磁性橡膠的生產(chǎn)工藝技術(shù)和應(yīng)用

武可遷
 

     磁性橡膠是一種新型的橡膠復(fù)合材料。由于它既有剛性磁體的磁性能，又具有橡膠的柔彈性，在現(xiàn)代社會(huì)中，廣泛應(yīng)用在制造磁性密封配件，如人們?nèi)粘Ｊ褂玫谋�箱門(mén)密封，以及需要密封的汽車(chē)車(chē)窗或其它建筑物門(mén)窗密封，以及在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中，以磁性橡膠加工成橡膠磁鋼，具有質(zhì)量輕，均一性好，其效果比傳統(tǒng)的燒結(jié)磁鋼要優(yōu)越。磁性橡膠還能根據(jù)需要，結(jié)合選用阻尼性能好的橡膠，和不同配合劑，制造出高阻尼磁性橡膠，應(yīng)用于航空航天，軍工及民用減震方面。在醫(yī)療保健方面，磁性橡膠也應(yīng)用廣泛，如加工成磁性鞋墊，腰帶等保健用品。由于磁性橡膠的特殊兼顧性能，在各個(gè)領(lǐng)域中，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

 

 

     顧名思義，磁性橡膠是具有磁性功能的高分子橡膠材料。但所具有的磁性，基本與橡膠無(wú)關(guān)。而是加入橡膠中的磁性物質(zhì)賦予橡膠制品的磁性特殊功能。眾所周知，磁性物質(zhì)在外磁場(chǎng)的作用下，會(huì)有多種不同的磁性表現(xiàn)，如鐵磁性，反鐵磁性，抗磁性，順磁性和亞鐵磁性。其中鐵磁性和和亞鐵磁性物質(zhì)，可列為強(qiáng)磁物質(zhì)，其它則屬弱磁性范疇。具有工業(yè)使用價(jià)值的一般均采用強(qiáng)磁性物質(zhì)。按其特征和用途，強(qiáng)磁中又可分為軟磁和硬磁及永久性磁性料。［軟磁物質(zhì)是加上電流加磁，等電流撤去，會(huì)慢慢失去磁性，軟磁物質(zhì)的剩磁和矯頑力都很小，即磁滯回線窄；硬磁物質(zhì)，當(dāng)外磁場(chǎng)撒去后，各磁疇的方向，仍能很好保持一致，剩磁較大，不易去磁，磁化后能較長(zhǎng)時(shí)期保持磁性；而永久性磁鐵是加上強(qiáng)磁，使磁性物質(zhì)的自旋與電子角動(dòng)量成固定方向排列。其實(shí)，所謂永久磁鐵物質(zhì)，也不是真的做到真的永久，因?yàn)閮?nèi)部熱運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致磁籌重新排除而逐漸去磁性，相對(duì)來(lái)說(shuō)，永久磁鐵失去磁性時(shí)間會(huì)長(zhǎng)很多，實(shí)際能達(dá)到八至十年。

 

     磁性橡膠在配方設(shè)計(jì)選用膠種上，由于與磁性不涉及，因此不論是天然橡膠系列還是合成橡膠系列，單用或并用，都可作為磁性橡膠基材。但是在設(shè)計(jì)時(shí)，還要顧及磁性橡膠膠料中混入大量填料磁粉分散均勻性以及制品其它的物理性能，如屈撓性以及使用工況及制造流程中工藝性能。如果需要設(shè)計(jì)高阻尼磁性橡膠制品，則在選用阻尼膠種及阻尼配合劑方面多重考慮。

 

    基于橡膠自身不帶磁性，要以加入膠中的磁粉原材料的性能決定磁性橡膠的磁性能，表征材料磁性能的參數(shù)，如磁化強(qiáng)度，矯頑磁力，磁致伸縮等。如按磁粉化學(xué)成份分類(lèi)，可分為金屬磁粉和鐵氧體磁粉兩大類(lèi)。要制造磁性橡膠，必須選用能夠在磁場(chǎng)下顯示磁性，退除磁場(chǎng)后，仍能夠保留磁性，而對(duì)膠料能容易混容的磁性材料，所以說(shuō)不是所有磁性物質(zhì)都能加入膠中作磁性配合劑。磁性橡膠用的磁粉，一般都選用鐵鈷粉和鐵氧體磁粉。要選用經(jīng)過(guò)加工過(guò)的，由不顯示各向異性的多晶體變成各向異性的單晶體，并使橡膠中非定向狀態(tài)的單晶體粒子在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，在膠中產(chǎn)生定向排列，使制造出的產(chǎn)品在一定的方向顯示磁性。適合橡膠用的，如制造軟磁性橡膠一般選用磁粉細(xì)，且均勻，粒徑在100um，比表面積在0。14－0。50m2／g；制造硬磁性橡膠，一般選用鋇鐵氧體，鍶鐵氧體，鐵鈷氧體和鐵鐵氧體。其中以鐵鈷氧體磁粉最細(xì)，磁性能最強(qiáng)，物理機(jī)械性能也好，但其保磁性及熱穩(wěn)定性欠佳，且價(jià)格較貴，應(yīng)用不廣，而鋇鐵氧體和鍶鐵氧體，雖然在磁性能上比鐵鈷氧體稍遜，但其綜合性能好，且貨源易得，價(jià)格適中，適用于制造普通磁性橡膠制品。

 

 

 

