一种高强度注塑磁性尼龙复合材料及其制备方法与流程

1.本发明属于磁性复合材料技术领域，具体地，涉及一种高强度注塑磁性尼龙复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.磁性复合材料与传统的电磁设备材料相比，密度小、韧性好、材料加工方便、成型精度高、环境适应性好。可以采用通用的塑料加工方法，如注塑、模压、压延、挤出等，制成形状复杂、壁厚薄、带嵌件的制品，可以实现电磁设备的轻量化、小型化、精密化和节能化。但是，磁性材料本身与树脂的表面不相容，界面间粘合性差。为了满足磁性能需求，其添加量往往又较高，材料极易团聚，分散性差，机械性能偏低，磁性能稳定差。
3.磁性复合材料往往以橡胶或塑料作为粘合剂与磁性材料混合加工，制成磁体。橡胶基材的磁性复合材料具有良好的耐候性和成型加工性，但因橡胶基材本身的硬度低、不耐冲击、容易吸附泥土等异物、使用寿命偏低、加工工艺复杂等原因，限制了其在交通工具零部件、计算机、电子器件等高新技术领域的应用。尼龙基材磁性复合材料可通过注塑加工，一体成型，精度高，有更高的加工效率，利于大规模产业化，且不需要成型前先裁切、成型后需切割等处理工序，同时产品表面光洁度好、耐磨性和耐冲击性能更好、易于装配。
4.目前，随着高分子领域产品的小型化、轻量化，越来越多的材料要求增加单位面积的磁力，需要更小厚度的产品来提高磁性产品检测的灵敏度。现有的磁性复合材料大多采用直接混合挤出，提高磁性材料的填充比例，势必导致材料的团聚和机械性能下降，且部分产品在注塑加工过程中会发生脆裂、变形等质量问题。因此，如何提高现有磁性材料与基体树脂间存在的相容性差、流动性低、韧性差、力学性能低下、成型精度低等问题，已成为目前该领域急需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.基于以上背景技术存在的问题，本发明提出了一种高强度注塑磁性尼龙复合材料的配方及其制备方法。通过将基体聚酰胺、磁性材料、润滑助剂、抗氧剂和其他添加剂按照一定比例加工制造出本发明高强度注塑磁性尼龙复合材料。得到的材料解决了现有技术中，高填充的磁性材料需求与良好的抗冲击性能和高力学性能难以兼顾的技术难题。
6.本发明所公开的材料具有良好的相容性，提高了磁性复合材料的拉伸强度、弯曲强度、抗冲击强度、耐磨损性、自润滑性，在注塑加工的过程中不会发生脆裂、变形，制得的产品外观光亮，磁响应性强，稳定性好，偏差小，环境适应性大大增强，使用寿命极大延长。本发明的另一个目的在于提供一种制备上述复合材料的方法，该方法工艺简单，可操作性高，可广泛应用于汽车、光电等精密技术领域。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
8.一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其所使用的原料按质量分数包括：基体聚酰胺5-35％、磁性材料50-90％、润滑助剂0-4％、抗氧剂0-3％、其他添加剂0-10％。
9.优选地，所述一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其原料按质量分数包括：基体聚酰胺5-20％、磁性材料65-90％、润滑助剂0-3％、抗氧剂0-2％、其他添加剂0-5％。
10.优选地，所述基体聚酰胺为尼龙66、尼龙6、尼龙1010、尼龙12、尼龙11或尼龙612中的一种或多种共混物。优选地，所选的基体聚酰胺为尼龙12。优选地，所述尼龙12的熔点在165℃以上，拉伸强度在35mpa以上。
11.优选地，所述磁性材料为锶铁氧体、锰铝碳、钕铁硼、钐钴、铁铬钴、铝镍钴中的至少一种。优选地，磁性材料为锶铁氧体、钕铁硼中的一种。优选地，磁性材料平均粒径≤30μm。
12.优选地，所述润滑助剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、芥酸酰胺、油酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硅酮、硬脂酰胺、乙撑双硬脂肪酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的任意一种或几种的复配物。优选地，所述润滑助剂为硅酮、聚乙烯蜡中的一种或两种的混合物。
