CN114450345A - 树脂组合物和成型品 - Google Patents
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Abstract
一种树脂组合物,其用于传递成型,上述树脂组合物含有树脂(A)、中值粒径为7.5~100μm的磁性粉(B)和中值粒径为0.2~5μm的颗粒(C),将树脂组合物以175℃传递成型而得到的成型品的饱和磁通密度为1.1T以上。本发明还提供使用该树脂组合物而形成的成型品。颗粒(C)可以含有磁性粉,也可以含有非磁性粉。
Description
技术领域
本发明涉及树脂组合物和成型品。更具体而言,涉及用于传递成型的树脂组合物以及使用该树脂组合物而形成的成型品。
背景技术
已知通过将包含磁性体粉末和树脂的材料加热并将其成型而形成磁性部件(例如电抗器的磁芯等)的尝试。
专利文献1记载了一种复合材料,其含有磁性体粉末、和将该粉末以分散的状态包在其中的高分子材料。根据专利文献1,磁性体粉末相对于该复合材料整体的含量大于50体积%且为75体积%以下,该复合材料的饱和磁通密度为0.6T以上,该复合材料的相对磁导率大于20且为35以下。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2014-063923号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
近年来,随着电子设备的进一步的小型化和轻量化,磁性部件也要求小型化和轻量化。
鉴于这种状况,为了提供一种适合用于制造小型且轻量的磁性部件的树脂组合物,本发明的发明人进行了研究。
用于解决技术课题的手段
研究的结果,本发明的发明人完成了以下提供的发明,解决了上述课题。
根据本发明,提供一种树脂组合物,其用于传递成型,
上述树脂组合物含有树脂(A)、中值粒径为7.5~100μm的磁性粉(B)和中值粒径为0.2~5μm的颗粒(C),
将该树脂组合物以175℃传递成型而得到的成型品的饱和磁通密度为1.1T以上。
并且,根据本发明,提供一种使用上述树脂组合物而形成的成型品。
发明的效果
本发明的树脂组合物适合用于制造小型且轻量的磁性部件。即,通过使用本发明的树脂组合物,能够制造小型且轻量的磁性部件。
附图说明
图1是示意性地表示具有磁芯的线圈的图。
图2是示意性地表示具有磁芯的线圈(不同于图1的方式)的图。
图3是示意性地表示一体型电感器的图。
具体实施方式
以下,参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
在所有附图中,对相同的构成要素标注相同附图标记并适当地省略说明。
为了避免复杂化,(i)当在同一附图内存在多个相同的构成要素时,有时仅对其中一个标注附图标记,而不对所有的标注附图标记,(ii)特别是在图2之后,对于与图1相同的构成要素有时不再标注附图标记。
所有的附图仅用于说明。附图中的各部件的形状和尺寸比例等未必一定与实际物品对应。
在本说明书中,除非另有说明,否则数值范围的说明中的表述“X~Y”表示X以上Y以下。例如,“1~5质量%”表示“1质量%以上5质量%以下”。
在本说明书中的基团(原子团)的表述中,未记载取代或无取代的表述包括不具有取代基的情况和具有取代基的情况这两者。例如,“烷基”不仅包括不具有取代基的烷基(无取代烷基),还包括具有取代基的烷基(取代烷基)。
关于本说明书中的“有机基团”这一术语,除非另有说明,否则表示从有机化合物中去除一个以上的氢原子而得到的原子团。例如,“一价有机基团”表示从任意有机化合物中去除一个氢原子而得到的原子团。
<树脂组合物>
本实施方式的树脂组合物用于传递成型。换言之,本实施方式的树脂组合物用作利用传递成型法制造成型品时的材料。
并且,本实施方式的树脂组合物含有树脂(A)、中值粒径为7.5~100μm的磁性粉(B)、和中值粒径为0.2~5μm的颗粒(C)。
并且,将本实施方式的树脂组合物以175℃传递成型而得到的成型品的饱和磁通密度为1.1T以上。
在本实施方式中,通过利用传递成型制造磁性部件,能够制造比现有的利用压缩成型法更小型和/或轻量的磁性部件。并且,通过利用传递成型制造磁性部件,容易制造形状较复杂的磁性部件。
在本实施方式中,使用中值粒径为7.5~100μm的磁性粉(B)。通过使用粒径大的磁性粉,容易提高饱和磁通密度。
在本实施方式中,并用中值粒径较大的磁性粉(B)和中值粒径较小的颗粒(C)。由此,能够在传递成型时获得足够的流动性。其机理的详细情况尚不明确,但可以推测这是因为颗粒(C)发挥磁性粉(B)的“润滑剂”那样的作用。并且/或者推测这是因为颗粒(C)发挥磁性粉(B)的“分散介质”那样的作用,抑制了熔融时磁性粉(B)的沉降。
将本实施方式的树脂组合物以175℃传递成型而得到的成型品的饱和磁通密度为1.1T以上。通过这样设计树脂组合物,能够得到即使小型且轻量,也具有令人满意的磁性能的磁性部件。
以下,对本实施方式的树脂组合物的含有成分和物性等进行具体说明。
(树脂(A))
本实施方式的树脂组合物包含树脂(A)。
树脂(A)可以为热塑性树脂或热固性树脂。从传递成型这样的用途和磁性部件的耐热性的观点出发,优选树脂(A)包含热固性树脂。更具体而言,树脂(A)的总量中的优选50质量%以上、更优选75质量%以上、进一步优选90质量%以上为热固性树脂。
