《Polymer》：Enhancement of Flowability and Magnetic Properties in Highly Filled Ferrite/ Polyamide 6 Composites by Adding Trace Amounts of Fumed Silica
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气凝胶二氧化硅作为新型增稠剂，显著提升高填充钴铁氧体/聚酰胺6复合材料加工性能与磁性能。研究显示添加0.05-0.3 wt%气凝胶二氧化硅可使熔体流动率提高100%，磁性能提升10%，同时增强机械强度（+12%）和热氧化稳定性（85℃/95%RH下保持功能完整）。该技术突破传统有机润滑剂带来的性能衰减问题，为高填充磁体成型提供高效解决方案。
钱赵|唐晓红|张琪|张勤|傅强
四川大学高分子科学与工程学院，聚合物材料工程国家重点实验室，成都，610065，中国
摘要
高性能聚合物粘结磁体广泛应用于汽车电子和其他工业领域。然而，在高填料含量下实现满意的流动性能同时保持磁性能仍然是一个主要挑战。传统方法通常涉及添加有机润滑剂来改善熔体流动性，但这可能会降低机械强度并引起表面缺陷，最终降低磁性能。在这项研究中，我们研究了微量气相二氧化硅作为高填料含量（88%至91%）铁氧体/聚酰胺6（PA6）复合材料的替代流动改性剂。添加气相二氧化硅后，熔体流动速率提高了约100%。此外，与未添加气相二氧化硅的参考体系相比，磁性能提高了10%，拉伸强度提高了12%，冲击强度提高了25%。这些复合材料在环境老化条件下（85°C和95%相对湿度下放置100小时）也表现出稳定的尺寸完整性，表面没有明显变化。这些发现表明，气相二氧化硅可以有效提高高填料含量磁聚合物复合材料的加工性能和功能性能。所提出的策略为在苛刻的应用条件下解决流动限制问题提供了实用的途径，同时保留了关键的机械和磁特性。
引言
高填料含量的聚合物材料由于其出色的性能，在生物医学、电池、电子封装和磁性材料等先进领域得到广泛应用[1]。其中，注塑成型的聚合物粘结磁体结合了磁性和聚合物材料的优点。通过将永磁粉末（例如铁氧体、NdFeB、SmFeN）与聚合物（例如PA6、PA12、PPS）结合，注塑成型工艺能够生产出形状复杂的高精度磁性材料，从而支持其在汽车、电子、医疗和绿色能源等行业的广泛应用[2]、[3]、[4]。
即使对于注塑成型的聚合物粘结磁体，它们在广泛的应用中仍具有巨大潜力[5]、[6]、[7]、[8]，但高填料含量聚合物系统中的“堵塞问题”[9]、[10]仍然是一个关键瓶颈，限制了其加工性能和磁粉末的取向。在接近最大体积分数的情况下，在机械特性、流动性和优异的磁性能之间取得平衡仍然是一个巨大的挑战[11]、[12]。传统方法通常使用有机添加剂（如增塑剂和润滑剂）来通过减少磁颗粒之间或粘合剂与磁颗粒之间的摩擦来提高复合材料的流动性[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]。然而，在注塑成型的高温条件下（约290°C），这些有机添加剂容易分解[19]，导致复合材料机械性能下降。因此，需要探索更有效的改性方法来制造高性能的注塑成型磁产品。
气相二氧化硅被广泛用于制备聚合物复合材料[20]、[21]、[22]、[23]、[24]。由于其独特的物理化学性质，气相二氧化硅已被广泛研究用于改善流体系统的流变性能。在水泥基材料中，气相二氧化硅通过增加流动性、减少渗出和减轻分离来提高可加工性[25]，同时还能提高强度和耐久性[26]。在聚合物复合材料中，它可以调节粘度[27]，赋予触变性[28]，并提升机械性能[29]。此外，它还能优化润滑剂的流变性能并减少摩擦[30]，并在食品和制药行业中改善质地和流动性能[33]。气相二氧化硅还能提高3D打印材料和支撑结构的性能[26]。
尽管对气相二氧化硅在高填料含量聚合物系统中的应用进行了大量研究，但系统性的应用和理论见解仍然有限。本研究通过实验和机理分析揭示了气相二氧化硅在高填料含量铁氧体/PA6复合材料中的独特作用。我们证明，气相二氧化硅不仅提高了流动性和磁性能，还通过物理吸附和表面改性改善了颗粒分散性和界面相互作用。这些发现为高填料含量聚合物复合材料的加工和应用提供了宝贵的理论和实践指导。
材料
铁氧体磁粉（浙江东马科技Toda，ZDX 330规格），PA6（杭州聚顺新材料有限公司），超支化C100（武汉超支化树脂科技有限公司），乙二醇双硬脂酰胺（EBS）（Kao Dispersant BE-FF，日本），气相二氧化硅（Evonik A200）。
磁性复合材料的制备
首先在高速混合器中以300转/分钟的速度混合锶铁氧体和偶联剂20分钟。随后加入PA6树脂和各种功能性添加剂并继续混合
复合材料性能的比较
高填料含量铁氧体/PA6复合材料的磁性能主要受注塑成型过程中各向异性铁氧体颗粒取向的控制。在外加磁场的作用下，这些颗粒的排列方式对关键磁参数（特别是最大能量积（BH）max）有重要影响，这是评估永磁体磁性能的重要指标。同时，添加剂的合理选择也起着至关重要的作用
结论
总之，结果表明，在高填料含量铁氧体/PA6复合材料中加入少量气相二氧化硅（0.05–0.3 wt%）可显著提高熔体流动速率、磁性能、机械强度和热氧化稳定性。与两种领先的商业产品FA22T（Magnetics）和TPS69（Toda）相比，改性后的复合材料表现出更优的整体性能，显示出其在实际应用中的巨大潜力
作者贡献声明
张琪：可视化、资源整理。唐晓红：验证、资源整理。张勤：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理。傅强：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金获取。钱赵：撰写 – 初稿撰写、可视化、方法论设计、数据分析
利益冲突声明
作者声明与本文研究内容无关的任何财务或其他利益冲突。
资金来源
四川省科技计划（项目编号2024ZHCG0148）和中国国家自然科学基金（项目编号52103091）
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢四川省科技计划（项目编号2024ZHCG0148）、中国国家自然科学基金（项目编号52103091）以及成都银河磁业有限公司的支持。
