CN107662330A - 用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置及方法，通过模压装置与电磁加热装置有机融合，电磁加热装置产生交变磁场，高频金属导磁体切割磁力线后温度快速升高，克服了现有技术采用电阻加热或电加热棒加热所带来的技术缺陷，达到了缩短高分子磁性复合材料的模压成型周期、节能环保，加工过程稳定可靠且操作方便，电热能量转换效率高，加热速度快，热量分布均匀的目的。

Description

用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置及方法
技术领域
本发明涉及模压成型技术领域，特别涉及一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置及方法。
背景技术
高分子磁性复合材料是指以高分子材料与各种无机磁性物质通过混合、粘结、填充复合、表面复合、层积复合等方式制得的磁性体，目前已具有较好的实际应用价值，而且前景广阔。模压成型是制备表面呈微结构的高分子磁性复合材料常用的方法，借助表面具备微特征结构的热压板进行大面积模压。现有的模压机的加热系统常采用电阻加热或电加热棒加热，这种方式存在一些明显缺点：(1)热转换效率较低(不足50％)，这导致耗电增加，同时会对设备周围环境产生一定的热污染；(2)由于发热元件是电阻丝，在使用过程中必然存在高温老化的现象，需要经常维护，且寿命短；(3)热损耗导致操作工人处于高温环境中，不利于操作工人的健康；(4)预热时间较长。
因此，如何提供一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置及方法，能够达到缩短高分子磁性复合材料的模压成型周期、节能环保，加工过程稳定可靠且操作方便，电热能量转换效率高，加热速度快，热量分布均匀的目的，是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置及方法，能够达到缩短高分子磁性复合材料的模压成型周期、节能环保，加工过程稳定可靠且操作方便，电热能量转换效率高，加热速度快，热量分布均匀的目的。
为解决上述技术问题，本发明提供一种成型表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置，包括：
用于夹持高分子磁性材料的夹持组件；
分别设置在所述高分子磁性材料上下两侧的上压板和下压板；
可滑动设置有所述上压板和所述下压板的支撑架；
内嵌于所述上压板和所述下压板表面，用于电磁加热所述高分子磁性材料的电磁加热装置；
内嵌于所述电磁加热装置表面，用于传递所述电磁加热装置发出电磁的高频金属导磁体。
优选地，在上述模压装置中，所述夹持组件包括横杆以及用于支撑所述横杆的竖杆；所述竖杆上开设有通槽，所述横杆的一端夹持所述高分子磁性材料且另一端穿过所述通槽且相对于所述竖杆可滑动连接。
优选地，在上述模压装置中，所述通槽在竖直方向上设有弹簧，所述弹簧的活动端连接有弹珠，所述横杆上设有与所述弹珠相嵌的凹槽。
优选地，在上述模压装置中，所述电磁加热装置包括盒体、设置于所述盒体开口处的高频导磁体叠片、设置于所述盒体的两个平行设置的绝缘板以及螺旋状置于所述两个绝缘板之间的电磁线圈。
优选地，在上述模压装置中，所述电磁加热装置还包括分别设置于所述盒体内层和外层的抗压隔热板和抗压绝缘板。
优选地，在上述模压装置中，所述电磁加热装置还包括用于实时探测所述上压板和所述下压板的温度和压力的温度压力传感器。
优选地，在上述模压装置中，所述电磁加热装置还包括设置于所述高频导磁体叠片与所述绝缘板之间的保温棉。
优选地，在上述模压装置中，所述盒体上开设有用于将所述电磁线圈两端与外部电源接通的通线孔。
优选地，在上述模压装置中，所述高分子磁性材料为热塑性聚氨酯/四氧化三铁复合材料、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物/四氧化三铁复合材料或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物/四氧化三铁复合材料。
本发明还提供了一种成型表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压方法，应用上述用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置，所述模压方法包括：
步骤1)所述电磁加热装置通电，对所述上压板和所述下压板预热；
