CN107964239A - 一种制备ih电磁加热线盘支架的复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于制备IH（Induction Heat）电磁加热线盘支架的复合材料及其制备方法，其特征在于所述的加热线盘支架采用热塑性聚合物做基体，以锰锌铁氧体、铁粉和铁硅铝金属粉末中的一种或几种混合作为填充物，经双螺杆挤出机混炼造粒，得到高强度高磁导率的聚合物基软磁复合材料；该聚合物基软磁复合材料经一次性注塑成型，即可得到电磁炉加热线盘支架。本发明制备的聚合物基软磁复合材料及该方法制备的电磁炉加热线盘支架，具有骨架和磁体是一体成型的、磁导率高、强度高、后序装配工艺简单；可以取代传统上线圈骨架和磁体镶嵌粘结的方法，提高了电磁炉线盘的磁导率、加热效率和生产效率。
Description
技术领域
本发明属于电磁加热技术领域，具体涉及一种电磁加热线盘支架用的聚合物基软磁性复合材料及该线盘支架成型方法。
背景技术
IH电磁加热是电磁加热的原理是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质容器放置上面时，容器表面即切割交变磁力线而在容器底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使容器底部的铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能。从而起到加热物品的效果。因为是铁制容器自身发热，所以热转化率特别高，最高可达到95%。因此作为电磁加热方式被应用于诸多场所，如食品加工、纺织、印染、冶金、轻工、机械、表面热处理及焊接，锅炉，开水炉等行业，可以替代电阻加热以及燃料明火传统能源。
IH电磁加热中的电磁能量转换部件是加热线盘，传统上的加热线盘是由多股漆包线缠绕在一个耐高温的塑料骨架上，然后镶嵌入烧结的锰锌铁氧体磁条，该工艺安装程序复杂，效率低，同时，由于烧结锰锌铁氧体比较脆，只能做成简单的盘状加热线盘，对容器只能底部加热，因此，加热效率低且对于罐状容器，上下加热不均匀。因此，采用新型的IH立体电磁加热方式，不但提高加热效率，而且使得容器加热更均匀，深受广大用户的青睐。但是，传统的加热线盘工艺难以制作立体的加热线盘。
目前，国内对适用于立体加热的线盘制作方式也有报道，如发明专利（公告号为CN101583212A）报道过一种电磁线盘的制作方法，采用磁粉与线盘支架材料一起混合后注塑或者先注塑好塑料线盘骨架，然后将磁粉冷压入线盘骨架中，得到具有导磁性的线盘骨架；该方法无论是混合后注塑或者注塑后冷压入磁粉的工艺，都是很难达到预期效果的；一起混合后注塑会因为磁粉与塑料密度差异而引起注塑困难，而采用冷压磁粉进入塑料件的工艺，容易破坏磁粉和骨架，因此是难以实现的。此外，公告号为CN101980582B的发明专利报道了一种电磁炉加热线盘的材料及制备工艺。该专利采用热固性环氧树脂做为粘结剂，将绝缘处理过的羰基铁粉或者纯铁粉一起混合后，经冷压成坯，然后放入烤炉中在180~220℃的温度下加热固化60~120分钟。该工艺固化时间长，容易产生气泡等缺陷，生产效率低，且产品为热固性材料，无法回收利用。为克服上述过程中存在的问题，本发明提供一种可一次性注塑成型的电磁加热线盘支架材料及其制造工艺，达到工艺简单、生产效率高、可实现立体加热的效果。。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的工序复杂、生产效率低、难以达到立体加热等问题，提供一种可一次性注塑成型、生产效率高、骨架既可支撑线盘又可导磁的电磁加热线盘骨架材料及其制备方法。
针对电磁加热线盘存在的技术问题，本发明相应的解决技术方案是：
