CN105741997A - 一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料及其制备方法。所述复合材料包括如下重量份数的下列组分：软磁粉80?90份；高流动性塑料8?18份；偶联剂0.08?0.09份；溶剂8?9份；增塑剂1?2份；抗氧剂0.1?0.3份，其中，所述高流动性塑料300℃、2.16kg条件下的熔融指数≥30g/10min；且所述复合材料中，所述软磁粉由偶联剂溶剂包覆形成软磁粉包覆体。
Description
技术领域
本发明属于软磁材料领域，尤其涉及一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料及其制备方法。
背景技术
软磁材料是指具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料，广泛用作电感材料、吸波材料和隔磁材料领域。软磁材料的成分主要有铁基金属合金、铁氧体、羰基铁粉三大类，其中，铁基金属合金主要包括铁硅、铁硅铝、铁硅铬、铁镍、铁镍钼等，铁氧体主要包括锰锌铁氧体和镍锌铁氧体。
目前，软磁成型的工艺较多，主要包括以下几种：压制成型+烧结工艺；流延+烧结工艺；流延工艺；压延工艺。然而，上述工艺均无法成型具有高强度高韧性三维复杂结构的软磁材料。
为了获得高强度高韧性三维复杂结构的软磁材料，人们尝试着将塑料与软磁粉以及其它助剂混合，通过注塑工艺来制备高强度高韧性三维复杂结构的软磁材料。该方法的技术难度主要在于能否添加超高含量的软磁粉(质量分数85％以上)，并解决好软磁粉体和塑料的界面结合力问题，使制得的塑料、软磁复合材料在具备高强度高韧性的同时，还具有较高的磁导率。申请号为201210003641.3的中国专利(发明名称：一种高性能纳米晶软磁复合材料及其制备方法)公开了一种高性能纳米晶软磁复合材料及其制备方法，所述纳米晶软磁复合材料的配方为：Fe：Cr：S：B：C：聚丙烯：润滑剂(硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钙中的一种或几种)：偶联剂(钛酸酯或铝酸酯)：相容剂(顺丁烯二酸羰基铁酯)：熔指调节剂(聚乙烯蜡)＝(40-59)：(8-40)：(8-20)：(4-10)：(1-5)：(8-50)：(4-10)：(3-5)：(3-8)：(2-8)； 其制备方法路线如下所示：一次配料-高速水雾化法-钝化处理-退火处理-一次球磨-二次球磨-二次配料-三次球磨-三次配料-高速混合-挤出造粒-注塑成型。该方法虽然能一定程度上解决相容性问题，然而，该方法选用PP作为粘结剂，PP流动性一般，添加上高填充量的软磁合金粉体后流动性更差，难以成型充模困难的制品；其次，该方法混料采用多次球磨工艺和搞混寄出工艺，过于繁琐，导致生产效率低下，无法满足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，旨在解决现有技术难以制备出高含粉量、高性能的复杂三维结构软磁材料的问题。
本发明的另一目的在于提供一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的制备方法。
本发明是这样实现的，一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，包括如下重量份数的下列组分：
其中，所述高流动性塑料的300℃、2.16kg条件下的熔融指数≥30g/10min；
且所述复合材料中，所述软磁粉由偶联剂溶剂包覆形成软磁粉包覆体。
以及，一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
按照上述注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的配方称取各组分；
将偶联剂溶于溶剂中形成偶联剂溶剂；
将软磁粉与所述偶联剂溶剂混合后进行加热处理，得到软磁粉包覆体；
将所述软磁粉包覆体、高流动性塑料、增塑剂、抗氧剂进行密炼混合处理，制得混炼胶；
将所述混炼胶进行破碎处理后进行挤出造粒。