步骤2)调整所述上压板和所述下压板为半闭合状态，通过所述高分子磁性材料中的磁性材料切割磁力线生热，通过所述夹持组件将所述高分子磁性材料放置于所述高频金属导磁体上；
步骤3)将所述夹持组件撤出，使所述上压板和所述下压板合模，预热所述高分子磁性材料；
步骤4)待到达预设温度及预设压力后，冷却脱模，得到表面呈微纳结构的所述高分子磁性材料。
本方案提供了一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置，包括夹持组件、上压板和下压板、支撑架、电磁加热装置以及高频金属导磁体。其中，夹持组件用于夹持高分子磁性材料。支撑架上可滑动设置有上压板和下压板，用于上压板和下压板对夹持高分子磁性材料进行模压过程中提供支撑和可滑动的轨道。电磁加热装置内嵌于上压板和下压板的表面，用于电磁加热高分子磁性材料。高频金属导磁体内嵌于电磁加热装置的表面，用于传递电磁加热装置发出的电磁。本发明提供了一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置及方法，通过模压装置与电磁加热装置有机融合，电磁加热装置产生交变磁场，高频金属导磁体切割磁力线后温度快速升高，克服了现有技术采用电阻加热或电加热棒加热所带来的技术缺陷，达到了缩短高分子磁性复合材料的模压成型周期、节能环保，加工过程稳定可靠且操作方便，电热能量转换效率高，加热速度快，热量分布均匀的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本方案提供的模压装置的结构示意图；
图2为本方案中电磁加热装置的结构示意图；
图3为本方案中夹持组件的局部方法图。
图中：底座1、最外层高频金属导磁体2、电磁加热装置3、温度压力传感器30、抗压绝缘板31、盒体32、抗压隔热板33、高频导磁体叠片34、保温棉35、绝缘板36、电磁线圈37、第一通线孔38、第二通线孔39、夹持组件4、竖杆41、弹簧42、弹珠43、横杆44、立柱5、高分子磁性材料6、冷却水路7、温度压力数字显示屏8、上压板9、下压板10。
具体实施方式
本发明提供了一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置及方法，能够达到缩短高分子磁性复合材料的模压成型周期、节能环保，加工过程稳定可靠且操作方便，电热能量转换效率高，加热速度快，热量分布均匀的目的。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1和图2，本方案提供了一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置，包括夹持组件、上压板9和下压板10、支撑架、电磁加热装置3以及高频金属导磁体2。其中，夹持组件用于夹持高分子磁性材料6。支撑架上可滑动设置有上压板9和下压板10，用于上压板9和下压板10对夹持高分子磁性材料6进行模压过程中提供支撑和可滑动的轨道。电磁加热装置3内嵌于上压板9和下压板10的表面，用于电磁加热高分子磁性材料6。高频金属导磁体2内嵌于电磁加热装置3的表面，用于传递电磁加热装置3发出的电磁能量。
本发明提供了一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置，通过模压装置与电磁加热装置有机融合，电磁加热装置产生交变磁场，高频金属导磁体切割磁力线后温度快速升高，克服了现有技术采用电阻加热或电加热棒加热所带来的技术缺陷，达到了缩短高分子磁性复合材料的模压成型周期、节能环保，加工过程稳定可靠且操作方便，电热能量转换效率高，加热速度快，热量分布均匀的目的。
作为优选，夹持组件4包括横杆44以及用于支撑横杆44的竖杆41；竖杆41上开设有通槽，横杆44的一端夹持高分子磁性材料6且另一端穿过通槽且相对于竖杆41可滑动连接。
通槽在竖直方向上设有弹簧42，弹簧42的活动端连接有弹珠43，横杆44上设有与弹珠43相嵌的凹槽。在横杆42的另一端还可设有手柄。在模压过程中，上压板9和下压板10对高分子磁性材料6加压加热时，通过调节横杆在水平方向上的位置，将高分子磁性材料6放置于高频金属导磁体2上方，且经过设计，在此位置时刚好弹珠43能够卡在横杆44凹槽内。弹簧42、弹珠43和凹槽相配合，可以将横杆44固定于合适位置，横杆44相对于竖杆41可固定。
本方案提供的电磁加热装置3包括盒体32、设置于盒体32开口处的高频导磁体叠片34、设置于盒体32的两个平行设置的绝缘板36以及螺旋状置于两个绝缘板36之间的电磁线圈37。盒体32内放置电磁线圈37，待电磁线圈37通交流电后，电磁线圈产生交变磁场，高频导磁体叠片34切割磁力线，由于存在涡流效应，高频导磁体叠片34受热后温度不断升高，从而达到电磁加热装置3加热效果。
