CN113674921B - 一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法，数据线由里往外依次包括紧密连接的在芯的柔性被包覆物、中间的柔性永磁磁性包覆层和在外的柔性外护套层，制备方法包括以下步骤：步骤A，挤出成型；步骤B，在磁感应强度达5‑7T螺线管内脉冲充磁，挤出成型后的数据线环绕在螺线管内的圆柱上，或者卷曲成盘条状放人螺线管内，三者轴向中心线平行或者重叠，在卷曲盘条状态下数据线完成螺线管内脉冲充磁；柔性永磁磁性包覆层厚度为0.30‑0.7mm；柔性外护套层厚度为0‑0.50mm。本技术方案磁吸力集中在垂直方向相邻数据线的端面，数据线得以维持在卷曲状的磁吸常态和自由拉伸，为钐铁氮磁粉成功找到一个工业应用案例。
Description
技术领域
本发明属于磁性材料领域，尤其涉及一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法。
背景技术
USB数据线用作计算机与外围设备如键盘、鼠标、打印机、阻值为90±13欧姆，由28AWG信号线对及2条20-28AWG电源线组成。这些信息来自《线材基本知识》里的对USB电线的描述。
为了便于数据线的携带和收纳，避免数据线互相缠绕的烦恼，磁吸附方式可见于现有技术的众多的专利申请技术方案中，采用的是置于线材外的磁性夹具，这同时也给线材带来新的不便，具体如：公告号：CN213584521U，公开了一种可旋转磁吸数据线的技术方案；公告号：CN213071520U，公开的一种数据线的技术方案。
以挤出成型形成磁性层包覆数据线的方式在现有技术及在售市场上还没有发现，现有技术有两大技术难题横亘在数据线的磁性挤出成型包覆上，一个是数据线的磁性包覆层必须有足够的柔性，表面要平整、反复折叠缠绕后不开裂，有足够的机械力学强度；另外一个是数据线表面磁吸力足够大，这要求包覆数据线的磁性层要够厚，才能实现磁吸附要求，但这些都会导致线径变大、变僵硬，为了携带方便，却要求线径越小、重量越轻、越柔软越好，线径大小和磁吸力是个矛盾体。
现有技术铁氧体注塑磁体的最大磁能积只能达到2.2MGo，剩磁2850Gs，磁粉的形貌是六角方形，造粒后是球形的，磁粉是适合用于数据线包覆的，但其表磁和吸力不理想，可以感觉到磁吸力，但不足于在数据线的磁性包覆上产生有力的束缚卷曲和收回定型。
钐钴、铝镍钴磁性能够强，但由于含了战略物资钴，价格高，无法推广使用。
钕铁硼磁粉是现有技术中磁性能之王，其柔性磁体最大磁能积能可以达到4.5~5.5MGOe，剩磁可以达到5.5~6.5KGs，但是由于钕铁硼磁粉的形貌是条形针状，其磁粉粒径偏大，单辊快淬粒度范围53μm~420μm，要实现厚度不超过0.7mm的线材柔性挤出包覆，数据线磁性包覆层所应具备的机械强度要求，符合电线柔软、弯曲性能要好，包覆表面平整不开裂的要求，到目前为止，受制于钕铁硼磁粉本身极易氧化特性和居里温度特性，挤出过程加工温度导致的磁性能的损失，钕铁硼磁粉粒度形貌对挤出成型加工的影响，钕铁硼磁粉应用到数据线的挤出工艺的包覆有太多的问题要解决，更重要的是钕铁硼磁粉的生产需要原材料金属钕属于稀土，是战略物资，始终是个问题。
公开号：CN110964151A一种磁粉改性PPR材料制备方法及其加工管材的方法的发明披露了的加工方法：按质量份数将70份PPR材质颗粒、20-30份钕铁硼粉末、10份马来酸酐、2-5份高分子相容剂和0.2份分散促进剂混合搅拌，搅拌温度80~100℃，搅拌时间大于等于1h，很明显其钕铁硼的含量远远少于粘接剂，且该管材的磁性层的厚度远大于本申请的厚度，很显然该技术方案是不具备磁吸技术效果的，也不不具备线材的小尺寸要求。