作为热固性树脂,可以列举环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、脲醛(尿素)树脂、三聚氰胺树脂、聚氨酯树脂、氰酸酯树脂、有机硅树脂、氧杂环丁烷树脂(氧杂环丁烷化合物)、(甲基)丙烯酸酯树脂、不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、苯并噁嗪树脂等。它们可以单独使用,也可以将2种以上组合使用。
特别优选树脂(A)包含环氧树脂。由此,在一般条件下(温度、对模具的注入压力等)的传递成型中,容易得到良好的成型性。
作为环氧树脂,可以列举:苯酚酚醛清漆树脂、甲酚酚醛清漆树脂、双酚A型酚醛清漆树脂、含三嗪骨架的苯酚酚醛清漆树脂等酚醛清漆型酚醛树脂;未改性的甲阶酚醛树脂、利用桐油、亚麻籽油、核桃油等改性的油改性甲阶酚醛树脂等甲阶型酚醛树脂、苯酚芳烷基树脂、联苯芳烷基型酚醛树脂等芳烷基型酚醛树脂等酚醛树脂;双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、四甲基双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、双酚E型环氧树脂、双酚M型环氧树脂、双酚P型环氧树脂、双酚Z型环氧树脂等双酚型环氧树脂;苯酚酚醛清漆型环氧树脂、甲酚酚醛清漆型环氧树脂等酚醛清漆型环氧树脂;联苯型环氧树脂、联苯芳烷基型环氧树脂、芳基亚烷基型环氧树脂、萘型环氧树脂、蒽型环氧树脂、苯氧基型环氧树脂、二环戊二烯型环氧树脂、降冰片烯型环氧树脂、金刚烷型环氧树脂、芴型环氧树脂、三苯基甲烷型环氧树脂等。
环氧树脂可以包含分子中具有2个以上环氧基的多官能环氧树脂。作为环氧树脂,优选列举三苯基甲烷型环氧树脂、二环戊二烯型环氧树脂、双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、四甲基双酚F型环氧树脂等。通过使用这些之中的1种或2种以上,容易得到耐热性高且适合传递成型的树脂组合物。
特别优选环氧树脂包含具有以下通式(a1)所示的结构单元的环氧树脂(三苯基甲烷型环氧树脂)和/或具有以下通式(a2)所示的结构单元的环氧树脂(双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂)。特别是通过将这2种环氧树脂并用,能够在成型时获得适度的流动性并且能够提高成型品的耐热性。当将这2种环氧树脂并用时,并用比例(质量比)例如为10/90~90/10,优选为20/80~80/20。
通式(a1)中,
R11在存在多个的情况下分别独立地表示一价取代基,
R12在存在多个的情况下分别独立地表示一价取代基,
i为0~3的整数,
j为0~4的整数。
作为R11和R12的一价取代基,可以列举一价有机基团、卤原子、羟基和氰基等。
作为一价有机基团的例子,可以列举烷基、烯基、炔基、亚烷基、芳基、芳烷基、烷芳基、环烷基、烷氧基、杂环基、羧基等。一价有机基团的碳原子数例如为1~30,优选为1~20,更优选为1~10,进一步优选为1~6。
作为烷基的例子,可以列举甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等。
作为烯基的例子,可以列举烯丙基、戊烯基、乙烯基等。
作为炔基的例子,可以列举乙炔基等。
作为亚烷基的例子,可以列举亚甲基、亚乙基等。
作为芳基的例子,可以列举甲苯基、二甲苯基、苯基、萘基、蒽基。
作为芳烷基的例子,可以列举苯甲基、苯乙基等。
作为烷芳基的例子,可以列举甲苯基、二甲苯基等。
作为环烷基的例子,可以列举金刚烷基、环戊基、环己基、环辛基等。
作为烷氧基的例子,可以列举甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、新戊氧基、正己氧基等。
作为杂环基的例子,可以列举环氧基、氧杂环丁基等。
i和j分别独立地优选为0~2,更优选为0~1。
作为一种方式,i和j均为0。即,作为一种方式,通式(a1)中的所有苯环作为一价取代基不具有除明示的环氧丙氧基以外的取代基。
通式(a2)中,
2个R分别独立地为氢原子或甲基,
R22在存在多个的情况下分别独立地表示一价取代基,
R23在存在多个的情况下分别独立地表示一价取代基,
p和q分别独立地为0~4的整数。
作为通式(a2)中的R22和R23的一价取代基的具体例,可以列举与在通式(a1)中作为R11和R12的一价取代基说明的基团相同的基团。在此,作为R22和R23的一价取代基,优选烷基,更优选碳原子数1~6的直链或支链状的烷基,特别优选甲基。
通式(a2)中的p和q分别独立地优选为0~3,更优选为0~2。从熔融时的适度的流动性的观点等出发,当2个R为甲基时,p和q优选为0,而当2个R为氢原子时,p和q优选为1或2。
另外,树脂(A)也优选包含含联苯结构的环氧树脂。
含联苯结构的环氧树脂具体是指包含2个苯环以单键连结的结构的环氧树脂。这里的苯环可以具有取代基,也可以不具有取代基。
具体而言,含联苯结构的环氧树脂具有以下通式(BP)所示的部分结构。
通式(BP)中,
Ra和Rb在存在多个的情况下分别独立地为一价有机基团、羟基或卤原子,
r和s分别独立地为0~4,
*表示与其他原子团连结。
作为Ra和Rb的一价有机基团的具体例,可以列举烷基、烯基、炔基、亚烷基、芳基、芳烷基、烷芳基、环烷基、烷氧基、杂环基、羧基等。
作为烷基,可以列举例如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、新戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等。