为了提高整个电磁加热装置的抗压能力，做好绝热保温措施，导致热量损失大。作为优选，电磁加热装置3还包括分别设置于盒体32内层和外层的抗压隔热板33和抗压绝缘板31。
作为优选，电磁加热装置3还包括用于实时探测上压板9和下压板10的温度和压力的温度压力传感器30。
作为优选，电磁加热装置3还包括设置于高频导磁体叠片34与绝缘板36之间的保温棉35，起隔热保温的作用。
盒体32上开设有用于将电磁线圈37两端与外部电源接通的通线孔。
在上压板和下压板的表面上还设置冷却水路7，作用是用于冷却模具的温度。在本方案的装置上还设置有温度压力数字显示屏8，其作用是作为控制面板，方便实验人员读取温度和压力数值。
高分子磁性材料6为热塑性聚氨酯/四氧化三铁复合材料、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物/四氧化三铁复合材料或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物/四氧化三铁复合材料。
具体地，高频金属导磁体叠片34的最外层表面的微纳特征的宽度、深度和间隔为微米或纳米级，以及高频金属导磁体叠片34横截面可以设置为圆形、方形或T形。盒体32内部的抗压隔热板可以为聚四氟乙烯、聚氨酯泡沫塑料或气凝胶毡，保温棉可为高温玻璃棉。
本方案还提供一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压方法，应用上述用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置，模压方法包括：
步骤1)电磁加热装置3通电，对上压板9和下压板10预热；
步骤2)调整上压板9和下压板10为半闭合状态，通过高分子磁性材料6中的磁性材料切割磁力线生热，通过夹持组件4将高分子磁性材料6放置于高频金属导磁体2上；
步骤3)将夹持组件4撤出，使上压板9和下压板10合模，预热高分子磁性材料6；
步骤4)待到达预设温度及预设压力后，冷却脱模，得到表面呈微纳结构的高分子磁性材料6。
本发明提供了一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模方法，通过模压装置与电磁加热装置有机融合，电磁加热装置通电后产生交变磁场，高频金属导磁体切割磁力线后温度快速升高，克服了现有技术采用电阻加热或电加热棒加热所带来的技术缺陷，达到了缩短高分子磁性复合材料的模压成型周期、节能环保，加工过程稳定可靠且操作方便，电热能量转换效率高，加热速度快，热量分布均匀的目的。
具体地，本发明提供了如下技术方案：
实施例一：
高分子材料采用热塑性聚氨酯，磁性材料采用四氧化三铁纳米粒子，模压成型表面呈微纳结构的高分子磁性材料6为热塑性聚氨酯/四氧化三铁复合材料，首先需对上压板9和下压板10进行预热，电磁线圈37的两端通过第一通线孔38与外部电源相接通高频电流后，产生磁场，高频导磁体叠片34与热塑性聚氨酯/四氧化三铁复合材料内部的四氧化三铁粒子切割磁力线产热，盒体32的外层为抗压绝缘板31，起绝缘作用的同时可承受一定的压力，盒体32的内层为抗压隔热板33，可防止高频金属导磁体叠片34的热量对盒体32内部的电磁加热组件产生影响，电磁线圈37呈螺旋状置于两个普通的绝缘板36之间，绝缘板36起到绝缘作用，为提高发热效率，使高频金属导磁体叠片34发热均匀，设置电磁线圈37位于高频金属导磁体叠片34的正下方，高频金属导磁体叠片34与绝缘板36之间放置有保温棉35，起隔热保温的作用，在高频金属导磁体叠片34一侧的温度压力传感器30可实时探测上压板9和下压板10的温度和压力，通过反馈后对上压板9与下压板10的实时温度进行控制。
对模压装置的上压板9和下压板10进行预热后，调整模压设备的上压板9与下压板10为半闭合状态，上压板9与下压板10之间预留一定的间隙，均不与热塑性聚氨酯/四氧化三铁复合材料接触，通过磁性纳米粒子切割磁力线生热，然后夹持组件4将热塑性聚氨酯/四氧化三铁复合材料放置于高频金属导磁体叠片34上，与下压板10的最外层高频金属导磁体2接触；再将夹持横杆44往外拉出。再驱动下压板10向上移动并合模，预热高分子磁性复合材料，达到200℃后，保压10分钟。冷却脱模后，可获得表面呈微纳结构的热塑性聚氨酯/四氧化三铁复合材料。
实施例二：
