CN106751773B - 一种用于磁力锁紧结构包装盒的磁性材料体系 - Google Patents

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Abstract

一种用于磁力锁紧结构包装盒的磁性材料体系摘要本发明涉及一种磁力锁紧包装结构及其磁性材料体系。包括如下步骤：采用各向异性的永磁铁氧体磁粉、增强材料和高分子树脂经熔融混合后制备永磁复合材料，经注射成型、取向，沿锁紧方向上进行充磁后得到带有弱磁性的包装盒盖和盒体。本发明制得的包装盒盖和盒体，具单向磁性较弱、但锁紧后在锁紧方向能产生足够的锁紧力；相比传统的强磁性材料（如NdFeB永磁材料），本发明设计的材料及产品不会产生局部高强度磁场、避免影响周围物体，同时节约了稀土资源；此外，本发明产品可以一次性注射成型，生产效率高、成本低的优势。

Description

一种用于磁力锁紧结构包装盒的磁性材料体系
技术领域
本发明属于粘结磁性复合材料领域，涉及一种适应用于注塑成型的磁性复合材料，尤其涉及一种用于磁力锁紧结构包装盒的磁性材料体系。
背景技术
随着生活快捷化和便捷化趋势的发展，一些日用品包装盒也变得简约易开合，传统上一些用螺纹或者卡扣锁紧固定的包装盒，逐渐改变成用磁力吸合。比如口红包装盒：盒体采用塑料注塑件，在盒体靠近入口处安装一个强磁性材料（如：钕铁硼等金属永磁材料）做的磁环（如专利CN203662193U），然后盒盖采用顺磁材料，这样可以起到吸合作用（如附图1所示）。虽然这样的结构盒材料也可以起到锁紧吸合的效果，但这样的产品存在以下问题：第一、钕铁硼等强磁材料价格昂贵，且金属材质易腐蚀，需要电镀或喷涂防护层；第二、工序复杂，磁环和盒体需要后续组装，容易因尺寸偏差导致装配不上；第三、强磁材料易局部产生磁场，对相邻的物体产生影响。因此，本发明设计一种新型的弱磁性材料体系，经注射成型，取向充磁后即可得到最终制品（如说明书附图2所示）。该弱磁性材料体系是注射铁氧体材料，具有价格便宜，耐腐蚀、可一次性注塑成型得到最终制品；此外，该注射铁氧体磁性材料体系的磁性相对较弱，经过垂直方向充磁后，盒盖与盒体可以在锁紧方向上产生较强的吸力，而本身产生的磁场对周围的物体影响很小。
本发明首先将微米级铁氧体磁粉用偶联剂进行表面处理，然后和高分子树脂、增强纤维、润滑剂一起混合均匀，经过双螺杆挤出机混炼造粒，制备聚合物基铁氧体磁性复合材料。该复合材料经注塑成型、取向并充磁后得到包装盒的盒体与盒盖。本发明具有生产效率高、成本低，产品力学强度高、耐腐蚀、磁性锁紧力高等特点；且该生产工艺操作简单、易于产业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种高强度、弱磁性的磁力锁紧包装盒及该包装盒所用的聚合物基磁性复合材料；并将该聚合物基铁氧体磁性复合材料经过注塑成型、取向、充磁后得到一种磁力锁紧的包装盒，其中，充磁方向是沿着垂直于锁紧面的方向。
本发明所述的磁力锁紧包装盒所用的磁性材料体系包括的组份及其各组份的百分含量如下：
高分子树脂 10%~20%，
铁氧体磁粉 70%~90%，
增强纤维 1%~10%，
润滑剂 1%~5%。
按照上述配比，用双螺杆挤出机混炼造粒，得到磁力锁紧包装盒所用的高强度、弱磁性的聚合物基铁氧体磁性复合材料，经注塑成型、取向并充磁后得到磁力锁紧的包装盒的盒体与盒盖。
进一步，本发明所述的高分子材料可以是聚酰胺6、聚酰胺12、聚酰胺66、聚丙烯或者聚乙烯等树脂；所述的微米级铁氧体粉末的粒径d50≤5μm，其中磁粉用偶联剂进行表面处理；所述的增强纤维可以是短切玻璃纤维或者短切碳纤维；所述的偶联剂是硅烷偶联剂或者钛酸酯偶联剂，其用量占磁粉质量的0.5%~2%。
进一步，本发明所述的磁力锁紧包装盒包括盒盖和盒体两部分，在注射成型过程中分别进行取向充磁，沿着垂直于锁紧面方向充磁，保证盒盖与盒体在吸合面上有足够的吸引力。
工艺步骤如下：
（1）磁粉处理
分别将0.8份偶联剂溶解在适量去离子水中，去离子水的用量以能完全包覆磁粉为限；然后加入100份的微米铁氧体磁粉中，在50~60℃的温度下搅拌、活化，然后在100℃干燥4~6小时，得到活化铁氧体磁粉。
（2）混炼造粒
按照权利要求1所述的配方，将高分子树脂、增强纤维、润滑剂和活化的铁氧体磁粉混合均匀，用双螺杆挤出机在200℃~260℃的温度下挤出造粒，得到磁力锁紧包装盒所用的聚合物基铁氧体磁性复合材料。
（3）注塑成型
将步骤2中制备的聚合物基铁氧体磁性复合材料经注塑成型、电磁场取向，取向场强度0.5~2T；注塑机炮筒温度设定为250℃~280℃，模具温度60℃~80℃。
与现有工艺技术相比，本发明制备的磁力锁紧包装盒及其所用的磁性材料体系，具有以下益处：
第一、本发明利用高强度、弱磁性体系制备的磁性复合材料，可一次性注塑成型、取向充磁后 便可得到包装盒的盒体与盒盖，避免用普通塑料件盒体再装配强磁性的金属磁环，减少了原有的二次装配工艺。
