CN109575511A - 一种软磁吸波注塑材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软磁吸波注塑材料的配方以及制备方法。所述的材料的配方包括如下重量百分比的组分：基质树脂5‑15份、软磁粉末20‑40份、增韧树脂0.5‑3份、溶剂30‑50份，潜伏固化剂0.2‑3份。其中基质树脂为线性环氧改性酚醛树脂、线性酚醛环氧树脂、线性聚酚氧树脂中的至少一种；增韧树脂为聚丙烯酸缩水甘油酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。一种软磁吸波注塑材料的制备方法，首先将配方中各组分混匀，然后成型加热去除溶剂形成固态物，接着将固态物破碎处理并投入双螺杆挤出机，最后经过注塑机在模具中注射，冷却成型。本发明中制备的软磁吸波注塑材料具有稳定的电磁学与力学性能，制备过程简便，具有应用前景。

Description

一种软磁吸波注塑材料及制备方法

技术领域

本发明涉及吸波材料技术领域，特别涉及一种通过注塑工艺制备的软磁吸波材料的制备方法。

背景技术

随着科技的发展，吸波材料在军用以及民用领域的应用日益广泛，已经成为各国军事装备隐身以及民用电磁辐射等技术领域研究的热点。吸波材料通过其高磁导率的性质，吸收聚集空间内特定频率下的电磁波，并通过介电损耗、磁损耗等方式将电磁波吸收耗散。

软磁材料是指具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。如硅钢片、纯铁等，特点是易磁化、易去磁且磁滞回线较窄。软磁材料常用来制作电机、变压器、电磁铁等电器的铁芯等。随着材料技术的不断发展，新型的软磁材料逐渐被发现和使用，如铁硅合金（硅钢片）、Sendust合金（铁硅铝合金）、以及各种软磁铁氧体等。这些新型合金材料，具备了更高的磁导率，对于MHz-GHz频段下的电磁波，具有非常好的吸收效果，因此在很多方面都得到了应用。

软磁吸波材料，通常是将上述软磁金属或合金材料加工成为特定形态的粉末，并混合进高分子材料中，最终形成高分子-软磁粉末复合材料。复合的方式有多种，例如将软磁粉末与高分子树脂加溶剂混合后，涂布成薄膜；又如将橡胶与软磁粉末混炼后，采用平板硫化机硫化成片；或者用硅橡胶与软磁粉末混合后流延成片等等。

这些软磁吸波材料可用于如射频识别、无线充电、电磁兼容、电磁屏蔽等领域。在这些应用中，吸波材料无一例外的都是以片状形式使用的，最薄的材料例如用于OLED屏幕的电磁兼容材料，材料厚度仅0.02-0.05mm；厚的材料用于大型设备电磁波防干扰，厚度能够达到几毫米至十几毫米。这些片状材料，通过双面胶等胶黏剂粘附在需要它们的位置，起到了不可替代的作用。

然而，目前极少有报导以注塑的方式成型的软磁吸波材料。对于这种成型方式的材料，实际上是有一定的市场需求的。例如，用于一台精密设备全外壳的电磁波防护，传统方式是在设备外壳的内表面或外表面贴上一层或几层吸波材料。但对于片状吸波材料的接缝处，很可能有电磁波泄露，而导致吸波效果不佳，而接缝的处理比较困难。而通过注塑的方式，将软磁材料注塑成为一个完整的壳体或罩体，可以有效地解决上述问题。

对于软磁吸波材料的注塑成型方式，这个过程中存在的问题是，注塑成型的树脂能否包裹住填充的软磁粉末。如果粉末填充量低，那么成型的材料磁导率非常低，对于电磁波屏蔽等要求无法达到；如果粉末填充量高，而树脂又无法对粉末实现充分地包裹，注塑成型的材料磁导率依然不会高，而且会出现掉粉、甚至断裂、破碎等情况。因此对于高磁导率高填充量的软磁吸波材料，需要选取一种合适的配方，才能制备满足性能要求的软磁吸波注塑材料。

发明内容

为了克服原有技术的不足，本发明的目的是选取一种适合注塑工艺的软磁吸波材料的配方。

本发明的另一个目的是，利用本发明中的材料配方，以注塑的工艺制备出具有电磁波吸收功能的软磁吸波材料。

本发明按照如下技术方案施行：

一种软磁吸波注塑材料，其特征在于材料的配方包括如下重量百分比的组分：

基质树脂5-15份、软磁粉末20-40份、增韧树脂0.5-3份、溶剂30-50份，潜伏固化剂0.2-3份。

其中，所述的基质树脂为线性环氧改性酚醛树脂、线性酚醛环氧树脂、线性聚酚氧树脂中的至少一种。

优选的，所述的线性环氧改性酚醛树脂、线性酚醛环氧树脂、线性聚酚氧树脂，其环氧当量为0.30-0.65，特别优选的，为0.40-0.48。

优选的，基质树脂的数均分子量为10000-30000，特别优选的，为15000-20000。

所述的软磁粉末为铁硅合金粉末、铁硅铝合金粉末、铁镍合金粉末、锰锌软磁铁氧体粉末、镍锌软磁铁氧体粉末中的一种或几种的混合物，所述软磁粉末为球状或片状，目数范围是50-500目。