钐铁氮磁粉是后起之秀，居里温度提高到476℃，各向异性场达到14T(约为Nd-Fe-B化合物的2倍)，饱和磁化强度提高到1.54T，理论最大磁能积与Nd-Fe-B磁体相当，克服了钕铁硼磁粉易氧化的缺陷、居里温度同比要高于钕铁硼和铁氧体，这种化合物为菱方或六方结构，间隙原子氮占据八面体空位，磁粉形貌是适应挤出包覆的，但是钐铁氮磁粉在柔性膜片材料和线状材料的实际产品运用中，受制于膜片、线材产品的形状，还有各向异性场，按现有的充磁技术，钐铁氮磁体的磁性能并不能充分发挥，所实现的磁吸效果并不理想，一时无法与钕铁硼所实现的磁性能媲美，因而严重制约了钐铁氮磁粉的实际运用，特别是在柔性膜片材料、线性材料的使用，在本申请技术方案上的数据线的应用更是没有，尽管最大磁能积理论值远远高于铁氧体，却丝毫撼动不了或者部分取代铁氧体磁粉在目前膜片材料市场的占有量，无论是钐铁氮磁粉的工业批量生产，还是钐铁氮磁体在工业产品上的运用，其产能、产量都无法与钕铁硼或者铁氧体相提并论。
本技术方案既要克服了以上所述钕铁硼磁粉作为柔性磁性包覆层表面开裂、不平整、无法形成圆润表面的具备机械强度的难题，同时还要克服现有技术铁氧体运用于线材磁性能不足的问题、钐铁氮运用于线材磁性能难于发挥的问题，实现避免借助外置的附加磁吸夹具的线材磁吸附方式。
发明内容
一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法，其特征为：所述数据线由里往外依次包括紧密连接的在芯的柔性被包覆物、中间的柔性永磁磁性包覆层和在外的柔性外护套层，其制备方法包括以下步骤：
步骤A，挤出成型；步骤B，在磁感应强度达5-7T螺线管内脉冲充磁，挤出成型后的数据线环绕在螺线管内的圆柱上，或者挤出成型后的数据线挤卷曲成盘条状放人螺线管内，数据线卷曲的轴向中心线、圆柱轴向中心线与螺线管轴向中心线平行或者重叠，在卷曲盘条状态下数据线完成螺线管内脉冲充磁；
所述柔性永磁磁性包覆层厚度为0.30-0.7mm；
所述柔性外护套层厚度为0-0.50mm。
所述被包覆物包括信号线对、2条电源线、可增加数据强度的聚酯纤维等，位于线材的中心位置，直径大小总和为0.2-2.8mm。
所述柔性永磁磁性包覆层为填料为永磁材料钐铁氮磁粉、粘接剂和助剂的改性高分子聚合物复合材料的柔性包覆层。
所述钐铁氮磁粉的中位粒度D50大小为异性钐铁氮磁粉为1-5μm，同性钐铁氮磁粉为5-50μm。
所述数据线柔性外护套层厚度为0mm时，柔性磁性包覆层外设置一层柔性耐磨涂层。
所述柔性耐磨涂层为为UV涂层或热固性涂层。
所述数据线的截面形状为圆形、扁状、椭圆形的规则形状之一，或者任何不规则形状。
所述螺线管内的圆柱安装在可调节升降高度和旋转速度的设备的基座上，圆柱上下端都比螺线管的轴向长度要长，挤出成型后的数据线随着圆柱的旋转，一端进入螺线管，充磁后从螺线管另一端出来。
所述螺线管内的圆柱为非导磁性。
所述螺线管内脉冲充磁为间歇充磁，但制备过程不间断的持续作业，挤出后的柔性数据线进入螺线管后卷曲状轴向累积高度不超过螺线管轴向高度的2/3~3/3时脉冲充磁一次，且充磁的卷状数据线位于螺线管中轴线中部。
所述挤出成型为：
按以下重量百分比：永磁磁性材料粉体85~93%、粘结剂7~16%、加工助剂0~5%，充分混合并炼胶，然后制成永磁磁性包覆层粒料A；
按以下重量百分比：阻燃剂、填料、颜料的粉体85～93%、粘结剂7~16%、加工助剂0~5%，充分混合并炼胶，然后制成外护套层粒料B；
把以上制成的粒料A和被包覆物都送入挤出机同一模具内，挤出被包覆物在芯、磁性包覆层在外的柔性线材半成品；再把以上制成的粒料B和柔性线材半成品都送入另一挤出机的同一模具内挤出成型，制成被包覆物在芯、磁性包覆层在中间、外护套层在外的柔性线材； 或者一次挤两层，两台挤出机供到同一个模具，一次成形。