作为烯基,可以列举例如烯丙基、戊烯基、乙烯基等。
作为炔基,可以列举例如乙炔基等。
作为亚烷基,可以列举例如亚甲基、亚乙基等。
作为芳基,可以列举例如甲苯基、二甲苯基、苯基、萘基、蒽基。
作为芳烷基,可以列举例如苯甲基、苯乙基等。
作为烷芳基,可以列举例如甲苯基、二甲苯基等。
作为环烷基,可以列举例如金刚烷基、环戊基、环己基、环辛基等。
作为烷氧基,可以列举例如甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、新戊氧基、正己氧基等。
作为杂环基,可以列举例如环氧基、氧杂环丁基等。
Ra和Rb的一价有机基团的总碳原子数分别例如为1~30,优选为1~20,更优选为1~10,特别优选为1~6。
r和s分别独立地优选为0~2,更优选为0~1。作为一种方式,r和s均为0。
进一步具体而言,含联苯结构的环氧树脂具有以下通式(BP1)所示的结构单元。
通式(BP1)中,
Ra和Rb的定义和具体方式与通式(BP)相同,
r和s的定义和优选范围与通式(BP)相同,
Rc在存在多个的情况下分别独立地为一价有机基团、羟基或卤原子,
t为0~3的整数。
作为Rc的一价有机基团的具体例,可以列举与作为Ra和Rb的具体例列举的基团同样的基团。
t优选为0~2,更优选为0~1。
本实施方式的树脂组合物中树脂(A)可以仅含有1种,也可以含有2种以上。
关于本实施方式的树脂组合物中的树脂(A)的含量,以树脂组合物整体为基准(100质量%),例如为0.5~20质量%,优选为1~15质量%。通过设定这样的数值范围,能够进一步提高成型性和机械特性。并且,由于树脂(A)的量不会过多,因此容易增加磁性粉(B)等的量。即,容易提升磁特性。
(磁性粉(B))
本实施方式的树脂组合物含有中值粒径为7.5~100μm的磁性粉(B)。
磁性粉(B)只要具有上述中值粒径、并且使用本实施方式的树脂组合物制成的成型品表现出磁性,就能够使用任意的磁性粉。
磁性粉(B)优选包含选自Fe、Cr、Co、Ni、Ag和Mn中的1种或2种以上的元素。通过选择这些中的任意元素,能够进一步提升磁特性。作为磁性粉(B),通过使用优选含有85质量%以上的Fe、更优选含有90质量%以上的Fe的磁性粉(铁基颗粒),能够进一步提升磁特性。
磁性粉(B)可以为结晶材料,也可以为非晶材料,还可以为它们混合存在的材料。并且,作为磁性粉(B),可以使用由1种化学组成构成的磁性粉,也可以将2种以上不同化学组成的磁性粉并用。
作为磁性粉(B),特别优选包含铁基颗粒。铁基颗粒是指以铁原子为主要成分(在化学组成中铁原子的含有质量最多)的颗粒,更具体而言,是指在化学组成中铁原子的含有质量最多的铁合金。
进一步具体而言,作为铁基颗粒,能够使用显示软磁性并且铁原子的含有率为85质量%以上的颗粒(软磁性高铁含量颗粒)。其中,软磁性是指矫顽力小的强磁性,通常将矫顽力为800A/m以下的强磁性称为软磁性。铁原子的含有率更优选为90质量%以上。
作为磁性粉(B)的构成材料,可以列举作为构成元素的铁的含有率优选为85质量%以上(更优选为90质量%以上)的含金属材料。如此,作为构成元素的铁的含有率高的金属材料表现出磁导率和磁通密度等磁特性较好的软磁性。因此,能够得到在成型时表现出良好的磁特性的树脂组合物。
但是,磁性粉(B)(以及后述的颗粒(C))中的铁的含有率高从“铁损”性能的观点出发有时是不利的。使用如上所述铁含有率高的磁性粉(B)(和/或颗粒(C))主要从提高饱和磁通密度的观点出发进行。当重视铁损等其他性能的情况下,有时也优选磁性粉(B)/颗粒(C)中的铁的含有率不高。
作为上述含金属材料的形态,例如除了单质之外还可以列举固溶体、共晶、金属间化合物这样的合金等。通过使用由这样的金属材料构成的颗粒,能够得到具有源自铁的优异的磁特性、即高磁导率和高磁通密度等磁特性的树脂组合物。
并且,上述含金属材料作为构成元素可以含有铁以外的元素。作为铁以外的元素,可以列举例如B、C、N、O、Al、Si、P、S、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Sn等,可以使用它们之中的1种或将2种以上组合使用。
作为上述含金属材料的具体例,可以列举例如纯铁、硅钢、铁钴合金、铁镍合金、铁铬合金、铁铝合金、羰基铁、不锈钢、或者含有这些之中的1种或2种以上的复合材料等。从易获得性的观点出发,优选使用羰基铁。
以上作为磁性粉(B)以铁基颗粒为中心进行了说明,但是当然磁性粉(B)也可以为其他颗粒。磁性粉(B)例如也可以包含Ni基软磁性颗粒、Co基软磁性颗粒等。
磁性粉(B)可以实施表面处理。例如,可以列举对表面进行偶联剂处理或进行等离子体处理。通过这样的表面处理,能够使官能团键合于表面。官能团能够覆盖表面的一部分或整个表面。
作为官能团,可以列举以下通式(1)所示的官能团。
*-O-X-R...(1)
[式中,R表示有机基团,X为Si、Ti、Al或Zr,*为构成磁性粉(B)的原子之一。]
上述官能团是利用例如硅烷系偶联剂、钛系偶联剂、铝系偶联剂、锆系偶联剂等公知的偶联剂进行表面处理而形成的残基。优选为选自硅烷系偶联剂和钛系偶联剂中的偶联剂的残基。由此,当在树脂组合物中配合磁性粉(B)制成树脂组合物时,能够进一步提高其流动性。
当利用偶联剂进行表面处理时,作为其方法,可以列举将磁性粉(B)浸渍于偶联剂的稀释溶液中的方法,或者将偶联剂直接向磁性粉(B)喷雾的方法。