优选的，所述的增韧树脂为分子量40000-100000的聚丙烯酸缩水甘油酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。

优选的，所述的溶剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的至少一种。

优选的，所述潜伏固化剂为双氰胺、己二酸二酰肼、间苯二甲酸二酰肼，2,4-二氨基-6-[2’-乙基咪唑基]乙基三嗪中的至少一种。

一种软磁吸波注塑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）取配方量的基质树脂和增韧树脂放入容器中，加入配方量的溶剂浸泡并搅拌直至溶解，然后加入配方量的软磁粉末和潜伏固化剂，搅拌均匀，得到胶水状混合物；

2）将步骤1）中的胶水状混合物成型并加热蒸去溶剂，加热温度不高于80℃，得到固体状混合物；

3）将步骤2）中的固体状混合物粉碎处理，得到块状、粒状或片状混合物；

4）将步骤3）中的块状、粒状或片状混合物投入双螺杆挤出机的投料筒中，挤出机前段、中段、和尾段独立加热控温，得到熔融态混合物；

5）将步骤4）中的熔融态混合物通过注塑机在模具中注射，冷却成型，得到成型的软磁吸波注塑材料。

优选的，步骤2中的成型方式可以为涂布或流延中的一种。

优选的，步骤4中挤出机的前段温度为140-170℃，中段温度为170-200℃，尾段温度为130-160℃。

本发明的有益效果在于：

本发明中，采用的基质树脂是具有多个环氧基团的高分子树脂（环氧改性酚醛树脂、酚醛环氧树脂、聚酚氧树脂），而非普通的双酚A、双酚F等类型的环氧树脂，是为了使材料配方的高分子体系中具有更多的可供固化剂反应的活性位点。如酚醛环氧树脂，是通过酚醛树脂与环氧氯丙烷反应所得，在树脂的制备过程中，可通过调节二者的当量比来控制酚醛环氧树脂中的环氧值和环氧当量。另外，这几种树脂溶解性都非常好，易溶于大部分有机溶剂，尤其是本发明配方中所用到的低沸点有机溶剂。

采用聚丙烯酸缩水甘油酯或聚甲基丙烯酸缩水甘油酯作为增韧树脂，目的是在配方体系中加入一种分子量相对较大的高分子树脂，同时这种树脂具有大量的环氧基团，在固化过程中能够与基质树脂相连接，起到增加材料强度、韧性的作用。

软磁吸波注塑材料的制备过程中，首先将配方中各组分在溶剂中充分混合，然后通过涂布或流延的方式将胶水状混合物转化为膜状或片状，以利于有机溶剂的挥发。在80℃以下，配方中的潜伏固化剂不会发生分解，而溶剂能够充分挥发，最终形成固态混合物。

破碎后的固态混合物双螺杆挤出过程中，首先在高温下发生软化，之后随着温度进一步提升，潜伏固化剂受到高温作用分解，受压力作用与基质树脂、增韧树脂中的环氧基团发生固化交联。反应温度高、反应时间短，且填充的软磁粉末在双螺杆挤压过程中，被正在交联固化成网状的高分子树脂实现原位包裹，这样注塑成型后的材料能够尽可能地保持粉末不脱落，材料不会开裂，同时具有更高的磁导率与更好的电磁性能。

具体实施方式

通过以下几个实施例，对本发明作进一步详细描述。

以下实施例中，所有原料以重量份计。

实施例1：

一种软磁吸波注塑材料，主要由按重量份计的以下原料制备而成：

基质树脂线性环氧改性酚醛树脂12份、铁硅合金粉末36份、增韧树脂2份、溶剂乙酸乙酯48份，潜伏固化剂双氰胺2份。

所述线性环氧改性酚醛树脂的环氧当量为0.36，数均分子量为13000。

所述增韧树脂为聚丙烯酸缩水甘油酯，数均分子量50000。

所述的铁硅合金粉末为片状的铁硅合金粉末，150-200目。

一种软磁吸波注塑材料按以下步骤制备：

1）取12份线性环氧改性酚醛树脂和2份聚丙烯酸缩水甘油酯放入搅拌釜中，加入48份溶剂乙酸乙酯，浸泡并搅拌直至溶解。然后加入36份铁硅合金软磁粉末和潜伏固化剂双氰胺2份，搅拌均匀，得到胶水状混合物；

