粘结磁体喂料流变学及应用

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1、四川大学博士学位论文粘结磁体喂料流变学及其应用专业，材料学博士生：宋大余导师：涂铭旌院士摘要尽管粘结磁体注射成型技术拥有诸多优点，但目前产业化推广还存在一定的技术障碍，其中一个关键性的因素就是粘结磁体喂料的流动性能特差，单纯地套用高分子材料注射成型设备及工艺技术无法得以顺利进行。粘结磁体喂料熔体是特高固体装载量的固相悬浮液体系，其可流动性和可变形性决定了其可加工特性，决定了其是否可以应用注射工艺技术成型。因此，系统地研究粘结磁体喂料的流变性能及其影响因素——喂料流变学就具有相当的理论价值和工程实践意义。粘结磁体喂料流变学研究的主要内容包括磁

2、体喂料流变性能的测试表征技术、流变学特性规律和流变学应用三大部分．由于粘结磁体喂料超高的熔体粘度和极差的流动性能，粘结磁体喂料熔体流变性能的测试表征技术是决定课题能否得以顺利开展的关键，所以课题首先对磁体喂料流变性能测试技术进行详细的探讨和研究。而喂料流变学特性讨论的主要内容包括：磁性粉末在粘结剂中的分散性能对流变性能、使用性能的影响；粘结磁体喂料流变规律及流动本构方程的建立；粉末装载量、粉末表面形态、粒度及粒度分布对体系流动性能的影响；粘结剂及添加剂体系配方交互设计对流动性能优化；不同的粉末粒子对体系流动性能的影响等。粘结磁体流变学应用部

3、分则主要应用磁体喂料流变性能研究结果，针对目前工业实际工程应用中存在的技术瓶颈问题进行探讨，包括注射成型专用设备塑化混炼系统的结构形式、成型工艺参数优化(工艺过程控制)和专用成型模具优化设计等方面内容。在前人研究的基础之上，本课题在以下几个方面具有一定的特色：一是在粘结磁体喂料流变性能的测试表征技术方面具有独到性；二是对粘结磁体喂料流变特性进行了系统的研究，粘结磁体喂料中聚合物粘结剂的体积含量有的低I、四川大学博士学位论文至20％以下，在如此低的聚合物含量下要保证注射成型工艺能够进行且要求磁性粉末粒子的性能基本不受加工过程的影响，流变特性的

4、系统研究就显得非常有意义；三是引入定量分析技术来优化粘结磁体注射成型工艺条件；四是对高粘度、高磨损流体的微型或超微型注射成型模具，其结构特点及设计理念，本课题做出了专门的探讨。具体而言，本课题的研究结果如下：由于超高粘度、高磨损性的粘结磁体喂料容易导致毛细管流变仪出现被堵塞或磨损、熔体流动不稳定等现象。因此，毛细管流变仪用于粘结磁体喂料流变性能测试必须对毛细管进行改进优化处理；转矩流变仪可研究喂料在加工过程中的分散性能、流动行为及结构变化，以及用于模拟共混工艺过程。偶联剂在粘结磁体喂料体系中不仅有“偶联”作用，还有润滑功能，适量的偶联剂可以

5、提高喂料流动性；使用偶联剂还可以增强磁性粉末表面与粘结剂的结合力，提高磁体的机械性能；偶联剂也可以使磁体磁性能更高。粘结磁体喂料熔体流变性能表现出假塑性液体的性质，其流变本构关系满足幂律流体流动的数学模型。在测试的剪切速率范围内，随着剪切速率的增加，粘度下降；表观粘度随温度升高而降低，在低剪切速率范围内，温度对粘结磁体喂料体系表观粘度的影响更为明显。粘结磁体喂料体系的粘度随磁性粉末粒子装载量的增加而升高；粘结磁体喂料体系的表观粘度与固相装载量大小呈现非线性变化的关系，在接近最大装载量的情况下，体系的粘度急剧升高直至无穷大；磁性粉末粒子的粒度

6、及粒度分布影响粘结磁体喂料体系的流变性能。在实际应用的粉末粒度范围内，同等的粉末装载量下，磁性粉末的粒度越小，粉末粒子的总表面积就越大，粘结剂对固相粉末粒子的包裹量就越薄，粉末粒子转动就越困难，粉末粒子与粉末粒子之问、粉末粒子与成型机械之间的内摩擦就越大，粘结磁体喂料体系的表观粘度也就愈高。用作粘结磁体的聚合物粘结剂必须要有特低的粘度和很好流动性，磁性粉末粒子加入粘结剂中增加了粘结剂体系的刚性，使聚合物粘结剂的流动性能急剧降低；聚合物分子链的刚性越大，磁性粉末粒子加入对其复合体系熔体的流动性能影响也就越大．粘结磁体喂料熔体在螺杆注射成型机械

7、上的熔融塑化机理可使用传统的螺Ⅱ四川大学博士学位论文杆三段理论进行解释或推导。但粘结磁体喂料与喂料之间、喂料与螺杆外表面以及螺筒内表面之间的摩擦系数高于普通的聚合物熔料，这使喂料熔体粘度特高，注射成型设备在螺杆结构、螺杆与螺筒表面处理方式以及成型机械的施力系统等方面与普通成型机械相比存在明显的差异。采用回归分析等定量分析技术来确定磁体注射成型工艺参数最优值的方法从理论上是可行的。要对粉末注射磁体的质量进行控制，需确定的是衡量磁体质量量化指标，包括表面质量、几何特征、磁性能及力学性能、形态性能及各项物性参数等。注射成型主要用于制造加工小型精密

8、磁体，注射成型模具的浇注系统物料占有相当大的比例，浇注系统结构对于磁体成型工艺、磁体质量乃至磁体成本具有决定性的影响，因此优化设计非常重要。关键词：粘结磁体；流变学；注射成型；共