Más allá de 180°C: ¿Existen otros materiales de sustrato para componentes magnéticos además del PPS?

La piedra angular del rendimiento magnético: parámetros clave y lógica de selección de materiales

Comprender la selección de materiales requiere comenzar con los parámetros centrales de las propiedades magnéticas.

La coercitividad, especialmente la coercitividad intrínseca (Hcj), es crucial para medir la resistencia a la desmagnetización de materiales magnéticos permanentes. Este parámetro afecta directamente a la estabilidad del material a altas temperaturas o en campos magnéticos inversos. Generalmente, la coercitividad disminuye al aumentar la temperatura.

El producto de energía magnética (BH), especialmente el producto de energía magnética máxima (BHmax), representa la densidad de energía magnética almacenada por unidad de volumen del imán y es uno de los indicadores principales para medir la fuerza de las propiedades magnéticas de un material. Como se muestra en la figura siguiente, la gama de productos de energía magnética varía significativamente entre los diferentes materiales de imanes permanentes; El producto de energía magnética de los imanes moldeados por inyección suele ser menor que el de los imanes sinterizados.

Hoja AHD PA6 Blanca

En el campo de los plásticos magnéticos (imanes adheridos), se utilizan habitualmente tres matrices principales de resina termoplástica: PA6, PA12 y PPS. La elección entre ellos depende principalmente de la temperatura de funcionamiento y del entorno:

PA6: Menor costo, pero la temperatura de funcionamiento a largo plazo suele ser inferior a 150 °C.

PA12: Mejora la tenacidad a bajas temperaturas de PA6, con una temperatura máxima de funcionamiento de aproximadamente 120°C. Resuelve el problema de la fragilidad a baja temperatura.

PPS: Cuando la temperatura de funcionamiento supera los 180°C, sus propiedades de flujo son excelentes. Además del PPS, sólo el LCP es adecuado, pero el LCP tiene mala adhesión y encapsulación con materiales inorgánicos, y su rápido enfriamiento y velocidad de curado lo hace inadecuado para materiales magnéticos. Por lo tanto, PPS es la única opción de plástico magnético termoplástico con una resistencia a temperaturas de 180°C.

Por lo tanto, para aplicaciones de alta temperatura, alta corrosión o alta precisión, los materiales compuestos magnéticos basados en PPS son un camino tecnológico indispensable.

Consejos para magnetizar plásticos magnéticos

Magnetización axial: se inyectan líneas de fuerza magnéticas a lo largo de la dirección axial del imán moldeado por inyección, creando polos magnéticos en esa dirección. Este método es adecuado para aplicaciones que requieren un campo magnético axial, como rotores de motores y codificadores magnéticos.

Magnetización radial: se inyectan líneas de fuerza magnéticas a lo largo de la dirección radial del imán moldeado por inyección, creando polos magnéticos en esa dirección. Los imanes moldeados por inyección magnetizados radialmente se usan comúnmente en aplicaciones que requieren un campo magnético radial, como acopladores magnéticos y sensores magnéticos.

Magnetización axial multipolar: se forman múltiples polos magnéticos mediante magnetización repetida a lo largo de la dirección axial del imán moldeado por inyección. Este método aumenta la intensidad del campo magnético y el número de polos, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren una alta intensidad de campo magnético y campos magnéticos multipolares, como motores paso a paso y codificadores magnéticos.

Magnetización radial multipolar: se forman múltiples polos magnéticos mediante magnetización repetida a lo largo de la dirección radial del imán moldeado por inyección. La magnetización radial multipolar en imanes moldeados por inyección puede generar distribuciones complejas de campos magnéticos, adecuadas para aplicaciones que requieren campos magnéticos multipolares, como sensores magnéticos y acopladores magnéticos.

Magnetización radial: las líneas de fuerza magnéticas irradian hacia afuera desde el centro del imán moldeado por inyección, generando un campo magnético fuerte en la región central y un campo más débil en las regiones periféricas. La magnetización radial se usa comúnmente en aplicaciones que requieren un campo magnético fuerte en la región central, como equipos de imágenes por resonancia magnética (MRI) y sensores magnéticos.

Magnetización local: Sólo se magnetiza una zona concreta del imán moldeado por inyección, mientras que el resto permanece sin magnetizar. Los imanes moldeados por inyección magnetizados localmente pueden cumplir requisitos de aplicaciones específicas, como en algunos dispositivos electrónicos donde solo es necesario magnetizar un área específica para lograr una función particular.

Hoja de plástico AHD PPS

Desafíos principales

La aplicación exitosa de resina PPS a materiales compuestos magnéticos de alto rendimiento no es una simple cuestión de mezcla física; requiere resolver una serie de desafíos de ciencia de materiales derivados de la propia aplicación.