2）将胶水状混合物在涂布机上涂成厚度为0.5mm的涂膜，然后烘箱保持70℃鼓风状态，使溶剂乙酸乙酯充分挥发，得到0.5mm厚的膜；

3）将步骤2）中的膜放入粉碎机中粉碎处理，得到长宽约5mm左右尺寸的碎片状材料；

4）将步骤3）中的碎片状材料投入双螺杆挤出机的投料筒中，设置双螺杆挤出机前段温度150℃，中段180℃，尾段140℃；

5）将步骤4）中的熔融态混合物通过注塑机在模具中注射，模具尺寸为直径20mm、内直径5mm、深度为5mm的圆环型，冷却成型后，得到成型的软磁吸波注塑材料。

使用阻抗分析仪测得该材料在1MHz频率下的复磁导率实部为52，材料表面光滑平整，不掉粉，成型后不太硬，受轻微挤压不会产生裂缝。

实施例2：

一种软磁吸波注塑材料，主要由按重量份计的以下原料制备而成：

基质树脂线性聚酚氧树脂10份、锰锌软磁铁氧体粉末36份、增韧树脂2份、溶剂乙酸乙酯/丁酮各25份，潜伏固化剂间苯二甲酸二酰肼2份。

所述线性聚酚氧树脂的环氧当量为0.55，数均分子量为28000。

所述增韧树脂为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯，数均分子量60000。

所述的锰锌软磁铁氧体粉末为球状的锰锌软磁铁氧体粉末，400-500目。

一种软磁吸波注塑材料按以下步骤制备：

1）取10份线性聚酚氧树脂和3份聚甲基丙烯酸缩水甘油酯放入搅拌釜中，加入25份溶剂乙酸乙酯和25份溶剂丁酮，浸泡并搅拌直至溶解。然后加入锰锌软磁铁氧体粉末36份和潜伏固化剂双氰胺，搅拌均匀，得到胶水状混合物；

2）将胶水状混合物在涂布机上涂成厚度为0.8mm的涂膜，然后烘箱保持80℃鼓风状态，使溶剂乙酸乙酯与丁酮充分挥发，得到约0.75mm厚的膜；

3）将步骤2）中的膜放入粉碎机中粉碎处理，得到长宽约5mm左右尺寸的碎片状材料；

4）将步骤3）中的碎片状材料投入双螺杆挤出机的投料筒中，设置双螺杆挤出机前段温度170℃，中段180℃，尾段150℃；

5）将步骤4）中的熔融态混合物通过注塑机在模具中注射，模具尺寸为长30mm、宽30mm、深度为4mm的长方体形状，冷却成型后，得到成型的软磁吸波注塑材料。

使用阻抗分析仪测得该材料在1MHz频率下的复磁导率实部为45，材料表面光滑平整，不掉粉，硬度非常大，受较大物理冲击会发生碎裂，但总体强度比较高。

实施例3

本实施例为优选例。

一种软磁吸波注塑材料，主要由按重量份计的以下原料制备而成：

基质树脂线性聚酚氧树脂12份、铁硅铝合金粉末40份、增韧树脂1份、溶剂乙酸乙酯30份、溶剂丙酮15份，潜伏固化剂双氰胺2份。

所述线性聚酚氧树脂的环氧当量为0.48，数均分子量为20000。

所述增韧树脂为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯，数均分子量50000。

所述的铁硅铝合金粉末为片状的锰锌软磁铁氧体粉末，150-250目。

一种软磁吸波注塑材料按以下步骤制备：

1）取12份线性聚酚氧树脂和1份聚甲基丙烯酸缩水甘油酯放入搅拌釜中，加入30份溶剂乙酸乙酯和15份溶剂丙酮，浸泡并搅拌直至溶解。然后加入铁硅铝合金粉末40份和潜伏固化剂双氰胺2份，搅拌均匀，得到胶水状混合物；

2）将胶水状混合物在流延机上处理成厚度为1.5mm的片，然后烘箱保持70℃鼓风状态，使溶剂乙酸乙酯与丙酮充分挥发，得到约1.3mm厚的片材；

3）将步骤2）中的片材剪碎后放入粉碎机中粉碎处理，得到长宽约5mm左右尺寸的碎片状材料；

4）将步骤3）中的碎片状材料投入双螺杆挤出机的投料筒中，设置双螺杆挤出机前段温度160℃，中段180℃，尾段140℃；

5）将步骤4）中的熔融态混合物通过注塑机在模具中注射，模具尺寸为长30mm、宽30mm、深度为4mm的长方体形状，冷却成型后，得到成型的软磁吸波注塑材料。

使用阻抗分析仪测得该材料在1MHz频率下的复磁导率实部为70，磁导率较高。材料表面光滑平整，不出现掉粉，材料具有一定的强度，同时还具有少量弹性形变的空间。因此这种配方和成型步骤非常适合制作注塑型电磁防护壳或防护罩。