13.优选地，所述抗氧剂为亚磷酸酯类辅助抗氧剂和受阻酚类主抗氧剂中的任意一种或多种的组合。优选地，受阻酚类主抗氧剂具体为1076、1098或1010抗氧剂，亚磷酸酯类辅助抗氧剂具体为168或619f抗氧剂。优选地，所述抗氧剂为主抗氧化剂1098与辅助抗氧化剂168按比例调配而成。
14.优选地，所述其他添加剂为表面处理剂与陶土、碳酸钙、滑石粉、云母、硅灰石、硫酸钡、二氧化硅、氧化铝、氧化钙中的任意一种或多种的组合。优选地，其他添加剂具体为表面处理剂和滑石粉的组合。更为优选地，所述表面处理剂为磷酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝酸酯偶联剂中的一种或几种的组合。
15.一种高强度注塑磁性尼龙复合材料的制备方法，其具体操作步骤为：
16.步骤一：先将磁性材料用90-100摄氏度的温度干燥4-6小时；
17.步骤二：按质量分数称取所述磁性材料和其他添加剂加入高速混合机中高速搅拌10-60分钟，搅拌混合，进行表面处理；
18.步骤三：将步骤二表面处理后的磁性材料与基体聚酰胺、润滑助剂、抗氧剂加入高速混合机中混合均匀，得到预混料，高速混合机转速频率为6-22hz，混合效果应目视预混料基本均匀，没有明显团块或集聚；
19.步骤四：将充分混合的预混料放入到挤出机中，控制塑化熔融区和熔体输送区的加工温度，挤出机固体输送区的首段利用计量泵进行预混料的连续定量添加，在挤出机末端利用真空泵进行抽真空处理，经过挤出机的熔融、挤出、造粒得到所述高强度注塑磁性尼龙复合材料。
20.优选的，预混料从挤出机的主喂料口加入到挤出机中，共混挤出所采用的双螺杆挤出机的长径比是20-64:1，熔融共混挤出温度为200℃-300℃，其中首段温度控制在120℃以下。
21.优选的，所用同向平行双螺杆挤出机的喂料转速为10-80rpm/min，螺杆转速为100-450rpm/min，螺杆长径比为32-64:1。
22.本发明的有益效果：
23.本发明将基体聚酰胺、磁性材料、润滑助剂、抗氧剂和其他添加剂按照一定比例加工制造出本发明高强度注塑磁性尼龙复合材料。得到的材料可直接注塑加工，不同于橡胶基材磁性复合材料加工，无需进行混炼、开炼、密炼、裁切成产品大小的样块后硫化加工，加
工后还需切割去除材料多余飞边等复杂的成型工艺，在注塑过程中一体成型。得到的材料通过注塑模具的设计，可制造出壁厚薄、形状复杂、带嵌件、需多级取向充磁的单位面积更高磁性材料填充量的产品，通过加工工序的优化，可制得精密度更高、分散性更好的产品。经生产验证，所制得的产品具有精确的磁极分布、强的磁感应强度、更小的偏差。
24.本发明通过采用表面添加剂对磁性材料先进行表面处理，有效地消除了磁性材料粒子间的团聚，通过双螺杆极高的剪切强度和螺杆转速，减少了磁性材料磁性能在高温加工中的氧化损失，改善了基体聚酰胺材料与磁性材料之间的相容性，提高了基体聚酰胺材料与磁性材料之间的粘合性，从而能使磁性材料的填充量提高。通过添加润滑助剂进一步提高磁性尼龙复合材料的加工流动性，降低了摩擦系数，同时提高了材料的分散效果，得到了高流动性的复合材料。
25.本发明通过合理的配方和生产工艺设计，提供的高强度注塑磁性尼龙复合材料的制备方法，工艺简单、无需外加增韧剂来改善材料的韧性，而直接采用经过表面处理的磁性材料与基体聚酰胺、润滑助剂、抗氧剂和其他添加剂进行混合再熔融挤出，得到的复合材料耐冲击性能好、力学强度高，具有一定柔性，在注塑加工过程中和恶劣使用环境下不会破碎，克服了现有技术中磁性复合材料弯曲强度低、伸长率低的普遍技术难点，可应用于精密化、高性能要求、持续高速稳定工作的电磁领域。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1
28.一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其中所使用的主料包括以下质量分数的原料：基体聚酰胺12％、磁性材料85％、润滑助剂0.5％、抗氧剂0.5％、其他添加剂2％。所述基体聚酰胺为熔点在165℃以上，拉伸强度在35mpa以上，断裂伸长率＞40％的尼龙12。所述磁性材料平均粒径≤5μm。