偶联剂的使用量相对于磁性粉(B)100质量份例如优选为0.05~1质量份,更优选为0.1~0.5质量份。
作为使偶联剂与磁性粉(B)反应时的溶剂,可以列举例如甲醇、乙醇、异丙醇等。并且,此时的偶联剂的使用量相对于溶剂100质量份优选为0.1~2质量份,更优选为0.5~1.5质量份。
偶联剂与磁性粉(B)的反应时间(例如在稀释溶液中的浸渍时间等)优选为1~24小时。
当键合上述那样的官能团时,作为对于磁性粉(B)的表面处理的一环,可以预先实施等离子体处理。例如,通过实施氧等离子体处理,在磁性粉(B)的表面产生OH基,经由氧原子的磁性粉(B)与偶联剂的残基的键合变得容易。由此,能够更牢固地键合官能团。
上述等离子体处理优选氧等离子体处理。由此,能够对磁性粉(B)的表面高效率地修饰OH基。
氧等离子体处理的压力优选为100~200Pa,更优选为120~180Pa。
氧等离子体处理中的处理气体的流量优选为1000~5000mL/分钟,更优选为2000~4000mL/分钟。
氧等离子体处理的输出功率优选为100~500W,更优选为200~400W。
氧等离子体处理的处理时间可以根据上述各种条件适当设定,优选为5~60分钟,更优选为10~40分钟。
可以在实施氧等离子体处理之前进一步实施氩等离子体处理。由此,能够在磁性粉(B)的表面形成用于修饰OH基的活性位点,从而能够更高效率地进行OH基的修饰。
氩等离子体处理的压力优选为10~100Pa,更优选为15~80Pa。
氩等离子体处理中的处理气体的流量优选为10~100mL/分钟,更优选为20~80mL/分钟。
氩等离子体处理的输出功率优选为100~500W,更优选为200~400W。
氩等离子体处理的处理时间优选为5~60分钟,更优选为10~40分钟。
其中,偶联剂的残基经由氧原子键合于磁性粉(B)的表面这一点能够通过例如傅立叶转换红外光谱仪来确认。
上述的表面处理可以对所有的磁性粉(B)实施,也可以对部分磁性粉(B)实施。
如上所述,磁性粉(B)的中值粒径为7.5~100μm。中值粒径优选为8~90μm,更优选为10~80μm。
中值粒径可以通过使用激光衍射/散射式粒度分布测定装置以干式测定颗粒而作为体积基准的值求出。
作为磁性粉(B),也可以并用2种不同的磁性粉。例如,本实施方式的树脂组合物也可以在中值粒径为7.5~100μm的范围内包含具有不同中值粒径的2种不同的磁性粉(B)。由此,磁性粉(B)之间的“间隙”减小,能够提高磁性粉的密度,因此能够提升磁特性。
作为磁性粉(B),优选中值粒径为7.5~15μm的磁性粉和中值粒径为20~100μm(更优选为35~90μm)的磁性粉并用。
磁性粉(B)优选接近正圆(正球)的形状。由此,可以认为颗粒彼此之间的摩擦减少,能够进一步提高流动性。
具体而言,对于任意10个以上(优选50个以上)的磁性粉(B)求出以下定义的“正圆度”,对这些值取平均值而求出的平均正圆度优选为0.60以上,更优选为0.75以上。
正圆度的定义:当利用扫描型电子显微镜观察磁性粉的轮廓时,将由该轮廓求出的等面积等效圆直径设为Req、将与该轮廓外接的圆的半径设为Rc时的Req/Rc的值。
本实施方式的树脂组合物中的磁性粉(B)的含有比例优选为50质量%以上,更优选为50~99质量%,进一步优选为60~99质量%。通过含有比例为90质量%以上,容易得到磁特性优异的成型品(磁性部件)。另一方面,通过含有比例为99质量%以下,能够使用足够量的树脂等其他成分,能够进一步提升成型性、机械强度等。
(颗粒(C))
本实施方式的树脂组合物含有中值粒径为0.2~5μm的颗粒(C)。
作为一例,颗粒(C)包含磁性粉。通过颗粒(C)包含磁性粉,能够与磁性粉(B)一起进一步提升树脂组合物中磁性物质的浓度/密度。于是,能够进一步提升最终成型品的磁特性(饱和磁通密度等)。
作为另一例,颗粒(C)包含非磁性粉。可以认为通过作为与磁性粉(B)组合的颗粒(C)有意地使用与磁性粉异质的非磁性粉,树脂组合物在熔融时磁性粉(B)的沉降进一步得到抑制,能够实现流动性的进一步提高等。
颗粒(C)可以包含磁性粉和非磁性粉两者,也可以仅包含一者。
当颗粒(C)包含磁性粉时,关于该磁性粉的构成元素等,可以与上述磁性粉(B)中的说明相同。换言之,颗粒(C)除了中值粒径为0.2~5μm以外,可以与磁性粉(B)相同。如在磁性粉(B)的部分中说明的那样,主要从提升饱和磁通密度的观点而言,优选颗粒(C)中的铁的含有率高。具体而言,颗粒(C)优选包含Fe原子的含有率为85质量%以上的磁性粉,更优选包含Fe原子的含有率为90质量%以上的磁性粉。另一方面,当重视铁损等其他性能时,有时也优选颗粒(C)中的铁含有率不高。
当颗粒(C)包含非磁性粉时,作为该非磁性粉,可以列举例如陶瓷材料、玻璃材料等无机材料。作为无机材料,可以列举:例如二氧化硅、氧化铝、氧化锆、二氧化钛、氧化镁、氧化钙等氧化物系材料;氮化硅、氮化铝这样的氮化物系材料;碳化硅、碳化硼这样的碳化物系材料等。可以单独使用它们之中的1种,也可以并用2种以上。
非磁性粉优选包含二氧化硅颗粒。虽然详细情况尚不明确,但是可以推测二氧化硅颗粒的比重小(通常为1.5~3、优选为2~2.5)与抑制树脂组合物熔融时磁性粉(B)(比重通常为6~9、优选为7~8)的沉降相关。
并且,二氧化硅颗粒与树脂的亲和性较好。该情况从成型时的流动性方面考虑是优选的。并且,二氧化硅颗粒的绝缘性较好。该情况在使用本实施方式的树脂组合物形成磁性部件时是优选的。