第二、本发明采用磁性材料体系是高分子树脂和铁氧体磁性粉末混合，安全环保，成本低，节约了稀土资源；此外还可避免金属磁介质对包装盒内产品的污染和金属磁体易腐蚀的问题。
第三、本发明采用磁性较弱的聚合物基铁氧体磁性复合材料体系制备的盒盖与盒体，其充磁方向是垂直于盒体横截面方向，因此在吸合方向具有较强的磁力，能保证较强的锁紧力；而其盒体本身磁性较弱，不会产生较强的磁场而对周围物品产生磁辐射。
利用本发明制备的磁力锁紧包装盒体系，与现有磁力包装盒体系相比，成型加工方便、成本低，可以满足大部分包装盒的要求。
具体实施例子
下面结合具体实施例子，对本发明的内容作更具体的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1.
一种用于磁力锁紧结构包装盒的聚酰胺6/铁氧体磁性复合材料的制备方法，原料及质量配比如下：
聚酰胺6树脂 10%，
微米铁氧体（d50≤5μm） 85%，
短切玻璃纤维 4%，
硬脂酸 1%。
工艺步骤如下：
（1）磁粉处理
分别将0.8份偶联剂溶解在适量去离子水中，去离子水的用量以能完全包覆磁粉为限；然后加入100份的微米铁氧体磁粉中，在50~60℃的温度下搅拌、活化，然后在100℃干燥6小时，得到活化铁氧体磁粉。
（2）混炼造粒
按照10:85:4:1的质量百分比将聚酰胺6树脂、微米级铁氧体磁粉、短切玻璃纤维和硬脂酸混合均匀，用双螺杆挤出机在220℃~240℃的温度下挤出造粒，得到磁力锁紧包装盒所用的聚酰胺6基铁氧体磁性复合材料。
（3）注塑成型
将步骤2中制备的聚合物基铁氧体磁性复合材料经注塑成型、电磁场取向，取向场强度0.5~2T；注塑机炮筒温度设定为260℃~280℃，模具温度60℃~80℃。
按照相关标准进行测试，对本实例步骤3中制得的样品进行性能测试，结果如下：Br=0.30T，Hcj=320KA/m，（BH）max=12KJ/m3；拉伸强度95.0MPa，弯曲强度102.0MPa，冲击强度25.5KJ/m2；熔融指数为150g/10min。
实施例2.
一种用于磁力锁紧结构包装盒的聚酰胺12/铁氧体磁性复合材料的制备方法，原料及质量配比如下：
聚酰胺12树脂 12%，
微米铁氧体（d50≤5μm） 85%，
短切碳纤维 2%，
聚酰胺蜡 1%。
工艺步骤如下：
（1）磁粉处理
分别将0.8份偶联剂溶解在适量去离子水中，去离子水的用量以能完全包覆磁粉为限；然后加入100份的微米铁氧体磁粉中，在50~60℃的温度下搅拌、活化，然后在100℃干燥6小时，得到活化铁氧体磁粉。
（2）混炼造粒
按照12:85:2:1的质量百分比将聚酰胺12树脂、微米级铁氧体磁粉、短切碳纤维和聚酰胺蜡混合均匀，用双螺杆挤出机在200℃~230℃的温度下挤出造粒，得到磁力锁紧包装盒所用的聚酰胺12基铁氧体磁性复合材料。
（3）注塑成型
将步骤2中制备的聚合物基铁氧体磁性复合材料经注塑成型、电磁场取向，取向场强度0.8T；注塑机炮筒温度设定为250℃~270℃，模具温度60℃~80℃。
按照相关标准进行测试，对本实例步骤3中制得的样品进行性能测试，结果如下：Br=0.28T，Hcj=300KA/m，（BH）max=11.2KJ/m3；拉伸强度75.0MPa，弯曲强度90.0MPa，冲击强度29.5KJ/m2；熔融指数为180g/10min。
实施例3.
一种用于磁力锁紧结构包装盒的聚丙烯/铁氧体磁性复合材料的制备方法，原料及质量配比如下：
聚丙烯树脂 15%，
微米铁氧体（d50≤5μm） 81%，
短切玻璃纤维 3%，
硬脂酸 1%。
工艺步骤如下：
（1）磁粉处理
分别将0.8份偶联剂溶解在适量去离子水中，去离子水的用量以能完全包覆磁粉为限；然后加入100份的微米铁氧体磁粉中，在50~60℃的温度下搅拌、活化，然后在100℃干燥6小时，得到活化铁氧体磁粉。
（2）混炼造粒
按照15:81:3:1的质量百分比将聚丙烯树脂、微米级铁氧体磁粉、短切玻璃纤维和硬脂酸混合均匀，用双螺杆挤出机在180℃~210℃的温度下挤出造粒，得到磁力锁紧包装盒所用的聚丙烯基铁氧体磁性复合材料。
（3）注塑成型
将步骤2中制备的聚合物基铁氧体磁性复合材料经注塑成型、电磁场取向，取向场强度0.8T；注塑机炮筒温度设定为230℃~250℃，模具温度60℃~80℃。
按照相关标准进行测试，对本实例步骤3中制得的样品进行性能测试，结果如下：Br=0.25T，Hcj=275KA/m，（BH）max=9.0KJ/m3；拉伸强度80.0MPa，弯曲强度94.0MPa，冲击强度22.7KJ/m2；熔融指数为142g/10min。
附图说明：
图1是常规的磁力锁紧包装盒的锁紧结构示意图，其中1是指顺磁材料盒盖，2是塑料盒体中镶嵌的金属永磁强磁材料。
图2是常规磁力锁紧包装盒与本发明设计的磁力锁紧包装盒的磁场方向示意图。其中a图是常规磁力锁紧包装盒锁紧结构磁场方向示意图，b图是本发明设计的磁力锁紧包装盒的磁场方向示意图，其中1是指用聚合物基铁氧体磁性复合材料制备的带单向弱磁性的盒盖，2是指用聚合物基铁氧体磁性复合材料制备的带单向弱磁性的盒体。