本发明提供的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，选用高流动性塑料作为粘接剂，可以有效提高所述软磁粉和塑料成分之间的界面相容问题；同时，所述软磁粉由偶联剂溶剂包覆形成软磁粉包覆体。由于所述偶联剂同时拥有亲无机和亲有机基团，包覆时所述偶联剂上的亲无机基团会和所述软磁粉表面吸附的空气中的水分上的羟基紧密结合，亲有机基团则和塑料紧密结合，由此，增加了复合材料中塑料组分和磁粉组分的相容性，进而提高所述软磁粉在所述高流动性塑料中的填充率。因此，可以得到高含粉量的复合材料(最高可含90％磁粉)。本发明得到的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，可以制备具有高强高韧的复杂三维结构制品。
本发明提供的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的制备方法，方法简单易控，更重要的是，利用注塑工艺可以一次成型制得三维结构复杂的软磁制品。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，包括如下重量份数的下列组分：
其中，所述高流动性塑料的300℃、2.16kg条件下的熔融指数≥30g/10min；
且所述复合材料中，所述软磁粉由偶联剂溶剂包覆形成软磁粉包覆体。
具体的，本发明实施例中，所述软磁粉为镍锌铁氧体磁粉、锰锌铁氧体磁粉、铁硅铝磁粉、羰基铁粉中的至少一种。为保证高的流动性，所述软磁粉优选为接近球形的软磁粉。作为具体实施例，所述软磁粉的含量可为80份、81份、82份、83份、84份、85份、86份、87份、88份、89份、90份等具体份数。
本发明实施例所述软磁粉由所述偶联剂进行包覆处理，由于所述偶联剂同时拥有亲无机和亲有机基团，包覆时所述偶联剂上的亲无机基团会和所述软磁粉表面吸附的空气中的水分上的羟基紧密结合，亲有机基团则和塑料紧密结合，由此，增加了复合材料中塑料组分和磁粉组分的相容性，进而提高所述软磁粉在所述高流动性塑料中的填充率。作为优选实施例，所述偶联剂为硅烷偶联剂。所述硅烷偶联剂可用通式YSiX3表示，式中，Y为非水解基团，包括链烯基(主要为乙烯基)、以及末端带有Cl、NH2、SH、环氧、N3、(甲基)丙烯酰氧基、异氰酸酯基等官能团的烃基，即碳官能基；X为可水解基团，包括Cl、OMe、OEt、OC2H4OCH3、OSiMe3、及OAc等。由于所述硅烷偶联剂的特殊结构，其分子中同时具有能和所述软磁粉化学结合的反应基团及与所述高流动性塑料如尼龙或聚苯硫醚化学结合的反应基团，可以充当软磁粉和塑料之间的连接桥梁，增加两者相容性。该优选的偶联剂进行包覆处理后，可以使得所述复合材料具有更高的粉体含量，最高可使所述软磁粉的质量百分含量高达90％。本发明实施例中，所述硅烷偶联剂的含量为0.08-0.09份。进一步的，由于所述硅烷偶联剂包覆所述软磁粉时，所述硅烷偶联剂的数量以在所述软磁粉表面布满单分子层为最佳。因此，所述硅烷偶联剂和所述软磁粉的比例优选为硅烷偶联剂：软磁粉的质量比＝1:800-1200；更优选为1:1000。若所述硅烷偶联剂数量过少，则无法完整包覆所述软磁粉表面；若所述硅烷偶联剂含量过多，会有多余的偶联 剂游离在完成包覆的软磁粉表面的偶联剂单分子层的外面，阻隔了单分子层上的亲有机基团和塑料之间的结合，使软磁粉和塑料之间的相容性反而降低，不利于获得超高含粉量复合材料。作为具体实施例，所述偶联剂的含量可为0.08份、0.081份、0.082份、0.083份、0.084份、0.085份、0.086份、0.087份、0.088份、0.089份、0.09份等具体份数。
本发明实施例所述溶剂用于溶解所述偶联剂如硅烷偶联剂，进而保护所述软磁粉。作为优选实施例，所述溶剂为去离子水。由于所述去离子水的比例过少时，会导致配制的溶液量不足以浸润所有的软磁粉表面，从而影响包覆过程中单分子层的形成，因此，优选的，所述去离子水：硅烷偶联剂的重量比≥8。作为具体实施例，所述溶剂的含量可为8份、8.1份、8.2份、8.3份、8.4份、8.5份、8.6份、8.7份、8.8份、8.9份、9份等具体份数。
