[发明专利]含聚苯硫醚的注塑永磁复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于粘结永磁复合材料领域，特别涉及三种永磁粉末与聚苯硫醚树脂复合而成的注塑永磁复合材料及其制备方法。

背景技术

注塑永磁复合材料由永磁粉末(永磁铁氧体粉末、稀土钕铁硼NdFeB磁粉等)和高分子树脂(尼龙PA系列树脂、热塑性聚酯弹性体TPEE等)复合而成，成型后的永磁器件具有形状复杂、尺寸精度高以及磁性能优异等特点，广泛应用于家用电器、仪器仪表、汽车工业和电子信息等领域。

在家用空调、汽车空调、冰箱冰柜等制冷电器及设备中大量应用的CFCs(氯氟烃)和HCFCx(氢氯氟烃)型制冷剂(即氟立昂)是破坏大气臭氧层的主要物质(破坏臭氧层潜值ODP分别为1.0和0.055)，而且运行中它们还排放大量温室气体(全球变暖潜值GWP分别为8500和1700)，对环境造成严重污染。根据蒙特列尔协议，全球将在2040年完全停用氟立昂制冷剂。HFC(氢氟烃，如R134a，R410A等)型制冷剂是目前比较理想的环保制冷剂，因为此类制冷剂不会破坏臭氧层，温室气体排放量也较低(ODP和GWP分别为0和1300)。制冷剂需与冷冻机油协同作用才能使压缩机正常运行，但HFC型制冷剂与传统矿物质冷冻机油不溶合，须用PolyalkyleneGlycol(PAG)或PolyoleEster(POE)型冷冻机油。但PAG和POE化学性质比较活跃，容易与其它材料(如尼龙PA、聚乙烯PE等)发生反应(如PA酰胺基团中的氢和羰基与PAG的羟基发生反应等)，使其发生溶解或溶胀等现象。目前，制冷电器和设备中的核心器件-电子膨胀阀中的转子磁体一般采用PA树脂为粘结剂，难以抵御PAG或POE的腐蚀；同时，冷冻机油的长期作用要求树脂具有较好的耐低温性能(电子膨胀阀的工作温度在-30℃～70℃之间)，但常规PA树脂低温性能很差(PA6在-20℃就已脆化)，难以满足使用要求。为此，要求注塑永磁复合材料采用的树脂可以抵抗PAG或POE冷冻机油的腐蚀。

另一方面，采用变频技术取代传统定频技术，制冷电器及设备可在低能耗状态下以较小的温差波动实现快速控温，达到节能目的。要实现快速控温，电子膨胀阀中的各向同性多极转子磁体需提供较强的表面磁场，因而要求制备转子磁体的注塑永磁复合材料具有较高的永磁性能。

为此，国内外一般采用稀土永磁粉末来制备高性能聚苯硫醚(PPS)基注塑永磁复合材料来满足要求。James Carlberg等人公布了PPS/钐钴SmCo注塑永磁复合材料具有优异的热稳定性(US6737451B1)；日本住友金属生产牌号为Wellmax-S2P的PPS/SmCo注塑磁体，最大磁能积(BH)_max达到60-72kJ/m³，但Co资源为稀缺战略资源，SmCo永磁粉末成本昂贵，难以规模应用。日本Mate公司生产牌号为RNI-PS70的PPS/NdFeB注塑粒料及磁体，(BH)_max达到53.3kJ/m³；日本住友金属生产牌号为Wellmax-NS的PPS/NdFeB注塑磁体，其(BH)_max达到28-56kJ/m³，并申请了PPS/NdFeB复合磁体的制备专利(JP8335506(A))；国内浙江工业大学也公布了NdFeB/PPS注射成型颗粒料的制备方法(CN200710067880.4)，制备的复合磁体(BH)_max达到32-40kJ/m³。虽然PPS/NdFeB永磁复合材料的性能满足要求，但存在以下问题：由于稀土资源的限制，NdFeB磁粉的成本也很高(稀土Nd价格已超过1000元/公斤)，极大限制永磁复合材料的规模生产；PPS树脂注塑温度高(一般在300℃以上)，NdFeB磁粉的抗氧化性差，注塑后复合材料的磁性能受到影响；NdFeB磁粉粒径大且形状不规则，难与树脂充分混合，导致注塑时复合熔体流动性相对较差，影响复合材料性能。