Claims (3)

1.一种磁力锁紧的包装盒，其特征在于采用各向异性的永磁铁氧体磁粉和高分子树脂经熔融混合后制备聚合物基铁氧体磁性复合材料，经注射成型、取向，沿锁紧方向上进行充磁后得到带有单向磁性较弱的包装盒盖和盒体，但锁紧后在锁紧方向能产生足够的锁紧力；其中，所述盒盖与盒体的充磁方向是垂直于锁紧面方向：
(1)磁性复合材料的制备
将高分子树脂、活化的铁氧体磁粉、增强纤维、润滑剂按照比例混合均匀后加入双螺杆挤出机中，在220℃～310℃的温度下挤出造粒，得到聚合物基铁氧体磁性复合材料；
(2)注塑成型
将步骤(1)中制备的聚合物基铁氧体磁性复合材料经注塑成型、取向并充磁后得到单向带有弱磁性的盒盖和盒体，其中取向场强度0.5～2T、注塑机炮筒温度设定为250℃～280℃、模具温度60℃～80℃。
2.如权利要求1所述的一种磁力锁紧的包装盒，其特征在于所述的磁性复合材料包括的组分及其质量百分数如下：
Figure FDA0002301417710000011
以上各组分之和为100％。
3.如权利要求1所述的一种磁力锁紧的包装盒，其特征在于所述的高分子树脂是聚酰胺树脂6、聚酰胺树脂12、聚丙烯(PP)中的一种；所用的铁氧体磁粉的粒径d50≤5μm，磁粉均用硅烷偶联剂进行表面处理，用量占磁粉质量0.5％～2％；所述的增强纤维是短切玻璃纤维、短切碳纤维中的一种；所述的润滑剂是硬脂酸或者聚酰胺蜡中的一种或两种的复合。
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