CN111205627A - 一种强磁性弹性体腕带的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料领域，尤其涉及一种强磁性弹性体腕带的制备方法。本发明中稀土永磁材料的添加量高达60％以上，保证了腕带的磁力效果，解决了共混改性手段中磁粉添加量低、磁性弱的问题；在PUR磁体制备中加入石墨烯材料，在磁性方面与稀土永磁材料相配合增益，且显著提高了腕带的导热散热性能，具有冰丝般触感，降低了普通弹性体腕带佩戴时汗液等积聚的问题，舒适度更高；采用PUR进行磁体材料的制备，与腕带的主体材料TPU具有较优异的相容性和粘接性，包覆强度高，磁体在腕带结构中稳定不滑脱；制得的高磁性弹性体腕带可避免卡扣式设计，可自由调整腕带的闭合长度，无卡扣的应力集中问题，延长使用寿命。

Description

一种强磁性弹性体腕带的制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，尤其涉及一种强磁性弹性体腕带的制备方法。
背景技术
随着科技的发展，智能穿戴设备普及度越来越高，比如运动手表，其腕带一般采用弹性体材料制备，但目前其长度的控制和固定基本均采用卡扣式设计，对于卡扣式设计存在以下弊端：(1)其闭合长度虽可根据需求进行不同卡扣的选择，但卡扣间距设计有限，仍不能满足所有个体的需要，难以避免过松或过紧的状态，影响佩带舒适度；(2)卡扣孔的存在也影响腕带的强度，长时间佩带后容易在卡扣孔处出现应力集中破坏，影响腕带的使用寿命。因此设计可自由调整闭合长度的无卡扣腕带十分必要。
早前磁性腕带只有金属类的，由于金属腕带不适合用于运动手环领域，因此近几年出现了弹性体(TPU/TPE/TPEE)磁性腕带，其制备方法主要是将磁粉加入弹性体后过双螺杆挤出机进行混合改性，直接注塑成型，再对腕带进行充磁。但是，该方法制成的腕带磁性较低，主要受制于磁粉添加量。目前磁粉的添加量多为40％左右(质量百分比)，再提高添加量就会产生磁粉团聚无法混合均匀的问题，团聚的磁粉与螺杆摩擦，不仅降低磁粉性能且伤害螺杆，因此对磁性弹性体腕带的制备方法需要进一步改善，以保证磁粉含量和磁性。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的不足，提供一种强磁性弹性体腕带的制备方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种强磁性弹性体腕带的制备方法，步骤如下：
(1)原料前处理
取稀土永磁材料和石墨烯材料，分别经过硅烷偶联剂湿法处理；
(2)PUR磁体的制备
取低粘度PUR加热至80-120℃，在氮气保护和搅拌条件下加入步骤(1)的稀土永磁材料和石墨烯材料，搅拌分散1-5h，浇注至定型模具中反应固化2-7天，从定型模具中拆除，即得PUR磁体；
(3)弹性体腕带的制备
将步骤(2)的PUR磁体嵌于注塑模具模腔中，经弹性体材料射粘至PUR磁体表面，成型后开模取件，放入磁场充磁，即得强磁性弹性体腕带。
进一步，步骤(1)中，所述稀土永磁材料为钐铁氮或铷铁硼，粒度为1-5μm；优选为钐铁氮磁粉。
进一步，步骤(1)中，所述石墨烯材料为片层石墨烯，片径为7-15μm；优选为单层石墨烯，片径8-12μm。
进一步，步骤(1)中，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570中的一种或两种以上；所述硅烷偶联剂湿法处理的具体操作为：将硅烷偶联剂用乙醇稀释至90wt％，然后将稀土永磁材料和石墨烯材料分别浸润分散于其中，固含量为50％，在带有冷凝回流的装置中70℃搅拌处理4h，将混合液倒入托盘中，在100℃鼓风干燥箱中烘干处理12h。
采用上述进一步方案的有益效果是，经硅烷偶联剂处理后的稀土永磁材料和石墨烯材料，其与PUR的相容性提高，更有利于其在PUR中分散均匀，减少团聚。
进一步，步骤(2)中，所述低粘度PUR的粘度为3000-10000mpa·s(100℃测定)；
所述稀土永磁材料的用量为低粘度PUR、稀土永磁材料和石墨烯材料总重量的60-85％；所述石墨烯材料的用量为低粘度PUR、稀土永磁材料和石墨烯材料总重量的0.05-1％；
所述反应固化方式为湿气固化或光固化。
进一步，步骤(3)中，所述弹性体材料为热塑性聚氨酯弹性体，硬度为60A-80A。
