CN112289578B - 一种磁条状纳米晶隔磁片及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁条状纳米晶隔磁片及其制备方法和应用，所述纳米晶隔磁片的制备方法包括：裁剪‑双面浸胶‑烘干固化‑热处理‑固化胶固化‑烘干‑裁剪。本发明借助在纳米晶带材双面覆膜，确保了纳米晶带材之间的绝缘，借助磁条状结构的纳米晶隔磁片，可以进一步减小涡流损耗，降低充电过程中的发热，提高充电效率。

Description

一种磁条状纳米晶隔磁片及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于无线充电领域，涉及一种磁条状纳米晶隔磁片及其制备方法和应用。

背景技术

无线充电技术可实现电源与负载之间的电气隔离，具有便捷灵活、安全可靠的特点，近年来受到广泛关注，已经应用于消费类电子并逐步扩展应用到电动汽车、智能家居、机器人等领域，但除了经济性外，系统效率、电磁环境等技术性能指标也始终限制着无线充电技术的大规模普及应用。

无线充电技术通过在发射端线圈与接收端线圈中流动的高频谐振电流建立起相应的电磁场并进行相互耦合，从而实现电能的高效无接触传递。其中的导磁结构通常被称为的磁芯或导磁片，可增加工作区域的电磁场耦合，提高系统传输的功率及效率，同时降低临近的非工作区域电磁场强度，减少无线充电过程对周围设备或生物体的电磁影响。对导磁材料磁性特性的深入理解和把握，以及导磁体优化设计方法的深入研究，可为提高系统功率等级、提升能量转化效率、约束磁场分布、保证电磁环境安全提供思路。

CN109868077A公开了一种隔磁片及其制作方法，，其将非晶或纳米晶带材的一侧面与压敏胶带涂覆有胶粘剂的一侧面进行贴合，得到压合原材，对磁片进行图形化处理，得到隔磁片。其采用层压的方式，用压力保证胶进入到碎片的缝隙中，可靠性不高、绝缘效果不理想且功率较低。

CN104900383B公开了一种无线充电用单/多层导磁片及其制备方法，其采用浸胶的方法使得细片间绝缘，提高充电效率，通过单面浸胶，使得胶液填充到带材裂纹中，保证裂纹被完整填充，同时，包覆所有的非晶或纳米晶薄片的细小单元的各个裸露面积，使得相互之间绝缘，减少涡流损耗，但是单面浸胶存在工序繁杂和浸胶后薄膜较厚的缺点。采用一面粘贴胶膜，一面浸胶液的方式，会使磁片厚度增加，而且单面浸胶来保证胶进入到碎片的缝隙中，可靠性不高，绝缘效果不理想。其使用的胶液其绝缘介质为聚氨酯类、环氧类和聚酰亚胺类胶，其绝缘效果不好，而且处理后的纳米晶磁片在大功率下损耗比铁氧体高且发热严重。

上述方案中所述方法存在有可靠性不高层、绝缘效果不理想、损耗大且发热严重等问题，因此，针对无线充电技术，解决现有纳米晶带材在大功率下损耗严重并发热的问题，开发一种大功率、可应用于无线充电领域的纳米晶隔磁片是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁条状纳米晶隔磁片及其制备方法和应用，所述纳米晶隔磁片的制备方法包括裁剪-双面浸胶-烘干固化-热处理-固化胶固化-烘干-裁剪，本发明借助在纳米晶带材双面覆膜，确保了纳米晶带材之间的绝缘，借助磁条状结构的纳米晶隔磁片，可以进一步减小涡流损耗，降低充电过程中的发热，提高充电效率。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种磁条状纳米晶隔磁片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将经裁剪的纳米晶带材放入绝缘胶液中，进行双面浸胶处理；