以上所述阻燃剂、填料、颜料的粉体，粘接剂、加工助剂都为现有成熟技术，这里不再赘述。
一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线，其特征为，所述数据线由里往外依次包括紧密连接的在芯的柔性被包覆物、中间的柔性永磁磁性包覆层和在外的柔性外护套层，所述数据线为上面所述任何一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法所制得。
以下为上述发明内容的补充说明：
所述螺线管是个三维线圈，在物理学里，术语螺线管指的是多重卷绕的导线，卷绕内部是空心的，当有脉冲电流通过导线时，螺线管内部会产生均匀磁场。
本技术方案磁感应强度达5-7T调控依据如下：
螺线管磁场强度：
半径为 r (m) ， 总长为 l(m) ， 匝数为 N 匝的单层密绕空心螺线管线圈中通以 I (A) 的电流， 其轴线中心磁场强度为H0：
H
0
=NI(4r
2
+l
2
)
-1/2
螺线管内磁感应强度：
B=μH
其中，磁导率μ=μ 0 μ r μ r 为相对磁导率，μ r =1，μ 0 为真空磁导率。
脉冲电流由电脉冲充磁机产生和控制。
有益效果
1. 把柔性数据线盘成卷状或者绕在圆柱上进行充磁，从物理形状保证了线材磁吸的部位和磁吸的方式，一反现有技术线性利用外部夹具进行磁吸的方式，本技术方案磁吸力集中在相邻数据线垂直方向的所有部位的上下端面，表磁大小均匀，极性相反，其它任何部位任何方向的表磁吸力都大幅减小，数据线得以维持在卷曲状的磁吸常态。
2. 离开垂直方向10mm后各个方向的表磁小到可忽略，只提供有效位置上大小恰到好处的磁力，数据线卷状常态产生的磁场不影响周围环境。
3. 螺线管内低于轴向高度的中心部位磁场最强且大小均匀，5-7T磁感应强度的脉冲磁场使钐铁氮磁粉为填料的柔性磁性包覆层垂直方向相邻端面产生足够且均匀的吸力，实现拉伸动作流畅。
4. 本技术方案为钐铁氮磁粉的工业应用提供了一个成功案例，在数据线上取得了铁氧体无法达到的表磁和吸力，达到钕铁硼磁粉在柔性线材上无法实现的表面机械力学强度和圆润光滑的表面要求。
5.数据线外护套层阻燃。
6. 本技术方案的充磁工艺针对数据线在自动收卷的同时完成间歇性充磁却可持续生产，实现自动化量产。
7. 本申请的技术方案适用性强，其在线材磁吸附的应用方式可覆盖到如电脑周边线、音频线、视频线、电话线、家用网络线和电源线。
8. 本技术方案一反现有技术的线材的磁吸方式，让生产商和用户眼前一亮，爱不释手，是线材磁吸收纳一种全新趋势，具有非常好的商业前景。
以下结合附图说明对本技术方案进一步说明，对本技术方案没有达到预想不到的技术效果的任何添加、重新组合、等效替换等都将落入本技术方案的保护范围。
附图说明
图1是本技术方案螺线管充磁的结构示意图。
其中1为脉冲充磁机，2为螺线管充磁夹具，3为卷曲在圆柱上的数据线，圆柱没有画出，4为控制圆柱旋转和升降的设备。
图2是本技术方案数据线的磁吸方式结构示意，数据线处于磁吸的卷曲盘条状常态，垂直方向上任何相邻的数据线之间都属于南北磁极互吸，磁吸附布满整体数据线垂直方向上的端面上，实现常态下的磁吸附，使用时自由拉伸的同时始终维持其余部分的卷曲互吸的盘条状。
图3为本技术方案数据线截面结构示意图3， 31为柔性被包覆物，32为柔性永磁磁性包覆层，33为柔性外护套层。
图4为本技术方案任选一段卷状数据线表磁检测取点示意图，图4-1选点图示的3个，测量离开端面该点至垂直10mm处的表磁变化，结果记录于表2；图4-2选点图示的3个，测量离开卷状数据线外侧面的该点至水平距离10mm处的表磁变化，对应测试结果是表3；图4-3选点图示的3个，为卷状数据线内部的3点检测，对应检测结果是表4。