本发明实施例以软磁粉作为复合材料基体组分，在此基础上添加塑料成分。当大量的所述软磁粉体填充到塑料里面后，会使得复合材料的流动性急剧降低，影响其加工性能。为了解决这一问题，本发明实施例采用所述高流动性塑料作为粘结剂，由于所述高流动性塑料本身有足够大的流动性，因此即使被降低一部份，也能保证注塑时共混物熔体顺利充满磨具。具体的，所述高流动性塑料300℃、2.16kg条件下的熔融指数≥30g/10min。作为优选实施例，所述高流动性塑料为尼龙或者聚苯硫醚中的一种或者两种。选用高流动性和高强度的塑料尼龙和/或聚苯硫醚作为粘接剂，这两种塑料分别是工程塑料和特种工程塑料，本身具有很高的强度和韧性，可以保证加工过程中熔体具有高的流动性以及最终获得的注塑制品具有高的强度和韧性。作为具体实施例，所述高流动性塑料的含量可为8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份、17份、18份等具体份数。
本发明实施例中，所述增塑剂作为进一步增加注塑时熔体流动性的助剂。当所述增塑剂与塑料一起熔融时，所述增塑剂的小分子便会插人到塑料分子链之间，削弱塑料分子链间的引力，增大它们之间的距离，进而增加塑料分子链 的移动可能，降低塑料分子链间的缠结，使塑料在较低的温度下就可发生玻璃化转变，从而使塑料的塑性增加。对于强极性的所述高流动性塑料，所述高流动性塑料分子链上具有强极性基团的分子链间作用力大。加入所述增塑剂，所述增塑剂的极性基团会与所述高流动性塑料极性基团相互作用，从而削弱了所述高流动性塑料分子间的引力，也就达到了增塑的目的。作为优选实施例，所述增塑剂为环氧大豆油。所述环氧大豆油分子上的极性基团会与所述高流动性塑料如尼龙和/或聚苯硫醚分子链上的极性基团相互作用，从而削弱了所述高流动性塑料分子间的引力，达到增塑目的。作为具体实施例，所述增塑剂的含量可为1份、1.1份、1.2份、1.3份、1.4份、1.5份、1.6份、1.7份、1.8份、1.9份、2份等具体份数。
为了防止材料的氧化，所述复合材料中添加有抗氧剂。作为优选实施例，所述抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺，属于受阻酚类抗氧剂。所述抗氧剂中的苯酚结构容易捕捉高分子材料体系中的游离自由基，使塑料老化降解时发生的链式反应中断。同时，1010苯酚位置邻位上的叔丁基属于给电子基团，可致活苯酚的羟基，提高其自由基捕捉能力；其叔丁基致活苯酚的同时提供了抗氧剂苯酚上的羟基较大的位阻，那么也只有自由基小分子可参与反应，而其他添加剂分子体积大而难于靠近不产生反应，不至于破坏其他添加剂，使得两者原有功能失效。抗氧剂因此具有很强的抗氧化效果。作为具体实施例，所述抗氧剂的含量可为0.1份、0.15份、0.18份、0.2份、0.25份、0.28份、0.3份等具体份数。
本发明实施例提供的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，选用高流动性塑料作为粘接剂，可以有效提高所述软磁粉和塑料成分之间的界面相容问题；同时，所述软磁粉由偶联剂溶剂包覆形成软磁粉包覆体。由于所述偶联剂同时拥有亲无机和亲有机基团，包覆时所述偶联剂上的亲无机基团会和所述软磁粉表面吸附的空气中的水分上的羟基紧密结合，亲有机基团则和塑料紧密结合，由此，增加了复合材料中塑料组分和磁粉组分的相容性，进而提高所述软磁粉在 所述高流动性塑料中的填充率。因此，可以得到高含粉量的复合材料(最高可含90％磁粉)。本发明得到的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，可以制备具有高强高韧的复杂三维结构制品。
本发明实施例所述注塑成型塑料与软磁粉体复合材料可以通过下述方法制备获得。
以及，本发明实施例还提供了一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S01.按照上述注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的配方称取各组分；
S02.将偶联剂溶于溶剂中形成偶联剂溶剂；
S03.将软磁粉与所述偶联剂溶剂混合后进行加热处理，得到软磁粉包覆体；
S04.将所述软磁粉包覆体、高流动性塑料、增塑剂、抗氧剂进行密炼混合处理，制得混炼胶；
S05.将所述混炼胶进行破碎处理后进行挤出造粒。
上述步骤S01中，所述注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的配方组分及其优选情况如上文所述，为了节约篇幅，此处不再赘述。