非磁性粉的构成材料的真比重优选为1.0~6.0,更优选为1.2~5.0,进一步优选为1.5~4.5。这种非磁性粉由于比重小,因此容易与热固性树脂的熔融物一起流动。因此,当在成型过程中熔融物流向成型模具的间隙等时,非磁性粉容易与该熔融物一起流动。其结果,间隙被非磁性粉堵塞,能够更可靠地抑制熔融物的渗出。其中,成型模具的间隙可以列举例如传递成型机的柱塞与缸体之间的间隙(余隙,clearance)等。
颗粒(C)的中值粒径只要为0.2~5μm即可,没有特别限定,优选为0.3~4μm,更优选为0.4~3μm。通过调节颗粒(C)的中值粒径,能够实现成型时的流动性和成型物的磁性能的进一步提升。
颗粒(C)的中值粒径的测定方法与磁性粉(B)同样。
颗粒(C)的正圆度没有特别限定,优选为0.50~1.00,更优选为0.75~1.00。通过颗粒(C)的正圆度在上述范围内,能够利用颗粒(C)自身的滚动,容易提升树脂组合物的流动性。正圆度的定义如磁性粉(B)中的说明。
本实施方式的树脂组合物中颗粒(C)可以仅含有1种,也可以含有2种以上。
本实施方式的树脂组合物中的颗粒(C)的含有比例优选为1~20质量%,更优选为1~18质量%。
当作为颗粒(C)仅使用磁性粉时,颗粒(C)的含有比例优选为10~20质量%,更优选为12~18质量%。由此,能够进一步提升磁特性。
当作为颗粒(C)仅使用非磁性粉时,颗粒(C)的含有比例优选为1~5质量%,更优选为1~4质量%。通过使用适量的非磁性粉,容易取得成型时的流动性与磁特性之间的平衡。
(磁性粉(B)与颗粒(C)的比例、总量等)
通过适当地调节磁性粉(B)与颗粒(C)的比例,能够进一步提升各种性能。例如,树脂组合物中的颗粒(C)的量/(磁性粉(B)的量+颗粒(C)的量)的值优选为0.01~0.3,更优选为0.01~0.2。由于该值适当,能够进一步提高传递成型时的流动性。
作为另一观点,通过适当地调节树脂组合物中的颗粒成分(磁性粉(B)和颗粒(C))的体积比,能够得到良好的成型性,并且能够提升成型品的磁性能。具体而言,本实施方式的树脂组合物中的颗粒成分的比例优选为70~80体积%,更优选为75~80体积%。
作为又一观点,通过适当地调节树脂组合物中的与磁特性相关的颗粒成分(磁性粉(B)和划分为颗粒(C)的磁性粉)的体积比率,能够获得良好的成型性,并且能够提升成型品的磁性能等。具体而言,本实施方式的树脂组合物中的与磁特性相关的颗粒成分的比例优选为70~80体积%,更优选为75~80体积%。
(固化剂(D))
本实施方式的树脂组合物优选含有固化剂(D)。固化剂(D)只要能够与树脂(A)反应使树脂固化即可,没有特别限定。通过使用固化剂(D),能够得到在适度的加热时间内固化的树脂组合物。并且,通过使用固化剂(D),能够进一步提升成型品的机械强度。
例如,当树脂(A)包含环氧树脂时,作为固化剂(D),优选使用例如脂肪族多胺、芳香族多胺、芳香族二胺、双氰胺二酰胺(dicyamine diamide)这样的多胺化合物,脂环族酸酐、芳香族酸酐这样的酸酐,酚醛清漆型酚醛树脂这样的多酚化合物(酚系固化剂),咪唑化合物等。当树脂(A)包含酚醛清漆型酚醛树脂等酚醛树脂时,作为固化剂优选使用例如六亚甲基四胺等。
当树脂(A)包含马来酰亚胺树脂时,作为固化剂优选使用例如咪唑化合物。
在本实施方式中,固化剂(D)优选包含选自酚化合物和胺化合物中的至少任一种。通过使用这些之中的任意种,能够提升成型品(磁性部件)的耐热性。
关于酚化合物,只要含有酚性羟基并且能够与环氧树脂等热固性树脂反应即可,没有特别限定。酚化合物可以为低分子,也可以为高分子。酚系固化剂优选包含酚醛清漆树脂。通过酚系固化剂包含酚醛清漆树脂,能够特别提高成型品(磁性部件)的耐热性。
并且,作为酚系固化剂也优选使用含联苯结构的酚醛树脂。作为联苯结构,具体而言具有氧树脂的说明中通式(BP)所示的部分结构。作为含联苯结构的酚醛树脂,具体可以列举在环氧树脂的说明中通式(BP1)中环氧丙基部分为氢原子的酚醛树脂。作为含联苯结构的酚醛树脂的具体例,可以列举在以下说明的实施例中使用的MHE-7851SS(明和化成株式会社制造)等。
关于胺化合物,可以列举上述的多胺化合物。作为一例,优选芳香族二胺。即,优选在一个分子中具有1个以上芳香环结构和2个氨基(-NH2)的化合物。
当固化剂(D)为高分子或低聚物时,固化剂(D)的数均分子量(基于GPC测定的标准聚苯乙烯换算值)没有特别限定,例如为200~800左右。
当本实施方式的树脂组合物含有固化剂(D)时,固化剂(D)可以仅含有1种,也可以含有2种以上。
当本实施方式的树脂组合物含有固化剂(D)时,固化剂(D)的含量以树脂组合物整体为基准(100质量%)例如为0.5~10质量%,优选为1~5质量%。当使用固化剂(D)时,通过适当地调节其量,能够进一步提升成型性,能够提升所得到的固化物(磁性部件)的机械特性和磁特性。
(脱模剂(E))
本实施方式的树脂组合物优选含有脱模剂(E)。由此,能够提高成型时树脂组合物的脱模性。
作为脱模剂(E),可以列举例如巴西棕榈蜡等天然蜡、褐煤酸酯蜡或氧化聚乙烯蜡等合成蜡、硬脂酸锌等高级脂肪酸及其金属盐类、石蜡等。
当使用脱模剂(E)时,可以仅使用1种,也可以并用2种以上。
当使用脱模剂(E)时,其量例如以树脂组合物整体为基准(100质量%)例如为0.01~3质量%,优选为0.05~2质量%。通过使用适量的脱模剂,能够维持其他性能并且提升成型时的脱模性。
(固化促进剂(F))
本实施方式的树脂组合物优选含有固化促进剂(F)。由此,能够提升树脂组合物的固化性。