具体实施方式
具体实施例1
一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法，所述数据线由里往外依次包括紧密连接的在芯的柔性被包覆物、中间的柔性永磁磁性包覆层和在外的柔性外护套层，其制备方法包括以下步骤：
步骤A，挤出成型；步骤B，在磁感应强度达5-7T螺线管内脉冲充磁，挤出成型后的数据线环绕在螺线管内的圆柱上，或者挤出成型后数据线卷曲成盘条状放人螺线管，数据线卷曲的轴向中心线、圆柱轴向中心线与螺线管轴向中心线平行或者重叠，在卷曲盘条状态下数据线完成螺线管内脉冲充磁；
所述被包覆物包括信号线对、2条电源线、可增加数据强度的聚酯纤维，位于线材的中心位置，直径大小总和为2.8mm。
所述柔性永磁磁性包覆层为填料为永磁材料钐铁氮磁粉、粘接剂和助剂的改性高分子聚合物复合材料的柔性包覆层。
所述钐铁氮磁粉的中位粒度D50大小为异性钐铁氮磁粉为1-5μm，
所述数据线柔性外护套层厚度为0mm时，柔性磁性包覆层外设置一层柔性耐磨涂层。
所述数据线的截面形状为圆形。
所述螺线管内的圆柱安装在可调节升降高度和旋转速度的设备的基座上，圆柱上下端都比螺线管的轴向长度要长，挤出成型后的数据线随着圆柱的旋转，一端进入螺线管，充磁后从螺线管另一端出来。
所述圆柱非导磁性。
所述螺线管内脉冲充磁为间歇充磁，但制备过程不间断的持续作业，挤出后的柔性数据线进入螺线管后卷曲状轴向累积高度不超过螺线管轴向高度的2/3~3/3时脉冲充磁一次，且充磁的卷状数据线位于螺线管中轴线中部。
所述挤出成型为：
按以下重量百分比：永磁磁性材料异性钐铁氮粉体86.5%、粘接剂 TPU热塑性聚氨酯11%、加工助剂2.5%，所述助剂为抗氧剂1010和润滑剂EBS，质量比1:1，放置到密炼机中搅拌均匀后，加压炼胶至160℃左右，倒出使用辊温50~60℃的开炼机炼胶3分钟，然后使用破碎机破碎为粒径 10mm以下的永磁磁性包覆层粒料A备用；
按以下重量百分比：把包括填料、颜料的粉体86.5%、粘接剂 TPU热塑性聚氨酯11%、加工助剂2.5%，所述填料、颜料为碳酸钙，所述加工助剂为磷氮阻燃剂、抗氧剂1010和润滑剂EBS（质量比1:1:1）, 放置到密炼机中搅拌均匀后，加压炼胶至160℃左右，倒出使用辊温50~60℃的开炼机炼胶3分钟，然后使用破碎机破碎为粒径 10mm以下的外护套层粒料B备用；
把以上制成的粒料A和被包覆物都送入挤出机同一模具内，挤出被包覆物在芯、磁性包覆层在外的柔性线材半成品；再把以上制成的粒料B和柔性线材半成品都送入另一挤出机的同一模具内挤出成型，制成被包覆物在芯、磁性包覆层在中间、外护套层在外的柔性线材； 或者一次挤两层，两台挤出机供到同一个模具，一次成形。
一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线所述数据线由里往外依次包括紧密连接的在芯的柔性被包覆物、中间的柔性永磁磁性包覆层和在外的柔性外护套层，所述数据线为上述一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法所制得。
以上实施例进行以下的检测记录分析：
检测1：柔性永磁磁性包覆层、柔性外护套层不同厚度下垂直方向端面表磁记录于表1。
分析和结论1：
1、更厚的磁性层厚度，可以带来更强的吸附效果，但同时也给数据线性带来了僵硬和随意卷曲、折叠的困难，本实施例0.7厚度内都可以满足要求。