1. La contradicción entre alto contenido de relleno y fluidez

Para obtener suficientes propiedades magnéticas, el contenido de carga (fracción de volumen) del polvo magnético (como NdFeB y ferrita) normalmente debe alcanzar más del 82 %. Una alta proporción de cargas inorgánicas aumenta drásticamente la viscosidad de la masa fundida, empeora la fluidez del procesamiento y provoca dificultades en el moldeo por inyección, lo que dificulta el llenado de moldes de precisión complejos y de paredes delgadas.

Solución: Desarrollar grados de resina PPS específicamente para sistemas con alto contenido de relleno mediante el diseño de estructuras moleculares y el control de procesos. El núcleo radica en optimizar la distribución del peso molecular de la resina para mejorar significativamente la fluidez de la fusión mientras se mantienen las propiedades básicas del material, asegurando un buen llenado del molde y un moldeado de estructuras complejas incluso bajo altas cargas de polvo magnético.

2. Estabilidad a largo plazo a altas temperaturas

Los entornos de alta temperatura son el principal escenario de aplicación de los materiales PPS, pero también plantean un grave desafío para el sistema de materiales.

La exposición prolongada a altas temperaturas (p. ej., >180 °C) puede provocar:

Envejecimiento termooxidativo de la matriz polimérica y disminución de las propiedades mecánicas.

La oxidación acelerada del polvo magnético (especialmente NdFeB) conduce a una degradación irreversible de las propiedades magnéticas.

La unión interfacial entre la resina y el polvo magnético se debilita.

Soluciones: abordar tanto los procesos de síntesis de resina como de compuestos. Por un lado, mejorar la estabilidad termooxidativa y la pureza de la propia matriz de PPS; por otro lado, desarrollar tecnologías eficaces de tratamiento de superficies de polvo magnético y sistemas compatibilizadores para mejorar la unión interfacial entre el relleno y la matriz a altas temperaturas, formando una capa protectora robusta y retrasando la oxidación del polvo magnético y la degradación del rendimiento.

3. Control de precisión dimensional y contracción anisotrópica

Los componentes magnéticos, especialmente los anillos magnéticos utilizados en codificadores de servomotores y sensores de precisión, requieren una precisión dimensional y una estabilidad de forma extremadamente altas. Como polímero semicristalino, el comportamiento de cristalización del PPS durante el moldeo por inyección puede provocar una contracción y deformación desiguales, lo que afecta la precisión y la uniformidad de la magnetización del componente final.

Solución: Al ajustar el comportamiento de cristalización de la resina y desarrollar formulaciones de baja deformación, los esfuerzos se centran en reducir la contracción anisotrópica y mejorar la estabilidad dimensional. Esto proporciona un sustrato confiable para fabricar componentes magnéticos magnetizados multipolares (por ejemplo, magnetización multipolar axial/radial) de alta precisión.

Hoja de sulfuro de polifenileno

En comparación con los imanes sinterizados comúnmente utilizados, los imanes moldeados por inyección tienen las siguientes ventajas y desventajas:

1. Mayor flexibilidad en el diseño de productos, permitiendo la producción de productos complejos y delgados.

2. Proceso más simple, que permite el moldeo por inyección integrado para incrustar inserciones metálicas en un solo proceso de moldeo. Alta precisión dimensional.

3. Mejor tenacidad, menos propenso a agrietarse bajo cargas de impacto.

4. Mejor resistencia a la corrosión.

5. Producto de menor energía magnética que los imanes sinterizados.

En comparación con los imanes sinterizados comúnmente utilizados, los imanes moldeados por inyección, representados por PPS, poseen ventajas únicas, que se ven amplificadas aún más por las matrices de PPS de alto rendimiento.

Flexibilidad de diseño y moldeado: Las geometrías complejas y las estructuras de paredes delgadas se pueden moldear integralmente, logrando diseños imposibles con los procesos de sinterización. La excelente fluidez del PPS lo hace posible.

Alta precisión e integración dimensional: la alta precisión dimensional del producto y la capacidad de integrar inserciones como casquillos metálicos y elementos sensores en un único proceso de moldeo mediante moldeo integrado reducen los pasos de ensamblaje. Para ello, las características de baja contracción del PPS son decisivas.

Excelente tenacidad mecánica: en comparación con los frágiles imanes sinterizados, los imanes moldeados por inyección tienen una mejor resistencia al impacto y son menos propensos a romperse durante el montaje y el uso.

Excelente resistencia a la corrosión: la propia resina PPS tiene una excelente resistencia a la mayoría de los ácidos, álcalis y disolventes, lo que permite utilizar componentes magnéticos en entornos hostiles sin protección adicional de galvanoplastia.

Varilla AHD PPS