    磁性橡膠制品的加工工藝與一般橡膠制品加工工藝大體相同，不同的是加磁粉和充磁工藝。但說(shuō)起來(lái)容易做起來(lái)難。即加入膠中大量磁粉［是干膠配比的十多倍］，磁粉必須均勻分布于橡膠中，否則會(huì)影響磁性橡膠力學(xué)性熊，科技人員不斷研發(fā)磁粉加入膠中方法，如機(jī)械加入法［橡膠混煉方法加入］溶［乳］液加入法，即將橡膠加工成溶液或乳液狀，將磁粉均勻分散其中，還有反應(yīng)法，就是釆用帶有活性端基的低分子量液體橡膠與磁粉混合，再通過(guò)端基發(fā)生反應(yīng)生成大分子的過(guò)程。以上三種方法各有特點(diǎn)，機(jī)械加入法操作簡(jiǎn)單，但對(duì)于規(guī)格較小的磁粉，有些難度，溶［乳］液法，效果好，但工藝復(fù)雜，反應(yīng)法效果最好，但操作不易控制。中小橡膠企業(yè)制造磁性橡膠制品仍以機(jī)械混煉加入磁粉法比較適用。磁性橡膠制品的加工工藝，如以機(jī)械加入法為例，分為常規(guī)橡膠制品成型工藝，和特別充磁工藝。在生產(chǎn)前應(yīng)對(duì)外購(gòu)磁粉進(jìn)行處理，如使用鐵氧體磁粉，由于它是極性分子，屬于親水性物質(zhì)，在運(yùn)輸和貯存過(guò)程中，極易吸附空氣中水分，導(dǎo)致影響磁性橡膠制品性能，所以磁粉在使用前應(yīng)作烘干處理。為了增加橡膠和磁粉等填充劑的親和性，和提高膠料填充率，在磁性橡膠配方中，應(yīng)加入適量的鈦酸酯偶聯(lián)劑，它還可以改善磁性膠料流動(dòng)性。機(jī)械加入法，一般流程為：生膠，磁粉，各種配合劑進(jìn)行常規(guī)混煉［有的生膠要先行塑煉］－出片－，預(yù)成型－硫化，－修整－半成品檢驗(yàn)－充磁［或硫化前充磁］－終檢－入庫(kù)。在充磁工藝中，充磁要求磁場(chǎng)強(qiáng)度大于10000GS，充磁時(shí)間不少于20分鐘，充磁方法有制品硫化前充磁，此時(shí)橡膠分子尚未發(fā)生交聯(lián)，磁粉的磁疇，磁矩方向轉(zhuǎn)為外磁場(chǎng)的方向不受橡膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的限制。還有釆用制品硫化后充磁，雖然橡膠分子己形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對(duì)充磁有些不利，但在很大的磁場(chǎng)強(qiáng)度下，對(duì)己硫化成型制品充磁，易于操作。通常都采用制品硫化后再充磁。充磁常采用平面充磁，同時(shí)可以通過(guò)調(diào)整磁條在充磁板上的位置，來(lái)調(diào)整超前角度。為了使磁性橡膠的磁性能足夠強(qiáng)，首先要求充磁磁場(chǎng)要強(qiáng)，一般要達(dá)到材料矯頑磁力的5倍以上，便可使橡膠的磁性達(dá)到飽和；其次是優(yōu)化磁路，使磁路的磁阻最小，減少磁漏，這樣可使最大限度的磁力線通過(guò)永磁體。

 

     隨著磁性橡膠在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，市場(chǎng)前景廣闊。如在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)應(yīng)用中，以磁性橡膠材料與金屬或其它剛性材料復(fù)合的減震材料可以借磁性吸力貼附在鐵軌旁側(cè)和鐵路橋的腹板或鋼梁上，起到降低振動(dòng)和噪聲的作用。這種磁性復(fù)合材料，是由磁性橡膠層和約束層層壓而成的約束型減震材料，其磁性橡膠層釆用丁基合成橡膠填充鐵氧體后，作充磁磁化處理作為基質(zhì)彈性體，再與約束層鍍鋅鋼板通過(guò)黏結(jié)成為復(fù)合體，施工時(shí)，利用磁性吸力固定于鋼質(zhì)振動(dòng)體上，由于它是通過(guò)磁性橡膠層的磁性吸力固著在鋼質(zhì)振動(dòng)體上，因而會(huì)隨著振動(dòng)體的振動(dòng)而抖動(dòng)，這樣，掁動(dòng)能一部份隨著橡膠變形而轉(zhuǎn)化為橡膠的內(nèi)能，一部份因磁性橡膠層－振動(dòng)體界面上的摩擦而轉(zhuǎn)化為熱能，從而達(dá)到協(xié)同減振效果。由于施工方便，把材料貼附于鐵路路軌的傍側(cè)，或鐵路橋的腹板或鋼梁上，故非常適合于常態(tài)正在運(yùn)營(yíng)的路段的減震，降噪的改造項(xiàng)目。

 

    磁性橡膠的發(fā)展歷程不長(zhǎng)，研發(fā)和形成工業(yè)化生產(chǎn)，始于上世紀(jì)九十年代。隨著社會(huì)的科學(xué)進(jìn)步與發(fā)展需求，磁性橡膠在各領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，生產(chǎn)工藝也在不斷改善和創(chuàng)新，在橡膠科技人員共同努力下，相信在不久將來(lái)，會(huì)有質(zhì)的飛躍！［應(yīng)藍(lán)胖樓主指示而寫(xiě)，不當(dāng)之處多包涵和指正］