一种用于制备IH电磁加热加热线盘支架的复合材料及其制备方法，其特征在于所述的IH电磁加热用线盘支架采用热塑性聚合物基软磁性复合材料，经注塑机一次性注塑成型；所述的聚合物基软磁性复合材料是以质量分数为5~15%的热塑性聚合物做基体，以质量分数为85~95%锰锌铁氧体、铁粉和铁硅铝金属粉末中的一种或几种的混合物作为填充物，经双螺杆挤出机混炼造粒，得到高强度高磁导率的聚合物基软磁复合材料；该聚合物基软磁复合材料经一次性注塑成型，即可得到电磁炉加热线盘支架。该线盘支架所用的材料是聚合物基软磁性复合材料，本身具有导磁性、耐热性和高强度，又可以一次性注塑成型得到形状复杂的线盘支架、生产效率高、加热效率高，易于实现工业化生产。
进一步本发明所述的电磁加热线盘支架所用的聚合物基软磁性复合材料的配比是：
聚合物 5~15%，
润滑剂 0.5~1%，
抗氧剂 0.5~1%，
软磁性粉末 85~95%。
更进一步，本发明所述的用的聚合物基体可以是聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺12、聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚丙烯、ABS、聚苯硫醚树脂中的一种或者两种的混合物；所用的磁性粉末可以是锰锌铁氧体磁粉、铁粉、铁镍粉、羰基铁粉中的一种或者几种的混合物，粒径d50=5~10μm，其中磁粉用0.3~0.5%的硅烷偶联剂处理；所述的润滑剂可以是硬脂酸锌、聚酰胺蜡中的一种或两种的混合物；所述的抗氧剂可以是抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或者两种的复配。
再进一步，为实现上述可一次注塑成型的电磁加热线盘支架用的聚合物基软磁性复合材料及其注塑方法，其具体工艺步骤如下：
（1）软磁粉末预处理：按照权利要求1所述质量分数称取软磁粉末，添加0.1% ~ 2%质量份的表面处理剂中的一种或两种的组合，经过高速混合机进行软磁粉末表面预处理。
（2）混炼造粒：将热塑性树脂、抗氧剂和润滑剂等和预处理过的软磁粉末一起经带计量装置的双螺杆挤出机或密炼机熔融后混炼造粒，得到可一次性注射成型IH电磁加热线盘支架的聚合物基软磁颗粒料；挤出机温度设为215℃~265℃。
（3）注塑成型：将步骤（2）中制得的聚合物基软磁颗粒料用注塑机注射成型，得到IH电磁加热线盘支架。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明所述的一种用于制备电磁加热线盘支架的复合材料及其制备方法做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此，对本发明所做的任何形式上的改变都应在本发明的保护范围内。
实施例1
取30g硅烷偶联剂KH-550溶于适量去离子水中，待完全溶解后，加入10㎏锰锌铁氧体软磁粉，搅拌均匀后，在100℃条件下干燥4~6h后，冷却、粉碎、筛分后得偶联锰锌铁氧体软磁粉。
取聚酰胺6树脂、润滑剂硬脂酸、抗氧剂1010，按照100:1: 2的质量比称取物料共计0.6公斤，经高混机混合10分钟，然后取上述偶联的锰锌铁氧体软磁粉末9.4Kg一起经双螺杆挤出机混合造粒，挤出机炮筒温度设定为245℃~265℃，得到可直接注塑的IH电磁加热线盘支架用的聚合物基软磁性复合材料。
将上述颗粒料经注塑成型得到磁环（外径Ø=10mm，内径Ø=8mm,高度h=5mm）和钟罩形加热线盘支架（外径Ø=180mm，内径Ø=175mm,高度h=15mm），注塑温度设定为265℃~285℃。根据相关测试标准，线圈匝数10匝，测得样品的初始磁导率为µi=45，饱和磁化强度为Bs=430mT；电磁炉的加热效率达到90%。
实施例2