(2)将经双面浸胶处理后的纳米晶带材进行烘干固化处理；

(3)烘干固化后的纳米晶带材依次经热处理、固化和烘干处理，裁剪得到所述的纳米晶隔磁片。

本发明借助在纳米晶带材双面覆膜，确保了纳米晶带材之间的绝缘，借助磁条状结构的纳米晶隔磁片，可以进一步减小涡流损耗，降低充电过程中的发热，提高充电效率。

优选地，步骤(1)所述绝缘胶液包括水性无机纳米溶液、改性剂和成膜助剂。

优选地，所述水性无机纳米溶液包括硅溶胶、铝溶胶、钛溶胶、镁溶胶或钙溶胶中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述改性剂包括硅烷偶联剂和/或表面活性剂。

优选地，所述硅烷偶联剂包括含有环氧基团的硅氧烷化合物中的任意一种或至少两种的组合，优选为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

优选地，所述表面活性剂包括聚乙烯醇和/或聚醚-硅氧烷共聚物。

优选地，所述成膜助剂包括丙烯酸树脂、聚氨酯、苯丙树脂或环氧树脂中的任意一种或至少的两种组合。

优选地，所述绝缘胶液的制备方法包括：将成膜助剂和改性剂加入到水性无机纳米溶液中，然后在一定温度下进行搅拌混合。

优选地，所述搅拌混合的时间为0.5～5h，例如：0.5h、1h、2h、3h、4h或5h等，优选为2～5h。

优选地，所述搅拌混合的温度为15～40℃，例如：15℃、20℃、25℃、30℃、35℃或40℃等，优选为25～40℃。

优选地，步骤(1)所述浸胶处理在浸胶贴合处理装置中操作。

本发明所述绝缘胶液中，按质量百分比包括：65％的水性无机纳米溶液、1％的改性剂和34％的成膜助剂。

优选地，所述浸胶贴合处理装置包括：盛装所述绝缘胶液的壳体、沉没贴合辊、第一转向辊及第二转向辊；所述沉没贴合辊水平设置于绝缘胶液中，所述沉没贴合辊部分暴露于绝缘胶液的液面以上，所述纳米晶带材与所述沉没贴合辊的辊面接触；所述第一转向辊和第二转向辊沿纳米晶带材传动方向分别设置于壳体敞口端两侧，所述的第一转向辊用于将所述纳米晶带材连续地输送入所述绝缘胶液中；所述第二转向辊用于将浸胶处理后的纳米晶带材输送至下游工序。

本发明所述浸胶贴合处理装置可以将所述带材连续地输送入所述胶液中的同时将浸胶贴合后的带材输出至所述烘干装置中，提高生产效率。

本发明中所述浸胶贴合处理用到的装置并非局限于上述装置，本领域技术人员可以根据实际需要进行常规选择。

优选地，步骤(1)中所述经裁剪的纳米晶带材的宽度为2～5mm，例如：2mm、2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm或5mm等。

本发明中经裁剪后的纳米晶带材，其磁条宽度可达2～5mm，可以解决现有纳米晶带材损耗严重并产生发热问题，提高无线充电系统传能效率。

优选地，所述经裁剪的纳米晶带材连续地以弧形的方式浸入绝缘胶液中进行双面浸胶处理后，所述绝缘胶液在所述带材的两个表面形成防护薄膜。

优选地，所述纳米晶带材在所述绝缘胶液中停留的时间为0.1～50s，例如：0.1s、1s、5s、10s、20s、30s、40s或50s等，优选为0.1～5s。

本发明所述纳米晶带材在绝缘胶液中停留可以保证绝缘胶液完整包覆在纳米晶带材两面。

优选地，步骤(2)所烘干固化的温度为25～40℃，例如：25℃、27℃、30℃、35℃、37℃或40℃等，优选为30℃。

优选地，所述烘干固化的时间为0.1～20min，例如：0.1min、1min、2min、5min、10min、15min或20min等。

优选地，步骤(3)所述热处理的温度为500℃～600℃，例如：500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、580℃或600℃等，优选为570℃。