29.上述一种高强度注塑磁性尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：先将磁性材料用90-100度的温度干燥4-6小时；按质量分数称取所述磁性材料和其他添加剂加入高速混合机中高速搅拌10-60分钟，搅拌混合进行表面处理；将处理后的磁性材料与基体聚酰胺、润滑助剂、抗氧剂加入高速混合机中搅拌混合得到预混料，高速混合机转速为6-22hz，混合效果应目视基本均匀，没有明显团块或集聚。将充分混合的预混料从挤出机主喂料口加入到挤出机中，控制塑化熔融区和熔体输送区的加工温度，挤出机固体输送区的首段利用计量泵进行预混料的连续定量添加，在挤出机末端利用真空泵进行抽真空处理，预混料经过挤出机的熔融、挤出、造粒得到所述高强度注塑磁性尼龙复合材料。
30.所用同向平行双螺杆挤出机的喂料转速为40rpm/min，螺杆转速为200rpm/min，螺杆长径比为44:1，加工温度为210℃-280℃。在机头的前一区使用真空泵进行抽提，真空压力低于0.03mpa。
31.实施例2
32.一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其中所使用的主料包括以下质量分数的原料：基体聚酰胺17％、磁性材料80％、润滑助剂0.5％、抗氧剂0.5％、其他添加剂2％。
33.实施例3
34.一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其中所使用的主料包括以下质量分数的原料：基体聚酰胺18％、磁性材料80％、润滑助剂0.5％、抗氧剂0.5％、其他添加剂1％。
35.实施例4
36.一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其中所使用的主料包括以下质量分数的原料：基体聚酰胺15％、磁性材料82％、润滑助剂0.5％、抗氧剂0.5％、其他添加剂2％。
37.实施例5
38.一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其中所使用的主料包括以下质量分数的原料：基体聚酰胺22％、磁性材料75％、润滑助剂0.5％、抗氧剂0.5％、其他添加剂2％。
39.对比例1
40.一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其中所使用的主料包括以下质量分数的原料：基体聚酰胺14％、磁性材料85％、润滑助剂0.5％、抗氧剂0.5％。
41.对比例2
42.一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其中所使用的主料包括以下质量分数的原料：基体聚酰胺17％、磁性材料82％、润滑助剂0.5％、抗氧剂0.5％。
43.对比例3
44.一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其中所使用的主料包括以下质量分数的原料：基体聚酰胺19％、磁性材料80％、润滑助剂0.5％、抗氧剂0.5％。
45.在实施例2-5和对比例1-3中，按照实施例1相同的工艺条件制备可得到相应的高强度注塑磁性尼龙复合材料。
46.对比例4
47.对比例4为市场上应用广泛的进口高强度注塑磁性尼龙复合材料，其磁性材料含量85％。
48.对实施例1-5和对比例1-4的磁性复合材料进行如下性能测试：
49.将制备好的粒料放入鼓风烘箱中，在120℃条件下烘干6小时，然后将干燥好的粒料在注射成型机中进行注射成型制备检测样条，注射成型模温70℃。
50.拉伸性能测试按iso 527进行，拉伸速度为50mm/min，测试结果的单位为mpa和％；
51.弯曲性能测试按iso 178进行，弯曲速度为2mm/min，跨距为64mm，测试结果的单位为mpa；
52.简支梁冲击强度按iso 179/1eu进行，测试结果的单位为kj/m2；
53.mfr按iso 1133进行，测试温度为275℃，载荷为2.16kg，测试结果的单位为g/10min。
54.对比例4在测试条件下测不出，采用
“‑‑”
表示。
55.实施例1-5和对比例1-4的磁性复合材料的性能检测结果如下表所示：
[0056][0057]
由上表可以看出，本发明所得实施例1-5制备的高强度注塑磁性尼龙复合材料性能优于对比例1-3，更优于进口材料对比例4，冲击强度改善尤为显著。结合对比例1-3可知，表面处理剂的加入，极大地增强了磁性尼龙复合材料的力学性能，增强了基体尼龙材料与磁性材料间的结合力，改善了磁性材料在基体尼龙材料中的分散均匀性，材料的抗冲击强度得到显著提高。实际操作中应根据工艺条件和产品的最终应用加以选择和设计。
[0058]
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0059]