取30g硅烷偶联剂KH-550和15g磷酸溶于适量无水乙醇中，待完全溶解后，加入10㎏铁粉，搅拌均匀后，在80℃条件下真空干燥4~6h后，冷却、粉碎、筛分后得抗氧化的偶联铁粉。
取聚酰胺12树脂、润滑剂硬脂酸、抗氧剂1010，按照100:1: 2的质量比称取物料共计0.6公斤，经高混机混合10分钟，然后取上述抗氧化的偶联铁粉9.4Kg一起经双螺杆挤出机混合造粒，挤出机炮筒温度设定为225℃~245℃，得到可直接注塑的IH电磁加热线盘支架用的聚合物基软磁性复合材料。
将上述颗粒料经注塑成型得到磁环（外径Ø=10mm，内径Ø=8mm,高度h=5mm）和钟罩形加热线盘支架（外径Ø=155mm，内径Ø=150mm，高度h=200mm），注塑温度设定为265℃~285℃。根据相关测试标准，线圈匝数10匝，测得样品的初始磁导率为µi=52，饱和磁化强度为Bs=450mT；电饭煲的加热效率达到92%。
实施例3
取30g硅烷偶联剂KH-550和15g磷酸溶于适量无水乙醇中，待完全溶解后，加入10㎏铁硅铝粉，搅拌均匀后，在80℃条件下真空干燥4~6h后，冷却、粉碎、筛分后得抗氧化的偶联铁硅铝粉。
取聚酰胺66树脂、润滑剂聚酰胺蜡、抗氧剂1010、抗氧剂168按照100:1: 1:1的质量比称取物料共计0.6公斤，经高混机混合10分钟，然后取上述抗氧化的偶联铁硅铝粉9.4Kg一起经密炼机混炼10分钟后破碎，再经单螺杆挤出机造粒；其中，密炼机温度设定为275℃~285℃、挤出机炮筒温度设定为255℃~265℃，得到可直接注塑的IH电磁加热线盘支架用的聚合物基软磁性复合材料。
将上述颗粒料经注塑成型得到磁环（外径Ø=10mm，内径Ø=8mm,高度h=5mm）和钟罩形加热线盘支架（外径Ø=155mm，内径Ø=150mm，高度h=200mm），注塑温度设定为265℃~285℃。根据相关测试标准，线圈匝数10匝，测得样品的初始磁导率为µi=55，饱和磁化强度为Bs=580mT；电饭煲的加热效率达到94%。
实施例4
取30g硅烷偶联剂KH-550和15g磷酸溶于适量无水乙醇中，待完全溶解后，加入10㎏铁硅铝粉，搅拌均匀后，在80℃条件下真空干燥4~6h后，冷却、粉碎、筛分后得抗氧化的偶联铁硅铝粉。
取ABS树脂、润滑剂聚酰胺蜡、抗氧剂1010、抗氧剂168按照100:2:1:1的质量比称取物料共计0.6公斤，经高混机混合10分钟，然后取上述抗氧化的偶联铁硅铝粉9.4Kg一起经密炼机混炼10分钟后破碎，再经单螺杆挤出机造粒；其中，密炼机温度设定为235℃~245℃、挤出机炮筒温度设定为225℃~235℃，得到可直接注塑的IH电磁加热线盘支架用的聚合物基软磁性复合材料。
将上述颗粒料经注塑成型得到磁环（外径Ø=10mm，内径Ø=8mm,高度h=5mm）和钟罩形加热线盘支架（外径Ø=155mm，内径Ø=150mm，高度h=200mm），注塑温度设定为255℃~265℃。根据相关测试标准，线圈匝数10匝，测得样品的初始磁导率为µi=54，饱和磁化强度为Bs=560mT；电饭煲的加热效率达到91%。
实施例5
取30g硅烷偶联剂KH-550溶于适量去离子水中，待完全溶解后，加入10㎏锰锌铁氧体软磁粉，搅拌均匀后，在100℃条件下干燥4~6h后，冷却、粉碎、筛分后得偶联锰锌铁氧体软磁粉。
取聚对苯二甲酸丁二醇酯脂、润滑剂聚酰胺蜡、抗氧剂1010，按照100:3: 2的质量比称取物料共计0.6公斤，经高混机混合10分钟，然后取上述偶联的锰锌铁氧体软磁粉末9.4Kg一起经双螺杆挤出机混合造粒，挤出机炮筒温度设定为245℃~265℃，得到可直接注塑的IH电磁加热线盘支架用的聚合物基软磁性复合材料。