优选地，所述热处理的时间为5～10h，例如：5h、6h、7h、8h、9h或10h等，优选为8h。

优选地，步骤(3)所述烘干固化后的纳米晶带材进行绕环处理后再进行热处理。

优选地，所述绕环处理为绕成矩形环。

优选地，所述矩形环的规格为：300～500mm×100～300mm×2～5mm，例如：390mm×200mm×3mm、420mm×1800mm×4mm、320mm×250mm×3mm、450mm×190mm×5mm、360mm×200mm×2mm、380mm×270mm×3mm或390mm×240mm×4mm等。

优选地，步骤(3)所述固化为浸胶固化。

优选地，所述浸胶固化使用的固化胶包括环氧树脂、酚醛树脂或聚异氰酸酯中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，步骤(3)所述烘干的温度为120～180℃，例如：120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃等。

优选地，所述烘干的时间为1～5min，例如：1min、2min、3min、4min或5min等。

作为本发明的优选方案，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将成膜助剂和改性剂加入到水性无机纳米溶液中，在15～40℃下进行搅拌0.5～5h，得到所述绝缘胶液；

(2)将纳米晶带材裁剪成为2～5mm宽的窄带后放入步骤(1)制备的绝缘胶液中，双面浸胶处理0.1～5s，然后在25～40℃下烘干0.1～20min，得到A；

(3)将步骤(2)所述A绕成矩形环在500℃～600℃下热处理5～10h，浸胶固化后，在120～180℃下烘干1～5min，再裁剪得到所述的纳米晶隔磁片。

第二方面，本发明提供了一种磁条状纳米晶隔磁片，所述磁条状纳米晶隔磁片采用如第一方面所述的制备方法制备得到。

第三方面，本发明还提供了如第二方面所述的磁条状纳米晶隔磁片的用途，所述的磁条状纳米晶隔磁片可以作为无线充电用纳米晶隔磁片。

本发明所述无线充电用纳米晶隔磁片通过在纳米晶带材两面涂覆绝缘胶液，制备磁条状结构的纳米晶隔磁片，解决了现有纳米晶带材在大功率下损耗严重并产生发热问题。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明借助在纳米晶带材双面覆膜，确保了纳米晶带材之间的绝缘。

(2)本发明借助磁条状结构的纳米晶隔磁片，可以进一步减小涡流损耗的大小，降低充电过程中的发热，提高充电效率。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

本发明实施方式中，所用绝缘胶液均通过以下方法制备：

按质量百分比为65％的硅溶胶、1％的改性剂和34％的聚氨酯，所述的改性剂中γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：聚氨酯＝3:1，在25℃下进行搅拌混合2h，制得所述绝缘胶液。

本发明实施例中所述的环氧树脂均为对苯二甲酸二缩水甘油酯。

实施例1

本实施例提供了一种无线充电用纳米晶隔磁片，具体制备方法如下：

(1)将纳米晶带材裁剪成3mm的窄带，将带材连续地以弧形的方式分别通过两个第一转向辊，浸入绝缘胶液中，带材在绝缘胶液中停留的时间为0.2s；

(2)通过第二转向辊运输至烘箱进行烘干处理，烘干温度为30℃，烘干时间为0.2min；

(3)将处理好的带材进行绕环处理，尺寸为390mm×200mm×3mm，然后对磁环进行热处理，热处理温度为570℃，时间为8h；

(4)在热处理后的磁环表面涂覆环氧树脂，然后放入烘箱中烘干，时间为2min；

(5)对固化后的磁环进行切割，切割成310mm×10mm×3mm的磁条。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述纳米晶带材宽度为5mm，在绝缘胶液中停留时间为0.5s，步骤(3)所述环绕带材尺寸为420mm×220mm×5mm，步骤(4)所述磁条尺寸为330mm×12mm×5mm，其他参数和条件与实施例1中完全相同。

实施例3

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述纳米晶带材宽度为2.5mm，步骤(3)所述环绕带材尺寸为390mm×200mm×2.5mm，步骤(4)所述磁条尺寸为310mm×10mm×2.5mm，其他参数和条件与实施例1中完全相同。