采用上述进一步方案的有益效果是，TPU弹性体对PUR磁体具有更高的包覆强度，PUR磁体中的聚氨酯成分与TPU弹性体具有更好的相容亲和性，粘接力高，因此PUR磁体与TPU弹性体包覆紧密，不会在后续使用过程中脱落。
进一步，所述弹性体材料包胶注塑PUR磁体的工艺参数为：注塑压力30-60MPa，注塑温度160-200℃。
进一步，所得强磁性弹性体腕带的导热系数≥0.7W/m·k。
本发明的特点和有益效果在于：
本发明中稀土永磁材料的添加量高达60％以上，保证了腕带的磁力效果，解决了共混改性手段中磁粉添加量低、磁性弱的问题；在PUR磁体制备中加入石墨烯材料，在磁性方面与稀土永磁材料相配合增益，且显著提高了腕带的导热散热性能，具有冰丝般触感，降低了普通弹性体腕带佩戴时汗液等积聚的问题，舒适度更高；采用PUR进行磁体材料的制备，与腕带的主体材料TPU具有较优异的相容性和粘接性，包覆强度高，磁体在腕带结构中稳定不滑脱；制得的高磁性弹性体腕带可避免卡扣式设计，可自由调整腕带的闭合长度，无卡扣的应力集中问题，延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明制备的强磁性弹性体腕带的截面图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明实施例中使用的PUR产品均为聚酯多元醇与二苯基甲烷二异氰酸酯反应制备而成。
实施例1
一种强磁性弹性体腕带的制备方法，步骤如下：
(1)原料前处理
取钐铁氮磁粉和石墨烯材料，分别经过硅烷偶联剂KH550湿法处理；
(2)PUR磁体的制备
取粘度为4000mpa·s的PUR产品200g加热至100℃，在氮气保护和搅拌条件下加入步骤(1)的钐铁氮磁粉500g和石墨烯材料0.6g，搅拌分散2h，浇注至定型模具中反应固化5天，从定型模具中拆除，即得PUR磁体；
(3)弹性体腕带的制备
将步骤(2)的PUR磁体嵌于注塑模具模腔中，使用注塑机将70A的TPU射粘至PUR磁体表面，注塑压力40MPa，注塑温度为180℃，成型后开模取件，放入磁场充磁，即得强磁性弹性体腕带。
实施例2
一种强磁性弹性体腕带的制备方法，步骤如下：
(1)原料前处理
取钐铁氮磁粉和石墨烯材料，分别经过硅烷偶联剂KH550湿法处理；
(2)PUR磁体的制备
取粘度为3000mpa·s的PUR产品300g加热至120℃，在氮气保护和搅拌条件下加入步骤(1)的钐铁氮磁粉750g和石墨烯材料1.5g，搅拌分散3h，浇注至定型模具中反应固化6天，从定型模具中拆除，即得PUR磁体；
(3)弹性体腕带的制备
将步骤(2)的PUR磁体嵌于注塑模具模腔中，使用注塑机将75A的TPU射粘至PUR磁体表面，注塑压力35MPa，注塑温度为190℃，成型后开模取件，放入磁场充磁，即得强磁性弹性体腕带。
实施例3
一种强磁性弹性体腕带的制备方法，步骤如下：
(1)原料前处理
取钐铁氮磁粉和石墨烯材料，分别经过硅烷偶联剂KH550湿法处理；
(2)PUR磁体的制备
取粘度为6000mpa·s的PUR产品500g加热至120℃，在氮气保护和搅拌条件下加入步骤(1)的钐铁氮磁粉900g和石墨烯材料3g，搅拌分散2h，浇注至定型模具中反应固化3天，从定型模具中拆除，即得PUR磁体；
(3)弹性体腕带的制备
将步骤(2)的PUR磁体嵌于注塑模具模腔中，使用注塑机将65A的TPU射粘至PUR磁体表面，注塑压力30MPa，注塑温度为180℃，成型后开模取件，放入磁场充磁，即得强磁性弹性体腕带。
实施例4
一种强磁性弹性体腕带的制备方法，步骤如下：
(1)原料前处理
取钐铁氮磁粉和石墨烯材料，分别经过硅烷偶联剂KH550湿法处理；
(2)PUR磁体的制备
取粘度为7000mpa·s的PUR产品400g加热至120℃，在氮气保护和搅拌条件下加入步骤(1)的钐铁氮磁粉650g和石墨烯材料0.8g，搅拌分散3h，浇注至定型模具中反应固化5天，从定型模具中拆除，即得PUR磁体；
(3)弹性体腕带的制备
将步骤(2)的PUR磁体嵌于注塑模具模腔中，使用注塑机将75A的TPU射粘至PUR磁体表面，注塑压力40MPa，注塑温度为180℃，成型后开模取件，放入磁场充磁，即得强磁性弹性体腕带。
实施例5
一种强磁性弹性体腕带的制备方法，步骤如下：
(1)原料前处理
取钐铁氮磁粉和石墨烯材料，分别经过硅烷偶联剂KH550湿法处理；
