Studies on epoxy-iron powder magnetic composites for electrical motor applications

Abstract

ELEKTRİK MOTORU UYGULAMALARI İÇİN EPOKSİ-DEMİR TOZU MANYETİK KOMPOZİTLERÎ ÜZERİNE ÇALIŞMALAR Gölgelioğlu, Özgür Yüksek Lisans, Polimer Bilimi ve Teknolojisi Bölümü Tez Yürütücüsü: Prof. Dr. Erdal Bayramlı Şubat 2002, 73 sayfa Elektrik motor uygulamalarında manyetik eleman olarak kullanılmak üzere yüksek oranda doldurulmuş demir tozu-epoksi kompozitleri hazırlanmıştır. Malzemenin yoğunluğunu artırmak için farklı dağılımdaki parçacık boyutlarının sıkılaştırabilme üzerine etkileri çalışılarak aydınlatılmıştır. Kullanılan epoksi sistemi Araldite B 41 ve sertleştirici HT 901 içermektedir. Polimerik fazın etkileri (1) matriksteki demir tozu parçacıklarını birarada tutmak (2) demir tozlan çevresinde yalıtım tabakası oluşturarak Eddy akım kayıplarını azaltıp elektrik motorunun verimini artırmaktır. 1000 MPa in üzerinde sıkıştırma kuvveti kullanılarak kompozit numuneleri hazırlanarak çekme ve darbe testleri çalışılmıştır. Beklendiği üzere, epoksi miktarı hacimce % 25 ten % 5 e düşürüldüğünde mekanik özellikler bozulmaktadır. Fakat, % 5 lik numunelerde bile, manyetik eleman olarak kullanılması için gerekli yapısal uyum gözlenmektedir.Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi çalışmalan, demir tozu parçacıkları yüzeylerinin büyük oranda kaplandığını göstermiştir. Epoksi ile kaplanmış 4 kompozit korların ve 2 hazır kaplanmış ticari korların ( mukayese için) üzerinde motor verim testleri göstermiştir ki, hacimce % 5 ve % 6,5 epoksi içeren korlar düşük akımlarda yüksek manyetik alan yaratmasında ektilidir ve ticari korlara göre daha düşük güç kayıplarına sahiptir. Hacimce epoksi içeren optimum değerin %5 - 6,5 civarında olduğu bulunmuştur. Örnek hazırlanması sırasında optimum basınç değerinin ise, yalıtılmış toz parçacıklarının birbirleri ile kaynaşıp kayıpları artırıcı etkisini gösteren 1000 MPa'ın altında olduğu bulunmuştur. Anahtar Kelimeler : Epoksi, Eddy akım kayıpları, Elektrik ve Manyetik özellikler, Manyetik kompozit malzeme sy<W MVKKilZf

ABSTRACT STUDIES ON EPOXY-IRON POWDER MAGNETIC COMPOSITES FOR ELECTRICAL MOTOR APPLICATIONS Gölgelioğlu, Özgür M. S., Department of Polymer Science and Technology Supervisor Prof. Dr. Erdal Bayramlı February 2002, 73 pages Highly filled iron powder epoxy composites are prepared to be used as magnetic elements in electrical motor applications. To increase the density of the material a study is performed that elucidated the effect of hetero dispersity of particle sizes on the close- packing of the iron powder. The epoxy system used is composed of Araldite B41 and Hardener HT901. The effects of the polymeric phase are (1) to act as a binder to the iron particles in the matrix, (2) to create an insulation layer around the iron particles which increases the efficiency of the electrical motor by reducing Eddy-current losses. The composite specimens are prepared by compressive strengths around 1000 MPa and tensile and impact tests are carried out. As expected there is a deterioration in the mechanical properties as epoxy content is decreased from 25 (V/V) % to 5 (V/V) %, but, even 5 % samples are observed to have the structural integrity to be used as magnetizing elements. inThe Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray photo-electron (ESCA) studies indicated that the surface coating of the iron particles is achieved to a large extent. The motor efficiency tests carried out on 4 epoxy coated composite cores and 2 commercial insulated powders (for comparison) have shown that for 5 and 6.5 % epoxy containing cores have promising magnetization properties which are effective in creating a good magnetic field at low currents and low power losses compared to commercial powders. The optimum epoxy content is found to be around 5 - 6.5 (V/V)% and also an optimum pressure in sample preparation exists at around 1000 MPa over which the insulated powder particles seem to fuse together which increases the losses. Keywords : Epoxy, Eddy current losses, Electrical and magnetic properties, Magnetic composite material IV