实施例4

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述纳米晶带材宽度为4mm，步骤(3)所述环绕带材尺寸为350mm×170mm×4mm，步骤(4)所述磁条尺寸为270mm×10mm×4mm，其他参数和条件与实施例1中完全相同。

实施例5

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述纳米晶带材在绝缘胶液中停留时间为1s，步骤(3)所述环绕带材尺寸为230mm×80mm×3mm，步骤(4)所述磁条尺寸为180mm×5mm×3mm，其他参数和条件与实施例1中完全相同。

实施例6

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述纳米晶带材宽度为4.5mm，步骤(3)所述环绕带材尺寸为500mm×260mm×4.5mm，步骤(4)所述磁条尺寸为430mm×15mm×4.5mm，其他参数和条件与实施例1中完全相同。

实施例7

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述纳米晶带材宽度为2mm，步骤(3)所述环绕带材尺寸为390mm×200mm×2mm，步骤(4)所述磁条尺寸为310mm×10mm×2mm，其他参数和条件与实施例1中完全相同。

实施例8

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述纳米晶带材宽度为1mm，步骤(3)所述环绕带材尺寸为390mm×200mm×1mm，步骤(4)所述磁条尺寸为310mm×10mm×1mm，其他参数和条件与实施例1中完全相同。

实施例9

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述纳米晶带材宽度为6mm，步骤(3)所述环绕带材尺寸为390mm×200mm×6mm，步骤(4)所述磁条尺寸为310mm×10mm×6mm，其他参数和条件与实施例1中完全相同。

实施例10

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述纳米晶带材在绝缘胶液中停留时间为0.05s，其他参数和条件与实施例1中完全相同。

实施例11

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述纳米晶带材在绝缘胶液中停留时间为50s，其他参数和条件与实施例1中完全相同。

实施例12

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述纳米晶带材在绝缘胶液中停留时间为60s，其他参数和条件与实施例1中完全相同。

实施例13

本实施例与实施例1的区别仅在于，步骤(1)所述纳米晶带材在绝缘胶液中停留时间为5s，其他参数和条件与实施例1中完全相同。

对比例1

本对比例中采用PC95铁氧体。

对比例2

本对比例中采用3层MS700纳米晶作为纳米晶隔磁片。

将上述实施例1-13和对比例1-2中所得材料放入大功率无线充电装置中测试充电效率和发热状况，测试结果如表1、表2所示：

表1

表2

由表1和表2可以看出，本发明实施例1-6提供的无线充电用纳米晶隔磁片在减小涡流损耗降低充电过程中的发热的同时，很好的兼顾了充电效率。

且由实施例1和对比例1和2对比可得，采用PC95铁氧体材料时，虽然充电过后温度较低，但充电效率低且材料厚度大质量重；采用MS700纳米晶材料时，充电效率较高但充电过后温度过高，损耗较大，而本发明提供的隔磁片可以很好地兼顾充电效率和温度，在降低损耗的同时提高充电效率。

由实施例1和实施例7-9对比可得，步骤(1)所述纳米晶带材宽度优选为2～5mm时可以实现提高充电效率减轻隔磁材料体积重量的技术效果，当带材宽度小于2mm，由于样品较薄，隔磁效果降低，不能达到提升充电效率的效果。带材宽度大于5mm，充电效率提升不明显，体积重量增加。

由实施例1和实施例10-13对比可得，步骤(1)所述纳米晶带材在绝缘胶液中停留时间优选为0.1s～50s时可以实现降低损耗提高充电效率的技术效果，当停留时间小于0.1s，纳米晶带材表面不能完全包覆绝缘胶液，当停留时间大于50s，纳米晶带材表面绝缘胶液过厚，不利于材料散热，导致充电温度过高。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (30)

1.一种磁条状纳米晶隔磁片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将经裁剪的纳米晶带材放入绝缘胶液中，进行双面浸胶处理；

