超越180℃:磁性部件的基体材料,除了PPS还有他选吗?

 

江苏欧瑞达新材料

 

 

 

磁性性能的基石:关键参数与材料选择逻辑
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理解材料选择,需从磁性能的核心参数出发。

矫顽力,特别是内禀矫顽力(Hcj),是衡量永磁材料抗退磁能力的关键。该参数直接影响材料在高温或反向磁场中的稳定性。通常,矫顽力随温度升高而下降。

 

磁能积(BH),尤其是最大磁能积(BHmax),代表了磁体单位体积储存的磁能密度,是衡量材料磁性能强弱的核心指标之一。如下图所示,不同永磁材料的磁能积范围存在显著差异,注塑磁体的磁能积通常低于烧结磁体。image.png

在磁性塑料(粘结磁体)领域,常用的热塑性树脂基体主要有三种:PA6、PA12和PPS。三者的选择依据主要取决于工作温度与环境:

 

PA6:成本较低,但长期使用温度通常低于150℃。

 

PA12:改善了PA6的低温韧性,最高使用温度约120℃,解决了低温脆性问题。

 

PPS:当工作温度超过180℃时,流动性能达到非常好的,除了PPS,就只有LCP,但LCP与无机物结合力差,包覆性差,而且冷却固化速度太快,不适合做磁性材料。故耐温达180℃的热塑性磁性塑料就只有PPS这一个选择。

 

因此,对于高温、高腐蚀或高精度应用场景,PPS基磁性复合材料是不可或缺的技术路径。

 

 

小贴士

 

磁性塑料充磁方式

 

  轴向充磁:磁力线沿注塑磁体的轴向方向充入,使磁体在轴向方向上产生磁极。这种方式适用于需要在轴向方向上产生磁场的应用,如电机转子、磁编码器等。

 

  径向充磁:磁力线沿注塑磁体的径向方向充入,使磁体在径向方向上产生磁极。径向充磁的注塑磁体常用于需要在径向方向上产生磁场的应用,如磁耦合器、磁传感器等。

 

  轴向多极充磁在注塑磁体的轴向方向上,通过多次充磁形成多个磁极。这种方式可以增加磁体的磁场强度和磁极数量,适用于需要高磁场强度和多极磁场的应用,如步进电机、磁编码器等。

 

  径向多极充磁:在注塑磁体的径向方向上,通过多次充磁形成多个磁极。径向多极充磁的注塑磁体可以产生复杂的磁场分布,适用于需要多极磁场的应用,如磁传感器、磁耦合器等。

 

  辐射充磁:磁力线从注塑磁体的中心向四周辐射充入,使磁体在中心区域产生强磁场,而在边缘区域磁场较弱。辐射充磁的注塑磁体常用于需要在中心区域产生强磁场的应用,如磁共振成像(MRI)设备、磁传感器等。

 

  局部充磁:只对注塑磁体的局部区域进行充磁,其余部分不充磁。局部充磁的注塑磁体可以满足特定的应用需求,如在某些电子设备中,只需要对特定区域进行磁化,以实现特定的功能。

 

核心挑战:欧瑞达PPS基体研发的技术焦点

 

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将PPS树脂成功应用于高性能磁性复合材料,并非简单的物理混合,而是需要解决一系列由应用端倒推而来的材料科学难题。

 

  1. 高填充与流动性的矛盾

为获得足够的磁性能,磁粉(如钕铁硼、铁氧体)的填充率(体积分数)通常需达到82%以上。高比例的无机填料会急剧增加熔体粘度,恶化加工流动性,导致注塑成型困难,难以填充复杂、薄壁的精密模具。

 

欧瑞达的应对:通过分子结构设计与工艺调控,开发了专门针对高填充体系的PPS树脂牌号。其核心在于优化树脂的分子量分布,在保证材料基本性能的前提下,显著提高熔体流动性,确保在高磁粉负载下仍能实现良好的充模与复杂结构成型。

 