(2)PUR磁体的制备
取粘度为5000mpa·s的PUR产品500g加热至110℃，在氮气保护和搅拌条件下加入步骤(1)的钐铁氮磁粉900g和石墨烯材料2.5g，搅拌分散3h，浇注至定型模具中反应固化7天，从定型模具中拆除，即得PUR磁体；
(3)弹性体腕带的制备
将步骤(2)的PUR磁体嵌于注塑模具模腔中，使用注塑机将80A的TPU射粘至PUR磁体表面，注塑压力35MPa，注塑温度为195℃，成型后开模取件，放入磁场充磁，即得强磁性弹性体腕带。
对比例1
一种弹性体腕带的制备方法，步骤如下：
取500g钐铁氮磁粉和TPU(70A)加入双螺杆挤出机，进行混合改性后，使用注塑机注塑成型，注塑压力40MPa，注塑温度为180℃，成型后开模取件，放入磁场充磁，即得。
测试
将实施例1-5和对比例1所得产品进行性能测试，见表1。
表1
Figure BDA0002410649000000071
由表1的数据可以看出，对比例1和实施例1均添加500g钐铁氮磁粉，但是实施例1的磁性、导热系数均优于对比例1；原因在于对比例1的制备过程中会产生磁粉团聚现象，因此造成其磁性较低，从而也证明了实施例1中钐铁氮磁粉的分散性好。实施例1-5制得的弹性体腕带均具有很好的磁性、导热性能和分散性，并且其拉伸强度、撕裂强度及表面弹性等其他性能均较佳。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种强磁性弹性体腕带的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)原料前处理
取稀土永磁材料和石墨烯材料，分别经过硅烷偶联剂湿法处理；
(2)PUR磁体的制备
取低粘度PUR加热至80-120℃，在氮气保护和搅拌条件下加入步骤(1)的稀土永磁材料和石墨烯材料，搅拌分散1-5h，浇注至定型模具中反应固化2-7天，从定型模具中拆除，即得PUR磁体；
(3)弹性体腕带的制备
将步骤(2)的PUR磁体嵌于注塑模具模腔中，经弹性体材料射粘至PUR磁体表面，成型后开模取件，放入磁场充磁，即得强磁性弹性体腕带。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述稀土永磁材料为钐铁氮或铷铁硼，粒度为1-5μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述石墨烯材料为片层石墨烯，片径为7-15μm；优选为单层石墨烯，片径8-12μm。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570中的一种或两种以上；所述硅烷偶联剂湿法处理的具体操作为：将硅烷偶联剂用乙醇稀释至90wt％，然后将稀土永磁材料和石墨烯材料分别浸润分散于其中，固含量为50％，在带有冷凝回流的装置中70℃搅拌处理4h，将混合液倒入托盘中，在100℃鼓风干燥箱中烘干处理12h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述低粘度PUR的粘度为3000-10000mpa·s。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述稀土永磁材料的用量为低粘度PUR、稀土永磁材料和石墨烯材料总重量的60-85％；所述石墨烯材料的用量为低粘度PUR、稀土永磁材料和石墨烯材料总重量的0.05-1％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述反应固化方式为湿气固化或光固化。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述弹性体材料为热塑性聚氨酯弹性体，硬度为60A-80A。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述弹性体材料包胶注塑PUR磁体的工艺参数为：注塑压力30-60MPa，注塑温度160-200℃。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所得强磁性弹性体腕带的导热系数≥0.7W/m·k。
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