магнітні наповнювачі

Створює магнітні властивості композицій (магнітопластов, магнітоеластам). Як магнітних наповнювачів для постійних магнітів застосовують ферити барію і стронцію, сплави рідкоземельних елементів. Переробляються без накладення і з накладенням магнітного поля. Значно підвищує знос прес-форми і литтєвий машини.

Отримання і застосування полімерних магнітів.

Полімерні магніти з'явилися в п'ятдесятих роках і, незважаючи на очевидні переваги, мали обмежене застосування, так їх магнітні властивості були невисокі. Отримують такі магніти, звані також магнітопластов або, в залежності від типу полімерного сполучного, магнітоеластамі, з композиційних матеріалів, що містять магнітний наповнювач (магнітний порошок) і полімерне сполучна. Низькі магнітні властивості полімерних магнітів першого покоління були пов'язані з тим, що магнітний наповнювач, що використовується для їх отримання, вимагав додаткової високотемпературної обробки виробів, (так званої «вторинної феррітізаціі»). Неможливість такої операції для магнітів на полімерному сполучному істотно знижували їх магнітні властивості.

Поява другого покоління полімерних магнітів пов'язано з розробкою технології отримання магнітних наповнювачів, високотемпературного випалу виробів не вимагає. Як наслідок, виробництво магнітопластов і магнітоеластов стало розвиватися випереджаючими темпами.

На відміну від традиційних магнітів, вироби з них легко обробляються, мають високу ударну міцність, можуть бути гнучкими, еластичними. Тільки з таких матеріалів можуть бути виготовлені магнітні профілі з перетином складної конфігурації, листові магніти. Безсумнівна перевага полімерних магнітів - можливість отримання виробів високопродуктивними методами, характерними для переробки пластмас - литтям під тиском, екструзією, каландруванням. Завдяки цьому їх виробництво більш економічно в порівнянні зі звичайними керамічними або металевими магнітами. Можна також відзначити корозійну стійкість, можливість отримувати вироби складної форми, наприклад, типу зубчастих коліс, вироби з різьбовими отворами і т.д. При цьому вироби відрізняються високою точністю і стабільністю розмірів і магнітних властивостей і не вимагають додаткової обробки.

Відповідно до типу магнітного наповнювача композиційні магнітні полімерні матеріали діляться на магнітотверді (КМТПМ) і магнитомягкие (КММПМ).

Наповнювачі для КМТПМ (постійних магнітів) - порошки з барієвого або стронцієвого феритів, сплавів на основі рідкоземельних елементів (неодим-залізо-бор, самарій-кобальт, самарій-залізо, Алнико); використовуються також суміші цих матеріалів. Для магнитомягких магнітних матеріалів застосовують карбонильное залізо, нікель-цинкові та інші ферити.

Вироби з магнитомягких матеріалів використовуються в СВЧ приладах, як компоненти електронної техніки, для захисту від різного типу випромінювань, поглиначів і т.п.

Найбільшого поширення набули полімерні композиційні магнітотверді матеріали (КМТПМ), до яких, як правило, і застосовують термін магнітопласти. Для КМТПМ на еластичному сполучному використовують також термін магнітоеласти або магнітні гуми (найбільш відома область застосування останніх - магнітні вставки ущільнювачів холодильників).

Подальший прогрес у виробництві полімерних магнітів пов'язаний з появою так званих анізотропних магнітопластов. (Полімерні магніти третього покоління). У таких матеріалах підвищення магнітних властивостей забезпечується створенням анизотропной текстури. Зміна магнітних властивостей виробів пов'язано, перш за все, з орієнтацією наповнювача в процесі переробки. Орієнтація наповнювача забезпечується накладенням зовнішнього магнітного поля на композиційний матеріал, що знаходиться в в'язко-текучому стані (магнітне текстурирование). Рівень магнітних властивостей анізотропних виробів вище, ніж у ізотропних в 2-3 рази. Однак і для таких магнітів характерні нижчі в порівнянні з цільними магнітами магнітні властивості; в цілому ряді випадків потрібні більш високі значення показника магнітниесвойства / ценаізделія.

