磁性塑料的磁性能及影响因素分析

1.磁性能指标

评定磁性能的主要指标有剩余磁通密度或称为磁感应强度B_r、矫顽力（bH_c）、内禀矫顽力（iH_c）和最大磁面积[（BH）max]等有关磁性能的指标及定义已于第四章中详细介绍过。

2.影响磁性能的因素

磁性能是由复合材料中的树脂（基体或粘结剂）及磁性材料的性能组合而成的，因此其指标值主要取决于树脂、磁粉品种、规格、性能及成型工艺等因素。

（1）树脂及磁性材料品种的影响 磁性塑料的典型磁性能见表16-54。

（2）磁粉品种的影响 磁性塑料中磁粉填料为永久性磁性材料，其中铝镍钴粉的磁性最好，指标值高，磁导率高铁氧体有锶铁氧和钡铁氧体两种，其矫顽力大，但磁导率小，密度小，强度差，价格低，电阻率高，可用于高频场合。在磁场强度<150kA/m时，钡铁氧体的B值比锶铁氧体高。稀土类磁材为金属化合金，磁性能优异，B·H_max值比铁氧体高10倍，其B>0.43～0.45T，（BH）max>4.9～68T·A/m，加工特性也好，磁性能稳定，磁导率与空气相近，但价格较高，适于制作小型化、轻量化、精密化要求的精密机电设备和仪器仪表中用的磁性元件。

表16-54 磁性塑料的典型磁性能

①1对5型为SmCo₅，2对17型为Sm₂（Co、Fe、Cu、M）₁₇型。(www.xing528.com)

（3）磁粉含量的影响 在复合磁性塑料中一般选用粒径为1～2μm的磁粉。材料磁性能随磁粉含量的增大而升高，且填充量远大于普通的填充改性塑料，一般含量必须>87%（质量分数）后才能具有磁性能，有些品种的磁粉含量甚至高达95%（质量分数），但如果磁粉含量再高则变成纯磁铁，而完全失去磁性塑料的意义。另外，高填料含量对磁性塑料的流动性、磁粉分散性也会带来很大副作用，从而直接会影响材料的物性及磁性。

随着填料量的增大，粒料更容易聚积，形成网络结构，物料表观粘度迅速增高，且趋向于非牛顿流体行为，使流动性变差，磁粉在磁化处理时取向困难，分散性差，则需用高剪切应力和高速率成型，才可破坏粉粒的聚积，提高均匀分布性。如采用小截面进料口、高速注射、或多次折叠压延等工艺，但高速成型时剪切热增高，也会导致树脂分解和磁性降低等问题。由此可见，磁粉含量增大虽可提高磁性能，但会使树脂的物性和加工性下降，需统筹兼顾。

另外，磁粉粒径大小对磁性能也有影响，粒径越小、越易聚积，分散性差，取向不良；但粒径大，则粒间间隙大，会使导磁性降低。

（4）树脂品种的影响 在磁性塑料中虽然树脂用作为粘结剂，但它对磁性塑料的物性、磁性和加工性有重要的影响。对树脂的选用有严格的要求，所选用的树脂需具有良好的流变特性，在树脂在混炼阶段中应能将磁粉分散，防止聚积形成网络；在加热加压阶段树脂熔体有良好的渗透及包覆性，能渗入磁粒界面之间，用树脂将磁粉包覆起来，且在磁化阶段熔体应允许磁粉轻便地取向游移，然后在固化阶段固定磁粉取向位移并熔结成一体，起到制品的骨架材料作用，将承担制品各项使用性能的任务。由此可见，树脂要承担多种功能，如在制作电冰箱磁性门条时，因磁性能要求不高，但要求柔软性，因此可选用磁粉含量低一些的橡胶、热塑性弹性体或天然胶等配方料，而在制作磁性能要求高的制品时，则要配制磁粉含量高的配方料，且要选用性能优良，流动性好的树脂，如PA、PPS等结晶型树脂。总之，应按制品的使用性能、磁粉品种和含量选用适当的树脂，应保证树脂与磁粉相容性好，填充系数大（分散性好），流动性适当，热稳定性好，树脂成型特性与制品成型工艺要求相匹配。

（5）磁粉与树脂相容性的影响 多数磁粉为亲水憎油性物质，其性能与塑料相反，且塑料表面自由能低，所以对磁粉润湿性差，相容性不良，而且填充量如此大，所以必须要解决其相容性差的问题。其相容程度大小，对制品使用性、加工性和磁性能的好坏都有直接的影响。因此，需对磁粉进行偶联处理，通过偶联剂使两者亲合起来，提高相容性。另外，为了使树脂能充分地将大量的磁粉逐个包裹起来，常可加入表面活性剂，使其混炼时磁粉充分分散，不凝集，成为稳定、细微、均匀分布的包膜颗粒。由此可见，偶联化处理、表面活性化措施都是影响磁性塑料性能的重要环节。

（6）成型工艺的影响 磁性塑料制品可采用注射、模压、压延、挤出等各种工艺加工，但无论哪一种工艺，制品必须经磁化处理后才能具有磁性。磁化处理方法可分为两类，一类是制品在磁场作用条件下成型，另一类是制品成型后再在磁场作用下磁化处理。两类方法的目的都是使磁粉进行充磁磁化。但是磁化前，磁粉与树脂的结合性、磁粉随树脂分布的反向性对磁性强弱有直接的影响，如成型温度高，则流动性好，但易发生树脂与磁粉分离，分布不均等问题，又如，注射成型时压力大、注射速度快、浇口截面小或压延成型时辗压次数多、厚薄变化大等都可提高取向性，增大磁性能。再如，用涂覆、浇注及模压成型，则制品为各向同性磁材，其磁性能要比各向异性磁材低1/2～2/3。

综上所述，成型工艺及成型工艺条件对磁性塑料物性及磁性都有较大的影响。