  2. 高温下的长期稳定

高温环境是PPS材料的主要应用场景,但也是对材料体系的严峻考验。长期高温(如>180℃)暴露可能导致:

聚合物基体热氧老化,机械性能下降。

磁粉(尤其是钕铁硼)氧化加剧,导致磁性能不可逆衰减。

树脂与磁粉间的界面结合弱化。

 

欧瑞达的应对:从树脂合成与复合工艺两端着手。一方面,提升PPS基体本身的热氧稳定性和纯化度;另一方面,通过开发有效的磁粉表面处理技术和相容剂体系,增强填料与基体在高温下的界面结合力,形成稳固的保护,延缓磁粉氧化和性能衰退。

 

  3. 尺寸精密控制与各向异性收缩

磁性部件,尤其是用于伺服电机编码器、精密传感器的磁环,对尺寸精度和形状稳定性要求极高。PPS作为半结晶聚合物,其注塑成型过程中的结晶行为可能导致不均匀的收缩和翘曲,影响最终部件的精度和充磁均匀性。

 

欧瑞达的应对:通过调节树脂的结晶行为和开发低翘曲配方,致力于降低材料的各向异性收缩,提高尺寸稳定性。这为下游客户制造高精度、多极充磁(如轴向/径向多极充磁)的磁体部件提供了可靠的基材保障。

 

 

 

价值体现:注塑磁体的优势与欧瑞达PPS的赋能
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与常用烧结磁体相比,注塑磁有以下优劣势:

 

1.产品设计灵活度大,可以制作复杂和薄型产品。

2.工艺简单,可采用埋入注塑,将金属嵌件埋入,一次成型。尺寸精度高。

3.注塑磁韧性较好,在冲击载荷作用下,不易开裂。

4.耐腐蚀性较好。

5.磁能积低于烧结磁。

 

与常用烧结磁体相比,以PPS为代表的注塑磁体具有其独特的优势,而欧瑞达的高性能PPS基体进一步放大了这些优势:

 

设计与成型灵活性:可一体成型复杂几何形状和薄壁结构,实现烧结工艺无法达到的设计。欧瑞达PPS良好的流动性使之成为现实。

 

高尺寸精度与集成度:产品尺寸精度高,并能通过埋入注塑(Insert Molding)将金属轴套、传感器元件等嵌件一次成型集成,减少装配工序。欧瑞达PPS的低收缩特性对此至关重要。

 

优异的机械韧性:相比脆性的烧结磁体,注塑磁体具有更好的抗冲击性能,在装配和使用中不易破损。

 

出色的耐腐蚀性:PPS树脂本身对大多数酸、碱、溶剂具有卓越的耐受性,使得磁性部件无需额外电镀保护即可应用于苛刻环境。

应用场景:服务于高端制造
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基于上述特性,欧瑞达磁性PPS材料主要瞄准以下对性能有严苛要求的领域:

 

新能源汽车:驱动电机转子磁环/磁条(耐高温、高速)、传感器环(高精度)。

工业自动化与机器人:伺服电机转子(高转速、高动态响应)、编码器磁环(极高尺寸精度与磁信号一致性)。

耐腐蚀流体处理:磁力泵、磁力联轴器的磁性部件(直接面对腐蚀性介质)。

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(图片来源于网络)

结语

欧瑞达在磁性PPS复合材料领域的研发,实质上是一场针对高温、高填充、高精度这“三高”需求的技术攻关。其价值不在于追求单项性能的极致,而在于通过扎实的PPS树脂材料科学,为下游复合材料厂商和终端应用提供一种稳定、可靠、可加工的高性能基体解决方案。

 

技术交流通道  

官网:www.jsorida.com  

公众号:欧瑞达

联系电话:张经理 15506244219(微信同号)

 

欧瑞达新材料定位于高性能聚合物循环利用、改性、定制、加工、配色,为塑料创新应用和绿色环境创建应运而生!是集工程塑胶原料及制品的研发、生产、销售和服务于一体化的高新技术企业!

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作者 808, ab