2、更厚的外护套层，给数据线带来更好的阻燃和绝缘效果，但同时也会给数据线带来僵硬和随意卷曲、折叠的困难，同时表磁的下降，磁性能利用的减弱，本实施例0-0.5mm范围都可以满足数据线的要求。
3、本具体实施例中表磁400Gs以上就可以满足足够的磁吸附要求的，外护套层范围0-0.5mm和柔性磁性包覆层0.50-0.70可以依照实验结果记录进行匹配。
4、从本具体实施例可以类推至0.3-0.5mm的柔性磁性包覆层都能满足不低于400Gs的表磁。
检测2：本实施例任选一段卷状数据线的表磁检测取点示意图，图4-1选点图示的3个，测量离开端面该点至垂直10mm处的表磁变化，结果记录于表2；图4-2选点图示的3个，测量离开卷状数据线外侧面的该点至水平距离10mm处的表磁变化，对应测试结果是表3；图4-3选点图示的3个，为卷状数据线内部的3点检测，对应检测结果是表4。
备注：减弱%为10mm处与0mm处的比值的百分数。
备注：减弱%为10mm处与0mm处的比值的百分数。
| 表4 圈芯中间表磁（单位：Gs 取点参照图4-3） |
| 圈芯接触测试表磁1.3点都在200GS左右， |
| 2号点的表磁都在20GS左右。 |
| 卷芯60和卷芯102基本测试不出差别。 |
分析和结论2：
1、表磁最强处集中在垂直方向的相邻线材的端面，与卷径直径大小没有关系。
2、离开卷径垂直方向10mm后减弱至端面处的8.4%，水平方向后减弱至侧面的18%，但是两者绝对值大小一样，都为40+Gs的数量级。不再对周围磁性物质造成影响。
3、卷径内部各处场强可以忽略不考虑，因为不对外造成影响。
4、表磁的测量大小会受检测环境的温度、湿度、基底场强、高斯计本身精度的影响，但不影响本实施例的规律总结。
对比例1
与具体实施例1不同之处：
所述柔性永磁磁性包覆层为填料为永磁材料异性铁氧体磁粉、粘接剂和助剂的挤出成型包覆层。
对比例2
与具体实施例1不同之处：
所述柔性永磁磁性包覆层为填料为永磁材料钕铁硼磁粉、粘接剂和助剂的挤出成型包覆层，由于钕铁硼磁粉没能完成挤出成型，本对比例通过压延方式成型后，裁切包覆于被包覆物外，同法充磁，所得表磁数据仅供参考。
检测3：
备注：
1、异性是磁晶各向异性的简称
2、外观标准指表面是否皲裂，光滑、足够的机械强度，分为优秀、好、差
3、对比例2的表磁数值为压延，仅供参考。
分析和结论3
1. 对比例1、2的异性铁氧体层吸力并不能满足数据线磁吸力要求。
2. 钕铁硼挤出成型太多遗留问题没能解决。
检测4
实施例和对比例所用填料磁性能相关参数对比如下：
表6 磁性能相关参数记录
备注：磁各向异性场是一种等效场，其含义是当磁化强度偏离易磁化轴方向时好像受到沿易磁化轴方向的一个磁场作用，使它恢复到易磁化轴方向。
所述磁性能为含粉量55-60%注塑成型制成测测标样后的磁性能。
分析和结论4：
本技术方案成功实现了钐铁氮磁粉在包覆厚度不超过0.7mm的具体运用，实现了铁氧体在线材上达不到的磁吸力。
基于钐铁氮磁粉2倍于钕铁硼的磁各向异性场，要充分发挥其磁性能，充磁和取向都非常的不容易，本技术方案通过预先定型数据线的方式，在常规的在5-7T的脉冲磁感应强度下，实现垂直方向相邻数据线垂直方向的端面上恰到好处的吸力，为钐铁氮的工业应用成功找到一个应用方案。
Claims (9)
1. 一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法，其特征为：所述数据线由里往外依次包括紧密连接的在芯的柔性被包覆物、中间的柔性永磁磁性包覆层和在外的柔性外护套层，其制备方法包括以下步骤：步骤 A，挤出成型；步骤 B，在磁感应强度达5-7T螺线管内脉冲充磁，挤出成型后的数据线环绕在螺线管内的圆柱上，或者挤出成型后的数据线卷曲成盘条状放人螺线管内，数据线卷曲的轴向中心线、圆柱轴向中心线与螺线管轴向中心线平行或者重叠，在卷曲盘条状态下数据线完成螺线管内脉冲充磁；所述柔性永磁磁性包覆层厚度为0.30-0.7mm；所述柔性外护套层厚度为0-0.50mm；所述柔性永磁磁性包覆层为填料为永磁材料钐铁氮磁粉、粘接剂和助剂的改性高分子聚合物复合材料的柔性包覆层。
