpim CNPIM 2009年09月10日


   永磁材料是发现和使用*早的一类磁性材料,也是目前种类繁多、进展迅速和应用广泛的磁性材料.已经成为与半导体等并驾齐驱的4大基础功能材料之一。目前工业化生产的永磁材料主要有铝镍钻(AlNiCo)、铁氧体(Ferrite)、钐钴(SmCo)和钕铁硼(NbFeB)等4类。传统永磁材料的共同缺点是易损、易碎、为满足尺寸和外观的要求需要进行后加工时难于制成复杂的形状等。粘结永磁体正是为克服这些缺点应运而生的。
  粘结永磁与传统烧结永磁相比,具有诸如批量生产性好、产品尺寸精度高、易成型复杂形状磁体、机械强度高、密度低、可一体化成型、可制成各向异性磁体以及可以再生利用等一系列的优点,因此获得了广泛的应用粘接磁体是指用永磁粉末混入一定比例的粘接剂,按一定的工艺而制成的一种磁体,因永磁粉末种类、粘接剂种类、成形方法、*终磁体的性质不同而异 按其生产工艺可以分为4类:压缩成型(compression)、注射成型(injection molding)、挤压成型(extrusion)、压延成型(calendering),其中的注射成型是指将加热的混炼料强制通过螺杆注入模腔固化成型。由于可以制作形状复杂的产品及组件,且产品尺寸精度高,因此在国外将注射成型称为近终形成型(near net shape)。
  研究表明 ,粘接剂、磁粉含量、磁场注塑机和模具结构在磁体注塑中起着关键的作用。
  1 粘接剂
  塑料磁体的尺寸、形状、强度、耐腐蚀性以及成型时所需的流动性等主要是由粘接剂提供的。因此,对粘接剂的研究和开发十分关键。根据粘接剂在注塑磁体中的作用以及磁体生产工艺和磁体的使用要求.选择粘接剂时应该考虑的因素有:
  (1)良好的流动性;
  (2)良好的耐热性、耐候性、阻燃性、抗老化性等物理化学性能;
  (3)小的收缩率,以便保证磁体的尺寸精度;
  (4)在满足 :艺和使用性能的前提下尽量小的粘接剂用量,以保证较高的磁性能;
  (5)通过加入增塑剂、增强剂和耦联剂等来满足磁体的机械性能
  目前,磁体粘接剂一般选用多种组分配制而成的高分子合成粘接剂,其组成主要包括基料、助剂(耦联剂、增塑剂、增韧剂、稳定剂、抗老化剂、阻燃剂等)。除了基料和耦联剂是必须的成分外,其他成分视工艺和性能要求决定。
  1.1 基料
  目前粘接磁体所用的粘接剂基料主要是热塑性树脂,因为它具有流动性好、注塑工艺好控制、再生容易等优点。这类高分子材料主要有:聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯(PBT)、聚碳酸酯(PC)等;
  在以上高分子材料中,聚酰胺用得*多 由于聚酰胺树脂的吸水性强,可以选用反应注射成型(RIM)聚酰胺 。另外,为了适应诸如汽车发动机室等高温使用场合,可以采用芳香族聚酰胺(即分子链中含有苯环的),如HT—PA(1),HT—PA(2)的热变形温度分别为225 c和2l5℃ ,且抗压强度和抗冲击强度优越:新型PPS树脂具有直链状高分子特有的粘性、牢固的特性,热变形温度可达260℃ 以上,吸水率比聚酰胺类粘接剂要小。
  1.2 助 剂
  由于磁粉是无机物,而粘接剂是有机物,因此必须借助耦联剂将二者紧密结合起来。耦联剂同时还可以提高混和物的磁性能、流动性、粘接强度、耐热性和耐水性等。目前在磁体注塑成形中所用的耦联剂主要是有机硅烷耦联剂,如KH550。增塑剂可以改善粘接剂的流动性、可成形性和尺寸稳定性等,常用的有*醇和酚类。为了改善磁体的抗冲击性,常添加一些诸如苯二甲酸酯类的高沸点有机化合物作为增韧剂。为了提高粘接剂的稳定性,常使用抗氧化剂、热稳定剂、光稳定剂。另外,可加入滑石粉、二硫化钼等润滑剂来改善粘接剂的成形性,减少摩擦。
  今后,塑料磁体粘接剂的开发应主要集中在以下4个方面:
  (1)开发具有更好耐热性的粘接利,以适应快速发展的汽车产业;
  (2)开发粘性更好、流动性更强的粘接剂,以提高注塑磁体*大磁能积;