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其特征在于，其原料按质量分数包括：基体聚酰胺5-35％、磁性材料50-90％、润滑助剂0-4％、抗氧剂0-3％、其他添加剂0-10％。2.根据权利要求1所述的一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其特征在于，其原料按质量分数包括：基体聚酰胺5-20％、磁性材料65-90％、润滑助剂0-3％、抗氧剂0-2％、其他添加剂0-5％。3.根据权利要求1所述的一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其特征在于，所述基体聚酰胺为尼龙66、尼龙6、尼龙1010、尼龙12、尼龙11或尼龙612中的一种或多种共混物。4.根据权利要求1所述的一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其特征在于，所述磁性材料为锶铁氧体、锰铝碳、钕铁硼、钐钴、铁铬钴、铝镍钴中的至少一种。5.根据权利要求1所述的一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其特征在于，所述润滑助剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、芥酸酰胺、油酸酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸钡、硅酮、硬脂酰胺、乙撑双硬脂肪酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯中的任意一种或几种的复配物。6.根据权利要求1所述的一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为亚磷酸酯类辅助抗氧剂和受阻酚类主抗氧剂中的任意一种或多种的组合。7.根据权利要求1所述的一种高强度注塑磁性尼龙复合材料，其特征在于，所述其他添加剂为表面处理剂与陶土、碳酸钙、滑石粉、云母、硅灰石、硫酸钡、二氧化硅、氧化铝、氧化钙中的任意一种或多种的组合。8.根据权利要求1-7任一项所述的一种高强度注塑磁性尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，具体操作步骤为：步骤一：先将磁性材料用90-100摄氏度的温度干燥4-6小时；步骤二：按质量分数称取所述磁性材料和其他添加剂加入高速混合机中高速搅拌10-60分钟，搅拌混合，进行表面处理；步骤三：将步骤二表面处理后的磁性材料与基体聚酰胺、润滑助剂、抗氧剂加入高速混合机中混合均匀，得到预混料；步骤四：将充分混合的预混料放入到挤出机中，经过挤出机的熔融、挤出、造粒得到所述高强度注塑磁性尼龙复合材料。9.根据权利要求8所述的一种高强度注塑磁性尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，预混料从挤出机的主喂料口加入到挤出机中，共混挤出所采用的双螺杆挤出机的长径比是20-64:1，熔融共混挤出温度为200℃-300℃，其中首段温度控制在120℃以下。10.根据权利要求8所述的一种高强度注塑磁性尼龙复合材料的制备方法，其特征在于，双螺杆挤出机的喂料转速为10-80rpm/min，螺杆转速为100-450rpm/min，螺杆长径比为32-64:1。

技术总结
本发明公开了一种高强度注塑磁性尼龙复合材料及其制备方法，涉及磁性复合材料领域，其所使用的主料按质量分数包括：基体聚酰胺5-35％、磁性材料50-90％、润滑助剂0-4％、抗氧剂0-3％、其他添加剂0-10％。本发明利用基体聚酰胺、磁性材料、润滑助剂、抗氧剂和其他添加剂，按照一定比例加工制备得到磁性尼龙复合材料，基体聚酰胺与磁性材料界面间分散均匀，具有良好的相容性，可以根据需要提高磁性材料的填充量，具有高强度和良好的流动性，在保证良好的材料物理机械性能的同时，具有极高的抗冲击性能。其应用的产品具有精确的磁极分布和较强的磁感应强度，拓宽了铁氧体材料的应用范围和更好的环境适应性。好的环境适应性。


技术研发人员：龚梦晴 夏玉洁 吴章柱 张永鹏 黄慧
受保护的技术使用者：安徽中翰高分子科技有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/9/14