Поява магнітотвердих полімерних магнітів наступного, четвертого покоління, пов'язане з, перш за все, з вирішенням проблем реології полімерних магнітів в магнітному полі. Наявність сдвигового течії композиції в формувальному інструменті призводить до того, що частки магнітного наповнювача, які орієнтуються магнітним полем в потрібному напрямку, разоріентіруются, обертаючись під дією прикладеної напруги зсуву. Магнітні властивості виробів виходять внаслідок цього заниженими в порівнянні з теоретично можливими. З цієї ж причини анізотропні полімерні магніти, вироблені безперервним способом - екструзією і каландруванням, мають більш низькі магнітні властивості в порівнянні, наприклад, з виробами, отриманими методами лиття або пресування в магнітному полі. Зазначені обставини характерні для всіх провідних виробників полімерних магнітів світу. Відзначимо, що саме погонажні вироби (профілі різного перетину, труби) одержувані екструзією і листові матеріали (екструзійно - каландрові метод) становлять найбільшу практичну цінність. Такі вироби неможливо отримати інакше, ніж на основі КМТПМ, тому підвищення магнітних властивостей в даному випадку особливо актуально.

Нейтралізація негатівноговліянія неминучого при переробці магнітопластов і магнітоеластов сдвигового течії, і більш того - отримання позитивного ефекту від механічної орієнтації при перебігу КМПм в магнітному полі зажадала рішення двох завдань.

По-перше, нетривіального рішення конструктивного оформлення формуючого інструмента, по-друге, спеціальної підготовки та обробки магнітного наповнювача.

В останньому випадку частки наповнювача повинні володіти анізометрічной формою (голчастою або пластинчастої), а напрямок осі легкого намагнічування частки має бути однозначно пов'язане з її формою.

Тільки при такому підході з'явилася можливість уникнути негативного для формування анізотропної структури сдвигового течії і сформувати в місці дії магнітного поля тільки течії розтягуванні - стиску. Ізометрічниє частки наповнювача, оточені рідкою фазою полімеру, переміщаючись в зовнішньому магнітному полі, вільно розгорталися в заданому напрямку, зберігаючи отриману орієнтацію в готовому виробі. Анізометрічние частки, якщо їх форма і напрямок осі легкого намагнічування було взаємопов'язано, отримували додатково механічну орієнтацію.

Для максимального ефекту магнітний і механічний методи орієнтації повинні бути реалізовані в комбінації - в найбільш раціональних технічних рішеннях рівень магнітних властивостей анізотропних виробів при цьому вище, ніж у ізотропних в 3-3,5 рази. В ідеальному випадку граничні магнітні властивості даного магнітотверді матеріалу можуть бути досягнуті при точної орієнтації вектора намагніченості в даній точці в заданому напрямку, тому для отримання виробів з високими магнітними властивостями важливі всі стадії техпроцесу.

1. Отримання і обробка наповнювача. Оскільки кращими магнітними властивостями володіють магнітопласти, що складаються з однодоменних феритових частинок, технологічний процес включає необхідні для феррітізаціі операції відпалу; операції розуміли наповнювача в кульових і вибромельнице з використанням технологічних добавок, що забезпечують необхідний гранулометричний склад та інші вимоги до наповнювача; просіювання, і т.д. Для отримання найбільш високих магнітних властивостей порошки піддаються хімічній обробці з метою видалення немагнітної фракції (ферритовой пилу) і сфероллітізаціі частинок наповнювача.

2. Приготування композиції. З точки зору реологического поведінки магнітопластов в процесі переробки велике значення мають як макрореологіческіе властивості (можливість переробки на сучасному високопродуктивному обладнанні), так і мікрореологіческіх ефекти, пов'язані з умовами обертання частинок наповнювача в полімерній матриці.

Тому до складу композиції вводять технологічні добавки, підбір яких визначаться природою полімеру і наповнювача.

Істотним технологічним прийомом, що забезпечує поліпшення реологічних властивостей композицій, є приготування складів на основі сумішей порошків з розмірами частинок, що забезпечують максимальний коефіцієнт об'ємного заповнення. При цьому концентрацію наповнювача можна підвищити до 91-94% мас. (65-70% об'ємних) без зниження ступеня орієнтації наповнювача. Для отримання композиційних магнітотвердих матеріалів в промислових обсягах потрібні спеціальні змішувачі важкого типу, здатні здійснювати рівномірний змішання з об'ємним коефіцієнтом заповнення 0,6 до того ж виконані з абразивностійких матеріалів.