高分子材料采用乙烯-丙烯酸乙酯共聚物，磁性材料采用四氧化三铁纳米粒子，模压成型表面呈微纳结构的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物/四氧化三铁复合材料，首先对模压装置的上压板9与下压板10进行预热，电磁线圈37的两端通过第二通线孔39与外部电源相接通高频电流后，产生磁场，高频导磁体叠片34与乙烯-丙烯酸乙酯共聚物/四氧化三铁材料内部四氧化三铁粒子切割磁力线产热，预热上压板9和下压板10温度达到50℃时，调整模压机的上压板9与下压板10为半闭合状态，上压板9与下压板10之间留有一定的间隙，均不与乙烯-丙烯酸乙酯共聚物/四氧化三铁材料接触，通过磁性纳米粒子切割磁力线生热，然后夹持组件4将烯-丙烯酸乙酯共聚物/四氧化三铁材料放置于高频金属导磁体叠片34上，与最外层高频金属导磁体2接触。再将夹持横杆44往外拉出，进一步对乙烯-丙烯酸乙酯共聚物/四氧化三铁材料进行预热，达到120℃。保压8分钟。冷却脱模后，可获得表面呈微纳结构的乙烯-丙烯酸乙酯共聚物/四氧化三铁材料。
本方案的优势在于，能够缩短高分子磁性复合材料的模压成型周期、节能环保，加工过程稳定可靠且操作方便，改善了磁性纳米粒子在材料内部的分散性，电热能量转换效率高，加热速度快，热量分布均匀。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置，其特征在于，包括：
用于夹持高分子磁性材料(6)的夹持组件(4)；
分别设置在所述高分子磁性材料(6)上下两侧的上压板(9)和下压板(10)；
可滑动设置有所述上压板(9)和所述下压板(10)的支撑架；
内嵌于所述上压板(9)和所述下压板(10)表面，用于电磁加热所述高分子磁性材料(6)的电磁加热装置(3)；
内嵌于所述电磁加热装置(3)表面，用于传递所述电磁加热装置(3)发出电磁的高频金属导磁体(2)。
2.根据权利要求1所述的模压装置，其特征在于，所述夹持组件(4)包括横杆(44)以及用于支撑所述横杆(44)的竖杆(41)；所述竖杆(41)上开设有通槽，所述横杆(44)的一端夹持所述高分子磁性材料(6)且另一端穿过所述通槽且相对于所述竖杆(41)可滑动连接。
3.根据权利要求2所述的模压装置，其特征在于，所述通槽在竖直方向上设有弹簧(42)，所述弹簧(42)的活动端连接有弹珠(43)，所述横杆(44)上设有与所述弹珠(43)相嵌的凹槽。
4.根据权利要求1所述的模压装置，其特征在于，所述电磁加热装置(3)包括盒体(32)、设置于所述盒体(32)开口处的高频导磁体叠片(34)、设置于所述盒体(32)的两个平行设置的绝缘板(36)以及螺旋状置于所述两个绝缘板(36)之间的电磁线圈(37)。
5.根据权利要求4所述的模压装置，其特征在于，所述电磁加热装置(3)还包括分别设置于所述盒体(32)内层和外层的抗压隔热板(33)和抗压绝缘板(31)。
6.根据权利要求4或5所述的模压装置，其特征在于，所述电磁加热装置(3)还包括用于实时探测所述上压板(9)和所述下压板(10)的温度和压力的温度压力传感器(30)。
7.根据权利要求4或5所述的模压装置，其特征在于，所述电磁加热装置(3)还包括设置于所述高频导磁体叠片(34)与所述绝缘板(36)之间的保温棉(35)。
8.根据权利要求4或5所述的模压装置，其特征在于，所述盒体(32)上开设有用于将所述电磁线圈(37)两端与外部电源接通的通线孔。
9.根据权利要求1所述的模压装置，其特征在于，所述高分子磁性材料(6)为热塑性聚氨酯/四氧化三铁复合材料、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物/四氧化三铁复合材料或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物/四氧化三铁复合材料。
10.一种用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压方法，其特征在于，应用权利要求1-9所述的用于表面呈微纳结构的高分子磁性材料的模压装置，所述模压方法包括：
步骤1)所述电磁加热装置(3)通电，对所述上压板(9)和所述下压板(10)预热；
步骤2)调整所述上压板(9)和所述下压板(10)为半闭合状态，通过所述高分子磁性材料(6)中的磁性材料切割磁力线生热，通过所述夹持组件(4)将所述高分子磁性材料(6)放置于所述高频金属导磁体(2)上；
步骤3)将所述夹持组件(4)撤出，使所述上压板(9)和所述下压板(10)合模，预热所述高分子磁性材料(6)；
步骤4)待到达预设温度及预设压力后，冷却脱模，得到表面呈微纳结构的所述高分子磁性材料(6)。
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