作为固化促进剂(F),只要能够促进环氧树脂等树脂的固化反应,就可以使用任意的固化促进剂。例如,可以使用公知的环氧固化催化剂。
具体而言,可以列举:有机膦、四取代鏻化合物、磷酸酯甜菜碱化合物、膦化合物与醌化合物的加合物、鏻化合物与硅烷化合物的加合物等含磷原子化合物;2-甲基咪唑等咪唑类(咪唑系固化促进剂);1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、苄基二甲胺等所例示的脒或叔胺、脒或胺的季盐等含氮原子化合物等。
当使用固化促进剂(F)时,可以仅使用1种,也可以使用2种以上。
当使用固化促进剂(F)时,其含量相对于树脂组合物整体优选为0.01~1质量%,更优选为0.05~0.8质量%。通过为这样的数值范围,能够维持其他性能并且获得充分地提升固化性的效果。
(其他成分)
本实施方式的树脂组合物可以含有上述成分以外的成分。例如,可以含有低应力剂、偶联剂、密合助剂、着色剂、抗氧化剂、耐腐蚀剂、染料、颜料、阻燃剂、脱模剂(蜡)、非磁性体颗粒(例如二氧化硅)等中的1种或2种以上。
另外,本实施方式的树脂组合物只要没有过多的缺点,也可以含有不相当于上述(B)或(C)的颗粒/粉体。当然,本实施方式的树脂组合物也可以作为颗粒/粉体仅含有上述(B)和(C)。由此,能够实现磁性能的进一步提升、流动性的进一步提升等。
作为低应力剂,可以列举聚丁二烯化合物、丙烯腈丁二烯共聚化合物、硅油、硅橡胶等有机硅化合物。当使用低应力剂时,可以仅使用1种,也可以并用2种以上。
作为偶联剂,可以使用上述关于特定磁性体颗粒的表面修饰的说明中列举的偶联剂。例如可以列举硅烷系偶联剂、钛系偶联剂、氧化锆系偶联剂、铝系偶联剂等。当使用偶联剂时,可以仅使用1种,也可以并用2种以上。
当本实施方式的树脂组合物含有其他成分时,其量以树脂组合物整体为基准(100质量%)例如在0.001~10质量%的范围内适当调整。(树脂组合物的性状和制造方法等)
本实施方式的树脂组合物在室温(25℃)时可以为固态。
本实施方式的树脂组合物的性状可以为粉末状、颗粒状或锭(tablet)状等。
本实施方式的树脂组合物例如可以如下制造:首先(1)使用搅拌机将各成分混合,(2)之后通过使用辊在120℃左右混炼5分钟左右而得到混炼物,(3)然后将所得到的混炼物冷却后粉碎。由此,能够得到粉末状的树脂组合物。
根据需要,可以将粉末状的树脂组合物打锭而制成颗粒状或锭状。由此,能够得到适合于传递成型等熔融成型的树脂组合物。并且,通过树脂组合物在室温(25℃)时为固态,能够进一步提高运输性和保管性。
<成型品、成型品的制造方法>
本实施方式的树脂组合物可以通过传递成型法、注射成型法、挤出成型法等熔融成型法成型为预期的形状。
在这些方法中,本实施方式的树脂组合物适于利用传递成型法的成型。即,使用传递成型装置,将上述树脂组合物的熔融物注入模具中,该熔融物固化,能够得到成型品(磁性部件)。成型品适合用作电气、电子器件中的磁性部件等。更具体而言,成型物适合用作线圈(根据用途和目的,也称为电抗器或电感器等)的磁芯等。
关于传递成型,可以适当地使用公知的传递成型装置来进行。具体而言,首先,将经过预热的树脂组合物放入也称为传递室的加热室中熔融,得到熔融物。之后,利用柱塞将该熔融物注入模具中,保持这种状态使熔融物固化。由此,能够得到预期的成型物。
在提升成型品的尺寸的控制性和形状自由度等方面,传递成型比其他成型法优选。
传递成型中的各种条件可以任意地设定。例如,可以在预热温度为60~100℃、熔融时的加热温度为150~250℃、模具温度为150~200℃、向模具中注入树脂组合物的熔融物时的压力为1~20MPa的范围内适当调节。
<磁性部件(成型品)和线圈>
如上所述,使用本实施方式的树脂组合物得到的成型品(树脂组合物的固化物)适合用作磁性部件。如上所述,本实施方式的树脂组合物优选用于制造小型且轻量的磁性部件。
以下,对具有使用本实施方式的树脂组合物得到的成型品(磁性部件)作为磁芯和/或外装部件的线圈的方式进行说明。
(第一方式)
图1(a)和图1(b)是示意地表示具有由本实施方式的树脂组合物的成型品构成的磁芯的线圈100(电抗器)的图。
图1(a)表示从上方观察的线圈100的概要。图1(b)表示图1(a)中的A-A′截断的截面图。
如图1所示,线圈100可以具有绕组10和磁芯20。磁芯20填充于作为空芯线圈的绕组10的内部。图1(a)所示的一对绕组10以并列状态连结。此时,环状的磁芯20具有贯穿图1(b)所示的一对绕组10的内部的结构。这些磁芯20和绕组10可以具有一体化的结构。
从确保它们绝缘的观点出发,线圈100也可以为在绕组10与磁芯20之间设置有未图示的绝缘体(insulator)的结构。
在线圈100中,绕组10和磁芯20可以由外装部件30(密封部件)密封。例如,将绕组10和磁芯20收纳于框体(壳体)中,向其中导入液态树脂,根据需要使液态树脂固化,由此可以在绕组10和磁芯20的周围形成外装部件30。此时,绕组10可以具有将绕组的端部引出到外装部件30外部的未图示的引出部。
绕组10通常由在金属线的表面缠绕了已实施绝缘包覆的绕组的结构构成。金属线优选导电性高,适合使用铜、铜合金。另外,绝缘包覆可以利用包漆等。绕组的截面形状可以列举圆形或矩形、六边形等。
另一方面,磁芯20的截面形状没有特别限定,例如在截面观察时,可以为圆形、或者四边形或六边形等多边形。磁芯20例如由本实施方式的树脂组合物的熔融成型品构成,因此能够具有预期的形状。