3. Отримання виробів. В процесі екструзії нагріта суміш вихідних компонентів продавлюється через головку з профілюючих каналом заданої форми. В результаті виходять магнітні полімерні профілі потрібного перетину. Умови для магнітної орієнтації забезпечуються накладенням зовнішнього магнітного поля на матеріал, що знаходиться в в'язкотекучий стані. Механічний орієнтаційний ефект досягається за рахунок відповідного конструктивного оформлення формуючого інструмента

Переробка магнітопластов литтям під тиском здійснюється на обладнанні, з пристроями накладення магнітного поля на формовані вироби.

Листові вироби виробляються на екструзійно - або валковий-каландрових лініях з подальшим намагнічуванням. Надалі лист може бути розрізаний на смуги потрібної ширини.

В якості сполучного використовуються найрізноманітніші полімери, що забезпечують необхідні експлуатаційні характеристики. Для листових матеріалів, одержуваних методом каландрования, це, як правило, різні види термоеластопластів, пластифікований полівінілхлорид, сульфохлорірованний поліетилен, нітрильних і інші каучуки. Для екструзії і лиття під тиском використовують поліаміди, полістироли, полиолефини, Севіля та інші види термопластів з достатньою плинністю. При отриманні виробів з магнітопластов методом пресування використовують термореактивні сполучні: епоксидні фенольні, поліефірні смоли.

Необхідно відзначити, що еластичні полімерні зв'язуючі, що відрізняються, як правило, більшою в'язкістю, менш зручні для досягнення орієнтації наповнювача в магнітному полі. Жорсткі магнітопласти характеризуються, тому більш високими, ніж у гнучких магнітів, значеннями коерцитивної сили Hci, залишкової індукції Br і енергетичного твори (BH) max. Типові значення магнітних властивостей полімерних магнітів дані в наведеній нижче таблиці.

Вид магніту, спосіб отримання

електромашини, магнітні сепаратори, холодильники;

магнітні елементи кодових замків і охоронної сигналізації;

тахогенератори, датчики положення, електровимірювальні прилади.

медицина (магнітотерапія, магнітні матраци);

автоматизоване шосе, де в США передбачається розмістити до півтонни феритових магнітопластов на одну милю шосе для автоматичного управління рухом автомобіля, оснащеного спеціальним комп'ютером і системою стеження;

магнітне покриття для підлоги офісів і промислових приміщень;

магнітна компонента для глушників автомобілів (в Європі на ці цілі йде 23000 тонн магнітопластов);

магнітні пристрої для обробки води, вуглеводневого палива, масел; магнітні фільтри;

Застосування феритових магнітних матеріалів.

Область застосування магнітного матеріалу залежить, перш за все, від його характеристик: магнітно-тверді або магнітно-м'які.

Ферити знайшли широке застосування в якості магнітних наповнювачів для полімерних композиційних матеріалів. У тому числі магнітно-м'які порошки нікель-цинкових, марганець-цинкових, цинкових; магнітно-тверді порошки гексаферріти барію, стронцію. Основною перевагою полімерних магнітів, в порівнянні з металевими або керамічними, є їх легка формуемость, стабільність розмірів і низька вартість.

Ферити широко використовуються в промисловості побутових електроприладів, виробництві іграшок, дверних амортизаторів, автоматичних дверних перемикачів, таймеров.важное застосування магнітні еластомери знайшли в медицині як магнітотерапевтичний засобів, а також нетоксичних магнітних елементів при біопротезуванні і створенні штучного серця.

Як магнітного матеріалу в таких елементах використовується феррит барію. Феромагнітні порошки також знайшли застосування в дефектоскопії в якості детектора магнітного поля дефекту. Магнітна порошкова дефектоскопія відноситься до неразрушающим методам контролю якості матеріалів. Магнітно-тверді ферити, зокрема гексаферріт барію, використовуються в апаратах з магнітно-вихровим струмом. Такі апарати призначені для подрібнення різних матеріалів з високим ступенем однофазні, емульгування і іншого. Також ферити, отримані як з чистих компонентів так і з відходів виробництва, можуть застосовуватися в якості адсорбентів для очищення стічних вод.