2. 根据权利要求1所述的一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法，其特征为：所述钐铁氮磁粉的中位粒度 D50 大小为异性钐铁氮磁粉为1-5μm，同性钐铁氮磁粉为5-50μm。
3.根据权利要求1所述的一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法，其特征为：所述数据线柔性外护套层厚度为 0mm时，柔性永磁磁性包覆层外设置一层柔性耐磨涂层。
4.根据权利要求1所述的一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法，其特征为：所述数据线的截面形状为圆形、扁状、椭圆形的规则形状之一，或者任何不规则形状。
5.根据权利要求1所述的一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法，其特征为：所述螺线管内的圆柱安装在可调节升降高度和旋转速度的设备的基座上，圆柱上下端都比螺线管的轴向长度要长，挤出成型后的数据线随着圆柱的旋转，一端进入螺线管，充磁后从螺线管另一端出来。
6.根据权利要求1所述的一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法，其特征为：所述螺线管内的圆柱为非导磁材料。
7.根据权利要求1所述的一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法，其特征为：所述螺线管内脉冲充磁为间歇充磁，但制备过程为不间断的持续作业，挤出后的柔性数据线进入螺线管后卷曲状轴向累积高度不超过螺线管轴向高度的2/3～3/3时脉冲充磁一次，且充磁的卷状数据线位于螺线管中轴线中部。
8. 根据权利要求1所述的一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法，其特征为，所述挤出成型为：按以下重量百分比：永磁磁性材料粉体85～93%、粘结剂7～16%、加工助剂0～5%，充分混合并炼胶，然后制成永磁磁性包覆层粒料 A；按以下重量百分比：包括阻燃剂、填料、颜料的粉体85～93%、粘结剂7～16%、加工助剂0～5%，充分混合并炼胶，然后制成外护套层粒料 B；把以上制成的粒料 A和被包覆物都送入挤出机同一模具内，挤出被包覆物在芯、永磁磁性包覆层在外的柔性线材半成品；再把以上制成的粒料 B和柔性线材半成品都送入另一挤出机的同一模具内挤出成型，制成被包覆物在芯、永磁磁性包覆层在中间、外护套层在外的柔性线材；或者一次挤两层，两台挤出机供到同一个模具，一次成形。
9. 一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线，其特征为，所述数据线由里往外依次包括紧密连接的在芯的柔性被包覆物、中间的柔性永磁磁性包覆层和在外的柔性外护套层，所述数据线由权利要求1至权利要求8所述任何一种磁吸自动卷曲自由拉伸的数据线的制备方法所制得，所述数据线维持在卷曲盘条状的磁吸常态，卷曲盘条状垂直方向相邻数据线端面具备表磁400-706Gs的吸力，外侧面低于表磁 262Gs的吸力，使用时自由拉伸。
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