根据本实施方式的树脂组合物的固化物,能够实现成型性和磁特性优异的磁芯20。即,具有该磁芯20的线圈100的批量生产适应性良好,并且还可以期待铁损小等。另外,由于能够实现机械特性优异的磁芯20,因此能够提升线圈100的耐久性和可靠性、制造稳定性。因此,线圈100能够用作升压电路用电抗器或大电流用电抗器。
(第二方式)
作为不同于上述线圈的方式,参照图2对具有由本实施方式的树脂组合物的成型品构成的外装部件的线圈(电感器)的概要进行说明。
图2(a)表示从线圈100B的上方观察的线圈的概要。图2(b)表示图2(a)中的B-B′截断的截面图。
如图2所示,线圈100B可以具有绕组10B和磁芯20B。磁芯20B填充于作为空芯线圈的绕组10B的内部。图2(a)所示的一对绕组10B以并列状态连结。此时,环状的磁芯20B具有贯穿图2(b)所示的一对绕组10B的内部的结构。这些磁芯20B和绕组10B可以具有分别单独制造并组合的组合结构。
从确保它们绝缘的观点出发,线圈100B也可以为在绕组10B与磁芯20B之间设置有未图示的绝缘体的结构。
在线圈100B中,绕组10B和磁芯20B由外装部件30B(密封构件)密封。例如,将填充于绕组10B中的磁芯20B配置在模具中,使用本实施方式的树脂组合物,通过传递成型使树脂组合物固化,能够在绕组10B和磁芯20B的周围形成外装部件30B。此时,绕组10B可以具有将绕组的端部引出到外装部件30B的外部的未图示的引出部。
绕组10B通常由在金属线的表面缠绕了已实施绝缘包覆的导线的结构构成。金属线优选导电性高,适合使用铜、铜合金。另外,绝缘包覆可以利用包漆等。绕组10B的截面形状可以列举圆形或矩形、六边形等。
另一方面,磁芯20B的截面形状没有特别限定,例如在截面观察时,可以为圆形、或者四边形或六边形等多边形。磁芯20B例如能够使用由磁性粉和粘合剂构成的压粉铁芯。
根据本实施方式的树脂组合物的固化物,能够实现成型性和磁特性优异的外装部件30B,因此,在具有磁芯20B的线圈100B中,能够期待低磁损失。并且,能够实现机械特性优异的外装部件30B,因此,能够提高线圈100B的耐久性和可靠性、制造稳定性。
(第三方式)
作为另一方式,参照图3对具有由本实施方式的树脂组合物的固化物构成的磁芯和外装部件的一体型电感器的概要进行说明。
图3(a)表示从一体型电感器100C的上方观察的结构体的概要。图3(b)表示图3(a)中的C-C′截断的截面图。
一体型电感器100C可以具有绕组10C和磁芯20C。磁芯20C填充于作为空芯线圈的绕组10C的内部。绕组10C和磁芯20C由外装部件30C(密封部件)密封。磁芯20C和外装部件30C可以由本实施方式的树脂组合物的成型品构成。磁芯20C和外装部件30C可以形成为无缝的一体部件。
作为一体型电感器100C的制造方法,例如,首先将绕组10C配置于模具中,之后使用本实施方式的树脂组合物进行传递成型。由此,使树脂组合物固化,能够在填充于绕组10C中的磁芯20C和它们的周围一体地形成外装部件30C。此时,绕组10C可以具有将绕组的端部引出到外装部件30C外部的未图示的引出部。
绕组10C通常由在金属线的表面缠绕了已实施绝缘包覆的导线的结构构成。金属线优选导电性高,适合使用铜、铜合金。另外,绝缘包覆可以利用包漆等。绕组10C的截面形状可以列举圆形或矩形、六边形等。
另一方面,磁芯20C的截面形状没有特别限定,例如在截面观察时,可以为圆形、或者四边形或六边形等多边形。磁芯20C由本实施方式的树脂组合物的熔融成型品构成,因此能够具有预期的形状。
根据本实施方式的树脂组合物的固化物,能够实现成型性和磁特性优异的磁芯20C和外装部件30C。因此,在具有它们的一体型电感器100C中,能够期待低磁损失。并且,由于能够实现机械特性优异的外装部件30C,因此能够提高一体型电感器100C的耐久性和可靠性、制造稳定性。因此,一体型电感器100C能够用作升压电路用电感器或大电流用电感器。
以上,对本发明的实施方式进行了说明,但这些仅为本发明的例示,可以采用除上述以外的各种构成。并且,本发明不限定于上述实施方式,在能够实现本发明目的的范围内的变形、改良等均包括在本发明中。
实施例
根据实施例和比较例对本发明的实施方式进行详细说明。但应当留意,本发明并不仅限于实施例。
<树脂组合物的制备>
首先,按照下表1所示的原料成分及其配合比例,将各原料成分用搅拌机混合。然后,将所得到的混合物进行辊混炼以得到混炼物。之后,将该混炼物冷却并粉碎,得到粉体状的树脂组合物。
下表1中的各成分的详细信息如下。
以下的各磁性粉/颗粒的中值粒径根据使用HORIBA公司制的激光衍射/散射式粒度分布测定装置“LA-950”以干式测得的体积基准的粒径分布曲线求得。
(中值粒径为7.5~100μm的磁性粉)
DAPMS7-100:大同特殊钢株式会社制造,Fe原子比例为93.4质量%
DAPMS7-200:大同特殊钢株式会社制造,Fe原子比例为93.4质量%
KUAMET6B2 150C01:Epson Atmix Corporation制造,Fe原子比例为87.6质量%
Fe-3.5Si-4.5Cr:Epson Atmix Corporation制造,Fe原子比例为91.9质量%
DAPMSC5:大同特殊钢株式会社制造,Fe原子比例为90.5质量%上述磁性粉的中值粒径和比重记载于表1。
(中值粒径为0.2~5μm的颗粒)
CIP-HQ:BASF公司制造,Fe原子比例为99.1质量%
二氧化硅1:Admatechs Company Limited,SO-25R
