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有关绝缘板使用功能的扩大

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        功能绝缘板材料具有设计自由度大的优势,又有极广泛的应用领域,发展前景不可限量。另外,功能复合材料自身又从低级形式向高级形式发展,即按功能→多功能→机敏→智能的形式逐步升级。由功能发展到多功能是复合材料独有的特点,这是因为首先容易实现既是功能材料又是结构材料。例如,隐身飞机蒙皮就是集隐身和结构于一体的复合材料;又如绝热、隔音、阻燃三功能墙板,甚至可与有自控发热功能的面层复合兼有取暖功能。类似的思路非常广阔,可以自由开发。人类一直期望着材料能具有自身感知并做出反应的能力,近来已经把传感功能材料与执行功能材料通过某种基体复合在一起,并与外部信息处理系统连接,使之具有自诊断、自适应和自修复的能力,成为机敏复合材料。这种材料的研制已有实质性进展,具有实用的可能。由于绝缘板材料还达不到自决策的水平,在机敏的基础上需设法提高信息处理的水平,使之对实际情况做出最优化的决策,达到智能的水平。当然也要改善传感功能和执行功能的基础材料的灵敏度和稳定性,才有可能利用反馈作用不断调整参数使之达到优化结果。磁功能复合材料根据其应用特性的不同,通常可分为两大类:一类是以磁功能为主要应用目的的材料,通常称为磁性复合材料;另一类是兼有磁性功能与其他功能特性的复合材料,如电磁波特性复合材料、磁性分离复合材料、磁致伸缩复合材料及磁光复合材料等。磁性复合材料是带有磁性的功能体与高分子材料基体经混合、成型、固化而得到的类复合材料。由于其质量轻、易加工,并且可以根据应用需求自行设计等,已经越来越引起人们的关注。

        磁性复合材料有几种组合:(1)无机磁性材料(包括金属和陶瓷)与聚合物基体构成的复合材料;(2)无机磁性材料与低熔点金属基体构成的复合材料;(3)有机聚合物磁性材料与聚合物基体构成的复合材料;(4)无机磁性材料与载液构成的复合材料,其中以无机磁性材料与聚合物基体构成的聚合物基磁性复合材料的应用较多。聚合物基磁性复合材料很容易加工成形状复杂的磁性器件,不仅具有韧性,甚至呈橡胶弹性状态。尽管这种复合磁性材料的磁性能低于烧结和铸造的单质磁体,但是从生产和实际应用的角度来衡量,仍具有极大的优势。磁性复合材料按基体类型主要可分为聚合物基磁性复合材料和金属基磁性复合材料;按基体相态可分为固态磁性复合材料和液态磁性复合材料—磁流变体;按磁性功能体的粒径大小又可分为普通磁性复合材料和纳米磁性复合材料。本节将主要介绍普通聚合物基磁性复合材料、磁流变体和纳米磁性功能复合材料。20世纪70年代,日本首先研制出以聚合物为基体的磁性复合材料。

        这种聚合物基磁性复合材料一般由磁性组分材料和聚合物基体复合而成,其主要优点有:(1)密度小;(2)绝缘板材料力学性能优良,具有很好的冲击强度和抗拉强度;(3)加工性能好,既可制备尺寸准确、收缩率低、壁薄的制品,也可以生产1kg以上的大型形状复杂的制品,并不需次加工,但若需要也可以方便地进行二次加工。聚合物基磁性复合材料主要由磁粉(无机磁性功能体)、黏结剂(聚合物基体)和加工助剂三大部分组成。其中磁粉的性能对聚合物基磁性复合材料的磁性能影响最大;黏结剂性能的好坏对复合材料的磁性能、力学性能以及成型加工性能有很大影响;加工助剂主要用于改善材料的成型加工性能。磁粉颗粒大小是影响磁性复合材料性能的重要因素。现在认为,铁氧体和SmC03类磁粉的矫顽力是由磁体内部的晶粒形核机制所控制的;而Sm2C01和熔融一淬火法生产的微晶 NdFeB磁粉的矫顽力是由晶粒内部畴壁钉扎所决定的。对于矫顽力受形核机制控制的磁粉,当磁粉颗粒尺寸大小接近或等于单畴尺寸大小时,其矫顽力明显提高,抗外界磁干扰能力明显增大。Ba、Sr类铁氧体的临界单畴尺寸为lμm左右,因此Ba、Sr类铁氧体复合水磁所用磁粉一般选用颗粒大小为1.0一1.2μm的磁粉。对于娇顽力受钉扎机制控制的磁粉,其矫顽力不受颗粒大小的影响,这类磁粉颗粒的大小主要由填充密度和制造工艺等因素来决定。Sm2C01颗粒大小一般为4~5um磁粉粒度分布对磁性复合材料的性能也有影响。当颗粒大小分布范围适宜时,将有利于提高材料的填充密度,有利于磁粉在树脂基体中的均匀分布,从而提高磁性能,而且适宜的颗粒大小分布有利于成型时混合物的流动。另外,磁粉的制备工艺对磁粉性能影响很大,确定适宜的磁粉制备工艺对复合永磁性能是极为重要的。

2019年12月3日
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