原標題:磁性材料的研究進展
摘要:文章綜述了磁性材料的發展歷史,其基礎概念與主要分類,根據磁性材料的應用研究,探討其未來的發展前景。
關鍵詞:磁性塑料;復合型;應用;高分子
1磁性塑料的發展歷史
1.1磁性塑料的世界發展情況
20世紀70年代,人們利用共沉淀法制備了磁性液體材料。1988年,巨磁電阻效應的發現,引起了世界各國的關注,掀起了納米磁性材料的開發和應用研究熱潮。磁性塑料在國外發展較快。在磁性塑料中增長最快的是各向同性Nd Fe B,從1987年至1994年僅6年就增長了37倍。到2004年其增長值將達到22億美元。在2000年日本磁性塑料的產能已達到近4萬噸,美國為近8萬噸。各向異性材料已獲得較大的發展。2002年時。填充稀土類磁粉制作的磁性塑料產量不大,但其在所有磁體中發展速度最快,平均增長率為35 %.
21世紀前十年,由于市場需求十分旺盛,全球磁性塑料的產量以每年10 %~14 %的速度遞增。之后,隨著生產技術的不斷進步和應用范圍的逐步擴大,磁性塑料的品種、產量和需求量將會不斷增加,發展前景廣闊[1].雖然截止今日磁性高分子理論和應用的探索還處于初級階段,但無機納米材料的研究在2012年已初見成效,聚合物磁性納米材料和有機高分子、無機復合的磁性納米材料也成為了當時該領域研究的熱點。
近年來,人們對結構型磁性高分子材料的研究取得了一定進展,合成了許多有機磁性高分子材料,但是,如何提高有機高分子的磁性還需要進一步研究。目前的磁性塑料就是指復合型高分子材料中以塑料為私結劑的磁性體,俗稱塑料磁鐵。這類磁性塑料是國外首先研制成功的新型復合塑料,它兼具塑料和磁性材料的特性,盡管磁性不如傳統的燒結磁鐵或鑄造永磁鐵強,但其機械加工性能好,能充分利用塑料易成型、生產效率高的優點,可成型形狀復雜的制品,且尺寸比較精確。
有機高分子磁性材料作為一種新型功能材料,在超高頻裝置、高密度存儲材料、吸波材料和微電子等需要輕質磁性材料的領域具有很好的應用前景。室溫穩定且具有實用價值的有機高分子磁性材料一直是該領域研究的熱點。
1.2磁性塑料的國內發展情況
我國磁性塑料的研制始于1984年。隨著電冰箱生產的發展,在1989年從國外引進了水磁條生產線并能進行仿制生產。1995年,我國生產各向同性磁性塑料5280噸,其中用于生產會聚組件的160噸;同年,我國生產各向異性磁性塑料6480噸。由原化工部、電子部聯合上海磁性材料廠、天津磁性材料廠、899廠、880廠、906廠及北京市化工研究院等聯合攻關“七五”國家重點科技攻關項目,實現了磁性塑料顆粒料和壓延擠出磁性塑料的國產化。北京化工研究院與北京塑靈公司合作研制并成功了磁場注射機并已投入了生產。標志著在我國磁性塑料開始走向實際應用。2000年,磁性塑料的世界年需求增長率為13 %,我國的磁性記錄材料可達1000億,并將大力發展錄音帶、錄相帶、軟磁盤等主要品種的系列化與標準化產品。磁介質也將廣泛應用鈷-鐵氧體,鋇-鐵氧體。2000年國內生產各向同性磁性塑料6500噸,各向異性磁性塑料1600噸。隨著電子、汽車產業的快速發展和各種制品的小型化、輕量化、集成化,會使今后的各向異性磁性塑料的需求快速增加??傊?,磁性塑料的需求將日益增加,磁性塑料的市場前景廣闊[2].
2磁性塑料的分類
高分子磁性材料是一種能夠記錄聲、光、電等多種信息并且能夠重新釋放的功能高分子材料,在現代科學技術的重要基礎材料中占有一席之地。高分子磁性材料一般分為結構型和復合型,結構型磁性材料是指本身具有強磁性的高分子材料;復合型磁性材料是指以塑料或橡膠為私結劑與磁粉混合私結加工而制成的磁性體。眾多高分子磁性材料中,磁性塑料是較為常用的一種。磁性材料一般以復合型為主,它是以塑料為粘結劑,輔以適合助劑,與磁粉混合后得到的材料,是已經實現商品化生產的重要高分子磁性材料。磁性塑料的性能主要取決于磁粉材料,并與所用的合成樹脂、磁粉的填充率及其成型方法有密切的關系。
復合型磁性塑料目前已經實現商品化,它主要由樹脂及磁粉構成,樹脂起粘接劑作用,磁粉是磁性的主要授體,磁性塑料根據磁性填料的不同可以分為鐵氧體類、稀土類和納米晶磁類。復合型磁性塑料根據不同方向磁性能的差異又可分為兩大類:一類是磁性粒子的最大易磁化方向是雜亂無章排列的,稱為各向同性磁性塑料,這種磁性塑料的磁性能較低,最早出現的磁性塑料是由鋇鐵氧體作為基礎磁性材料制成。另一類是在加工過程中通過外加磁場或機械力,使磁粉的最大易磁化方向順序排列,稱作各向異性磁性塑料,使用較多的是惚鐵氧體磁性塑料,在相同材料及配比條件下,各向同性磁性塑料磁性能僅為各向異性磁性塑料的1/2~1/3[3].
磁性塑料的性能主要取決于磁粉材料,并與所用的合成樹脂、磁粉的填充率及其成型方法有密切的關系。評價磁性塑料的技術指標有剩余磁通密度((Br)、矯頑力(b Hc)、內稟矯頑(i Hc)和最大磁能積(BH)max)。
磁性塑料的連續最高使用溫度雖然低于金屬磁鐵,但熱穩定性尚好,在150℃空氣中加熱1000 h磁性無變化,外觀無異?,F象;在較高溫度下,只要無瞬間負荷的動態應力作用,則不影響其使用。磁性塑料的化學穩定性好,在酸、堿、有機溶劑、油類和水中,于常溫下浸漬10 d后,一般僅增加質量0.2 %~0.5 %,磁性和外觀無異常變化;磁性塑料經低溫(-40℃)、高溫(130℃)、熱循環、浸漬、耐濕、風化和鹽霧等試驗后,其質量、外觀和磁性變化很小,力學性能雖有所下降,但拉伸強度仍能保持在30MPa左右,不影響其使用。磁性塑料的主要優點是:密度低,沖擊強度較高,制品可進行切割、切削、鉆孔、焊接、層壓和壓花紋等后加工,且使用時不會發生碎裂;尺寸變化小,易加工成尺寸精度高、薄壁或復雜形狀的制品,且可與元件整體成型??傊?,磁性塑料制品脆性低,磁性穩定,易于裝配,對電磁設備實現小型化、輕量化、精密化和高性能化的目標起著關鍵的作用[4].