上述步骤S02中，将偶联剂溶于溶剂中形成偶联剂溶剂，优选采用常温搅拌的方式实现。
上述步骤S03中，将所述软磁粉与所述偶联剂溶剂混合进行加热处理，除去所述溶剂，实现所述偶联剂对所述软磁粉的包覆，从而得到软磁粉包覆体。
上述步骤S04中，作为优选实施例，所述密炼混合处理的方法为：在190-210℃温度范围内密炼50-70分钟。该优选的方式，可以促进各组分的充分混合，从而实现复合材料的性能稳定性。作为具体优选实施例，所述密炼混合处理的方法为：在200℃温度范围内密炼60分钟。
上述步骤S05中，所述破碎处理可得到破碎粒料，进一步的，作为优选实施例，所述挤出造粒用异向双螺杆挤出机，温度设置为：一区130-135℃，二区150-135℃，三区200-205℃，四区210-215℃，五区220-225℃，六区220-225℃， 七区210-215℃，模头200-205℃，喂料转速控制在35-50Hz，主机电流控制在50-60A。
作为进一步优选实施例，还包括在挤出造粒后将得到的注塑喂料进行注塑处理，得到注塑成型塑料与软磁粉体复合材料制品。优选的，所述注塑处理的温度设置为：一区150-155℃，二区190-195℃，三区200-205℃，四区220-225℃，五区200-205℃，磨具温度45-65℃，注塑压力为40-60MPa。
本发明实施例提供的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的制备方法，方法简单易控，更重要的是，利用注塑工艺可以一次成型制得三维结构复杂的软磁制品。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例1
一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，包括如下重量份数的下列组分：
所述复合材料中，所述软磁粉由偶联剂溶剂包覆形成软磁粉包覆体，
其中，所述软磁粉为锰锌铁氧体磁粉，所述高流动性塑料为聚苯硫醚；所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述溶剂为去离子水，所述增塑剂为环氧大豆油，所述抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。
所述注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S11.取0.08质量份硅烷偶联剂与8份去离子水常温下混合搅拌配成溶液；
S12.将步骤一配得的溶液与80份锰锌铁氧体磁粉搅拌混合后加热排掉溶剂，制得已包覆的锰锌铁氧体磁粉；
S13.将步骤二制得的所有已包覆的锰锌铁氧体磁粉与18份聚苯硫醚、1.7份环氧大豆油、0.22份N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺一起投入密炼机中，在190-210℃温度范围内密炼1小时，制得混炼胶；
S14.用破碎机将混炼胶破碎成颗粒；
S15.将破碎成的颗粒用挤出机再次造粒制得注塑喂料，挤出机温度设置为一区130℃，二区150℃，三区200℃，四区210℃，五区220℃，六区220℃，七区210℃，模头200℃，喂料转速控制在35HZ，助剂电流控制在50A；
S16.将注塑喂料透过注塑机注射进磨具内，制成特性形状的聚苯硫醚+锰锌铁氧体复合材料制品，注塑机的温度设置为一区150℃，二区190℃，三区200℃，四区220℃，五区200℃，磨具温度45℃，注塑压力为40-60MPa。
实施例2
一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，包括如下重量份数的下列组分：
所述复合材料中，所述软磁粉由偶联剂溶剂包覆形成软磁粉包覆体，
其中，所述软磁粉为铁硅铝磁粉，所述高流动性塑料为尼龙；所述偶联剂为硅烷偶联剂，所述溶剂为去离子水，所述增塑剂为环氧大豆油，所述抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。
所述注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S21.取0.09质量份硅烷偶联剂与9份去离子水常温下混合搅拌配成溶液；