二氧化硅2:Admatechs Company Limited,SO-32R
上述各颗粒的中值粒径和比重记载于表1。
(树脂)
E1032H60:三苯基甲烷型环氧树脂(三菱化学株式会社制造,室温25℃时为固态)
YL6810:双酚A型环氧树脂(三菱化学株式会社制造,室温25℃时为固态)
NC-3000L:日本化药株式会社制造的联苯芳烷基型环氧树脂,23℃时为固态,具有上述通式(BP1)所示的结构单元(固化剂)
PR-HF-3:酚醛清漆型酚醛树脂(住友电木株式会社制造,室温(25℃)时为固态)
MHE-7851SS:含联苯骨架的苯酚芳烷基树脂(明和化成株式会社制造,23℃时为固态)
(脱模剂)
WE-4:合成蜡(克莱恩化工有限公司制造,酯蜡)
(固化促进剂)
CUREZOL 2PZ-PW:咪唑系固化促进剂(四国化成工业株式会社制造)
<饱和磁通密度的测定>
使用低压传递成型机(KOHTAKI Corporation制造的“KTS-30”),在模具温度175℃、注入压力5MPa、夹紧压力8MPa的条件下,将树脂组合物注入直径16mmΦ、高度32mm的圆柱形模具中。由此,得到直径16mmΦ、高度32mm的圆柱形成型品。
然后,将所得到的成型品以175℃、4小时的条件后固化。
由此,制成用于测定饱和磁通密度的成型品。
作为参考,在比较例1~4的树脂组合物中,由于流动性不足等而未能得到用于测定的成型品。
在室温(25℃)下,使用直流交流磁化特性试验装置(METRON TECHNOLOGYRESEARCH CO.,LTD.制造,MTR-3368)对上述成型品施加100kA/m的外部磁场。由此,测定室温时的饱和磁通密度。
<螺旋流动长度的测定>
使用低压传递成型机(KOHTAKI Corporation制造的“KTS-15”),将树脂组合物以模具温度175℃、注入压力6.9MPa、固化时间120秒的条件注入基于EMMI-1-66的螺旋流动长度测定用模具中,测定流动长度。流动长度越大表明流动性越好。
将树脂组合物中的各成分的量和上述测定结果等汇总于下表中。
下表中,中值粒径为7.5~100μm的磁性粉、中值粒径为0.2~5μm的颗粒、树脂、固化剂、脱模剂和固化促进剂的量的单位为质量份。
下表中,颗粒成分的量(vol%)表示以体积基准计的本实施方式的树脂组合物中的颗粒成分(无论是磁性粉或是非磁性粉)的体积比例。
下表中,与磁特性相关的颗粒成分的量(vol%)表示以体积基准计的本实施方式的树脂组合物中的与磁特性相关的颗粒成分(典型地为磁性粉)的比例。
[表2]
由表1可知,各实施例的树脂组合物的螺旋流动长度足够大。也就是表明本实施方式的树脂组合物适用于利用传递成型法制造磁性部件。
并且,各实施例的树脂组合物的饱和磁通密度足够大,为1.1T以上。这表明本实施方式的树脂组合物适合用于制造小型且轻量的磁性部件。
本申请基于2019年10月4日申请的日本专利申请特愿2019-183558号主张优先权,并将其公开的全部内容援用于此。
附图标记的说明
10-绕组,20-磁芯,30-外装部件,100-线圈,10B-绕组,20B-磁芯,30B-外装部件,100B-线圈,10C-绕组,20C-磁芯,30C-外装部件,100C-一体型电感器。
Claims (13)
1.一种树脂组合物,其为用于传递成型的树脂组合物,其特征在于,
所述树脂组合物含有树脂(A)、中值粒径为7.5~100μm的磁性粉(B)和中值粒径为0.2~5μm的颗粒(C),
将该树脂组合物以175℃传递成型而得到的成型品的饱和磁通密度为1.1T以上。
2.根据权利要求1所述的树脂组合物,其特征在于,
所述树脂(A)包含热固性树脂。
3.根据权利要求1或2所述的树脂组合物,其特征在于,
所述树脂(A)包含环氧树脂。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的树脂组合物,其特征在于,
所述树脂(A)包含选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂和含联苯结构的环氧树脂中的至少任一种的环氧树脂。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的树脂组合物,其特征在于,还含有固化剂(D)。
6.根据权利要求5所述的树脂组合物,其特征在于,
所述固化剂(D)包含选自酚化合物和胺化合物中的至少任一种的化合物。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的树脂组合物,其特征在于,
所述颗粒(C)包含磁性粉。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的树脂组合物,其特征在于,
所述颗粒(C)包含非磁性粉。
9.根据权利要求8所述的树脂组合物,其特征在于,
所述非磁性粉包含二氧化硅颗粒。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的树脂组合物,其特征在于,
所述磁性粉(B)包含铁基颗粒。
11.根据权利要求10所述的树脂组合物,其特征在于,
所述铁基颗粒含有90质量%以上的Fe原子。
12.根据权利要求7所述的树脂组合物,其特征在于,
所述磁性粉含有90质量%以上的Fe原子。
13.一种使用权利要求1至12中任一项所述的树脂组合物形成的成型品。
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