  (3)研究如何提高磁体与粘接剂相容性的工艺技术;
  (4)研究如何改善磁粉与粘接剂的结合力问题。
  2 磁粉含量
  随着磁粉含量的增加,所得塑料磁体的剩余磁通密度、*大磁能积和矫顽力都会提高。但是,磁粉含量的增加会使得熔体的流动性下降,不利于成型加工,而且磁体的抗弯强度也会下降。因此,应该综合考虑磁性能、加工性能和产品机械性能的影响,通过实验来确定*佳的磁粉含量。比如,据研究,当磁粉含量在91%(质量分数)时,NbFeB的上述综合性能*好 。
  3 磁场注塑机
  磁场注射成型机是制造塑料粘接磁体的关键设备。塑料粘接磁体和普通热塑性塑料成型时的根本区别在于:前者含有大量的磁性粉末,会引起各接触部件的严重磨损。混炼料流动性较差,用普通注射机难以注射成型。磁场注塑机主要有料筒、螺杆、喷嘴、充磁线圈、线圈电源、驱动装置和温控系统等部分组成。设计和制造磁场注塑机主要应考虑以下几个关键问题:
  (1)应能保证尽可能高的注射压力,这是顺利注射成形高磁性能磁体的重要条件。 且要保证足够的公称注射量,以提高产量。
  (2)料筒、螺杆和喷嘴应采用耐热、耐磨损、耐腐蚀性材料制造。比如:螺杆材料可以选择38CrMoAIA,并作渗氮处理;料筒可以选择耐热、耐磨、耐腐蚀的镍基合金或含钛模具钢制作,内表面作硬化处理。螺杆设计时不应设置逆流止流环,考虑到它所受的扭矩很大,设计时应使螺杆具有足够的强度一螺杆的驱动宜采用驱动力大而稳定的液压马达。 
  (3)线圈设计时要保证其达到足够的磁场强度,一般磁动势至少要达到6 000安匝以上。注射机拉杆间距设计时应考虑磁场线圈的拆卸方便。
  日本是粘结磁体专用注射成型机的主要制造国。目前,在开发这方面的成套设备方面,我国的投入还不够,而且力量比较分散。
  4 模具
  塑料磁体注射模具在浇注系统、冷却系统、排气系统和脱模系统等方面与一般的塑料注射模具并无大的差别,区别在于它需要将物质的磁性*大限度地表现出来,所以需要对模具进行磁场取向设计。
就其结构形式而言,模具分为两板模和三板模:前者结构简单,适合侧浇口结构,产品勾同性或轴向取向要求。后者比较复杂,适合点浇口结构,产品为径向取向或多极径向取向要求。  
  注射塑料磁体时,由于被注射材料的流动性差,因此它在流动和出模时的摩擦力大,控温范围窄,这些都对模具材料的选择提出了特殊要求:要求成形模具钢具有比较高的硬度、强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性,而且需合理地采用热处理工艺。更重要的是,为了在注射成型时施加磁场取向,取向磁场在模具中形成的磁路必须产生特定的取向要求 常用的取向方式有轴向取向、径向取向和径向多极取向。轴向取向和径向取向采用外部电流磁场提供磁路,前者只允许磁力线轴向穿过轴线方向,因此与制品径向接触的部位都要采用非磁性材料;而后者只有与制品径向接触的部位采用强磁性材料。多极径向取向则是采用永磁体形成磁路,这时需要将尺寸合理的强磁体沿型腔周边合理分布,以形成多个均匀分布的磁场,因此,这种取向方式需要将磁性材料和非磁性材料科学合理地组合在一起。比较常用的磁性材料有工业纯铁、铁钴合金等,非磁性材料主要是高强度不锈钢、铍铜等。  
  应特别注意对磁场的控制:在注射之前应首先形成磁场,并待磁场进入稳定状态时才开始注射。而在冷却开始的同时形成去磁状态,冷却结束时去磁状态也同时消失。  
  5 结论  
  注塑磁体为高精度工业用磁性器件,可广泛应用于电子、汽车、航空和其他领域。目前,日本等发达国家注塑磁体的产量已经占粘接磁体总产量的30% 以上.而且制成品精度高、磁性强。由于我国具有丰富的稀土资源,近年来从事注塑磁体研究和生产的单位也在逐渐增加。只有解决了塑料磁体生产中的关键技术问题,才能使我国在未来国际永磁市场上占有一席之地。 
 
 


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