S22.将步骤一配得的溶液与90份铁硅铝磁粉搅拌混合后加热排掉溶剂，制 得已包覆的铁硅铝磁粉；
S23.将步骤二制得的所有已包覆的锰锌铁氧体磁粉与8份尼龙、1.8份环氧大豆油、0.11份N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺一起投入密炼机中，在190-210℃温度范围内密炼1小时，制得混炼胶；
S24.用破碎机将混炼胶破碎成颗粒；
S25.将破碎成的颗粒用挤出机再次造粒制得注塑喂料，挤出机温度设置为一区130℃，二区150℃，三区200℃，四区210℃，五区220℃，六区220℃，七区210℃，模头200℃，喂料转速控制在35HZ，助剂电流控制在50A；
S26.将注塑喂料透过注塑机注射进磨具内，制成特性形状的尼龙+铁硅铝复合材料制品，注塑机的温度设置为一区150℃，二区190℃，三区200℃，四区220℃，五区200℃，磨具温度45℃，注塑压力为40-60MPa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的下列组分：
其中，所述高流动性塑料300℃、2.16kg条件下的熔融指数≥30g/10min；
且所述复合材料中，所述软磁粉由偶联剂溶剂包覆形成软磁粉包覆体。
2.如权利要求1所述的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，其特征在于，所述软磁粉为镍锌铁氧体磁粉、锰锌铁氧体磁粉、铁硅铝磁粉、羰基铁粉中的至少一种。
3.如权利要求1所述的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
4.如权利要求1所述的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，其特征在于，所述高流动性塑料为尼龙或者聚苯硫醚中的一种或者两种。
5.如权利要求1-4任一所述的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，其特征在于，所述增塑剂为环氧大豆油。
6.如权利要求1-4任一所述的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为N,N'-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺。
7.一种注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
按照权利要求1-6任一所述注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的配方称取各组分；
将偶联剂溶于溶剂中形成偶联剂溶剂；
将软磁粉与所述偶联剂溶剂混合后进行加热处理，得到软磁粉包覆体；
将所述软磁粉包覆体、高流动性塑料、增塑剂、抗氧剂进行密炼混合处理，制得混炼胶；
将所述混炼胶进行破碎处理后进行挤出造粒。
8.如权利要求7所述的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的制备方法，其特征在于，所述挤出造粒用异向双螺杆挤出机，温度设置为：一区130-135℃，二区150-135℃，三区200-205℃，四区210-215℃，五区220-225℃，六区220-225℃，七区210-215℃，模头200-205℃，喂料转速控制在35-50Hz，主机电流控制在50-60A。
9.如权利要求7所述的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的制备方法，其特征在于，在挤出造粒后还包括注塑处理，所述注塑处理的温度设置为：一区150-155℃，二区190-195℃，三区200-205℃，四区220-225℃，五区200-205℃，磨具温度45-65℃，注塑压力为40-60MPa。
10.如权利要求7-9任一所述的注塑成型塑料与软磁粉体复合材料的制备方法，其特征在于，所述密炼混合处理的方法为：在190-210℃温度范围内密炼50-70分钟。
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