(2)将经双面浸胶处理后的纳米晶带材进行烘干固化处理；

(3)烘干固化后的纳米晶带材依次经热处理、固化和烘干处理，裁剪得到所述的纳米晶隔磁片；

其中，步骤(1)所述浸胶处理在浸胶贴合处理装置中操作，所述浸胶贴合处理装置包括：盛装所述绝缘胶液的壳体、沉没贴合辊、第一转向辊及第二转向辊；所述沉没贴合辊水平设置于绝缘胶液中，所述沉没贴合辊部分暴露于绝缘胶液的液面以上，所述纳米晶带材与所述沉没贴合辊的辊面接触；所述第一转向辊和第二转向辊沿纳米晶带材传动方向分别设置于壳体敞口端两侧，所述的第一转向辊用于将所述纳米晶带材连续地输送入所述绝缘胶液中；所述第二转向辊用于将浸胶处理后的纳米晶带材输送至下游工序，步骤(1)中所述经裁剪的纳米晶带材为2～5mm宽的窄带，所述经裁剪的纳米晶带材连续地以弧形的方式浸入绝缘胶液中进行双面浸胶处理后，所述绝缘胶液在所述带材的两个表面形成防护薄膜，步骤(3)所述固化为浸胶固化，所述浸胶固化使用的固化胶包括环氧树脂、酚醛树脂或聚异氰酸酯中的任意一种或至少两种的组合。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述绝缘胶液包括水性无机纳米溶液、改性剂和成膜助剂。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述水性无机纳米溶液包括硅溶胶、铝溶胶、钛溶胶、镁溶胶或钙溶胶中的任意一种或至少两种的组合。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述改性剂包括硅烷偶联剂和/或表面活性剂。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为含有环氧基团的硅氧烷化合物中的任意一种或至少两种的组合。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为聚乙烯醇和/或聚醚-硅氧烷共聚物。

8.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述成膜助剂包括丙烯酸树脂、聚氨酯、苯丙树脂或环氧树脂中的任意一种或至少的两种组合。

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述绝缘胶液的制备方法包括：将成膜助剂和改性剂加入到水性无机纳米溶液中，然后在一定温度下进行搅拌混合。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌混合的时间为0.5～5h。

11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌混合的时间为2～5h。

12.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌混合的温度为15～40℃。

13.如权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌混合的温度为25～40℃。

14.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述纳米晶带材在所述绝缘胶液中停留的时间为0.1～50s。

15.如权利要求14所述的制备方法，其特征在于，所述纳米晶带材在所述绝缘胶液中停留的时间为0.1～5s。

16.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所烘干固化的温度为25～40℃。

17.如权利要求16所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所烘干固化的温度为30℃。

18.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述烘干固化的时间为0.1～20min。

19.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述热处理的温度为500℃～600℃。

20.如权利要求19所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为570℃。

21.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述热处理的时间为5～10h。

22.如权利要求21所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的时间为8h。

23.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述烘干固化后的纳米晶带材进行绕环处理后再进行热处理。

24.如权利要求23所述的制备方法，其特征在于，所述绕环处理为绕成矩形环。

25.如权利要求24所述的制备方法，其特征在于，所述矩形环的规格为：300～500mm×100～300mm×2～5mm。

26.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述烘干的温度为120～180℃。

27.如权利要求26所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的时间为1～5min。

28.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：

(1)将成膜助剂和改性剂加入到水性无机纳米溶液中，在15～40℃下进行搅拌0.5～5h，得到所述绝缘胶液；

(2)将纳米晶带材裁剪成为2～5mm宽的窄带后放入步骤(1)制备的绝缘胶液中，双面浸胶处理0.1～5s，然后在25～40℃下烘干0.1～20min，得到A；

(3)将步骤(2)所述A绕成矩形环在500℃～600℃下热处理5～10h，浸胶固化后，在120～180℃下烘干1～5min，再裁剪得到所述的纳米晶隔磁片。

29.一种磁条状纳米晶隔磁片，其特征在于，所述磁条状纳米晶隔磁片采用如权利要求1-28任一项所述的制备方法制备得到。

30.如权利要求29所述的磁条状纳米晶隔磁片在无线充电领域中的应用。