将上述颗粒料经注塑成型得到磁环（外径Ø=10mm，内径Ø=8mm,高度h=5mm）和钟罩形加热线盘支架（外径Ø=180mm，内径Ø=175mm,高度h=15mm），注塑温度设定为265℃~285℃。根据相关测试标准，线圈匝数10匝，测得样品的初始磁导率为µi=47，饱和磁化强度为Bs=450mT；电磁炉的加热效率达到91%。
实施例6
取30g硅烷偶联剂KH-550和15g磷酸溶于适量无水乙醇中，待完全溶解后，加入10㎏铁粉，搅拌均匀后，在80℃条件下真空干燥4~6h后，冷却、粉碎、筛分后得抗氧化的偶联铁粉。
取聚苯硫醚树脂、润滑剂硬脂酸、抗氧剂1010按照100:5:3的质量比称取物料共计0.8公斤，经高混机混合10分钟，然后取上述抗氧化的偶联铁硅铝粉9.2Kg一起经双螺杆挤出机造粒；其中挤出机炮筒温度设定为285℃~295℃，得到可直接注塑的IH电磁加热线盘支架用的聚合物基软磁性复合材料。
将上述颗粒料经注塑成型得到磁环（外径Ø=10mm，内径Ø=8mm,高度h=5mm）和钟罩形加热线盘支架（外径Ø=180mm，内径Ø=175mm,高度h=15mm），注塑温度设定为265℃~285℃。根据相关测试标准，线圈匝数10匝，测得样品的初始磁导率为µi=50，饱和磁化强度为Bs=490mT；电磁炉的加热效率达到93%。
Claims (7)
1.一种用于制备IH电磁加热加热线盘支架的复合材料及其制备方法，其特征在于所述的IH电磁加热用线盘支架采用热塑性聚合物基软磁性复合材料，经注塑机一次性注塑成型；所述的聚合物基软磁性复合材料是以质量分数为5~15%的热塑性聚合物做基体，以质量分数为85~95%锰锌铁氧体、铁粉和铁硅铝金属粉末中的一种或几种的混合物作为填充物，经双螺杆挤出机混炼造粒，得到高强度高磁导率的聚合物基软磁复合材料；该聚合物基软磁复合材料经一次性注塑成型，即可得到电磁炉加热线盘支架。
2. 一种用于制备IH电磁加热加热线盘支架的复合材料及其制备方法，其特征在于该电磁加热线盘支架所用的聚合物基软磁性复合材料的配比是：
聚合物 5~15%，
润滑剂 0.5~1%，
抗氧剂 0.5~1%，
软磁性粉末 85~95%。
3.一种用于制备IH电磁加热加热线盘支架的复合材料及其制备方法，其特征在于该IH电磁加热加热线盘支架所用的聚合物基软磁性复合材料是通过带失重式侧喂料机的双螺杆挤出机混合造粒的得到的，即先用高速混合机将所有聚合物、按照权利要求2所述比例进行混合均匀后一起经双螺杆挤出机造粒，得到用于制备电磁加热线盘支架的聚合物基软磁性复合材料。
4.一种用于制备IH电磁加热线盘支架的复合材料及其制备方法，其特征在于该电磁加热线盘支架所用的聚合物基体可以是聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺12、聚对苯二甲酸丁二醇酯、ABS、聚苯硫醚树脂中的一种或者两种的混合物。
5.一种用于制备IH电磁加热线盘支架的复合材料及其制备方法，其特征在于该电磁加热线盘支架所用的磁性粉末可以是锰锌铁氧体磁粉、铁粉、铁镍粉、羰基铁粉中的一种或者几种的混合物，粒径d50=5~10μm；其中磁粉用0.3~0.5%的硅烷偶联剂处理。
6.一种用于制备IH电磁加热线盘支架的复合材料及其制备方法，其特征在于该电磁加热线盘支架所述的润滑剂可以是硬脂酸锌、聚酰胺蜡中的一种或两种的混合物；所述的抗氧剂可以是抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或者两种的复配。
7.一种用于制备IH电磁加热线盘支架的复合材料及其制备方法，其特征在于该电磁加热线盘支架是采用注塑成型的生产工艺，将权利要求1制备的聚合物基软磁性复合材料通过注塑机一次性注塑成型得到电磁加热用的线盘支架。
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