实施例4：

本实施例为对比实施例。

一种软磁吸波注塑材料，主要由按重量份计的以下原料制备而成：

基质树脂线性聚酚氧树脂12份、铁硅铝合金粉末42份、增韧树脂1份、溶剂乙酸乙酯30份、溶剂丙酮15份。

所述线性聚酚氧树脂的环氧当量为0.48，数均分子量为20000。

所述增韧树脂为聚甲基丙烯酸缩水甘油酯，数均分子量50000。

所述的铁硅铝合金粉末为片状的锰锌软磁铁氧体粉末，150-250目。

与实施例3相比，本实施例的原料中去除了潜伏固化剂。

一种软磁吸波注塑材料，按照与实施例3相同的步骤制备：

使用阻抗分析仪测得该材料在1MHz频率下的复磁导率实部为36，磁导率与实施例3中的材料相比降低了一半。材料质地相对较软，注塑过程中表面看似光滑平整，但注塑脱模后，模具内表面残留大量磁粉，材料成型后受到挤压发生形变时，有大量磁粉脱落。这是由于在配方中缺少了潜伏固化剂的作用，使得材料成型后高分子树脂仍然是以原有的线性结构存在，仅通过高分子间的物理缠绕，很难讲磁粉完全包裹住，这样成型的材料磁导率相对较低，电磁性能不稳定，因此不满足本发明的技术要求。

以上内容仅为本发明的较优实施例与典型的对比实施例，不应当理解为对本发明的限制。对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在材料配方与具体实施方式上可能会有改变之处，这些也应当属于本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种软磁吸波注塑材料，其特征在于，材料的配方包括如下重量百分比的组分：

基质树脂5-15份、软磁粉末20-40份、增韧树脂0.5-3份、溶剂30-50份，潜伏固化剂0.2-3份。

2.根据权利要求1中所述的一种软磁吸波注塑材料，其特征在于，所述的基质树脂为线性环氧改性酚醛树脂、线性酚醛环氧树脂、线性聚酚氧树脂中的至少一种；基质树脂的数均分子量为10000-30000，优选的，为15000-20000。

3.根据权利要求2中所述的一种软磁吸波注塑材料，其特征在于，所述的线性环氧改性酚醛树脂、线性酚醛环氧树脂、线性聚酚氧树脂，其环氧当量为0.30-0.65，特别优选的，为0.40-0.48。

4.根据权利要求1中所述的一种软磁吸波注塑材料，其特征在于，所述的软磁粉末为铁硅合金粉末、铁硅铝合金粉末、铁镍合金粉末、锰锌软磁铁氧体粉末、镍锌软磁铁氧体粉末中的一种或几种的混合物；所述软磁粉末为球状或片状，目数范围是50-500目。

5.根据权利要求1中所述的一种软磁吸波注塑材料，其特征在于，所述的增韧树脂为分子量40000-100000的聚丙烯酸缩水甘油酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯中的至少一种。

6.根据权利要求1中所述的一种软磁吸波注塑材料，其特征在于，所述的溶剂为丙酮、丁酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯中的至少一种。

7.根据权利要求1中所述的一种软磁吸波注塑材料，其特征在于，所述潜伏固化剂为双氰胺、己二酸二酰肼、间苯二甲酸二酰肼，2,4-二氨基-6-[2’-乙基咪唑基]乙基三嗪中的至少一种。

8.一种软磁吸波注塑材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）取配方量的基质树脂和增韧树脂放入容器中，加入配方量的溶剂浸泡并搅拌直至溶解，然后加入配方量的软磁粉末和潜伏固化剂，搅拌均匀，得到胶水状混合物；

2）将步骤1）中的胶水状混合物成型并加热蒸去溶剂，加热温度不高于80℃，得到固体状混合物；

3）将步骤2）中的固体状混合物粉碎处理，得到块状、粒状或片状混合物；

4）将步骤3）中的块状、粒状或片状混合物投入双螺杆挤出机的投料筒中，挤出机前段、中段、和尾段分别控温加热，得到熔融态混合物；

5）将步骤4）中的熔融态混合物通过注塑机在模具中注射，冷却成型，得到成型的软磁吸波注塑材料。

9.根据权利要求8中所述的一种软磁吸波注塑材料的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的混合物成型方式可以为涂布或流延中的一种；步骤4中所述的挤出机前段、中段、和尾段分别控温加热，温度分别为前段温度为140-170℃，中段温度为170-200℃，尾段温度为130-160℃。