CN115141565A - 固定材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种固定材料及其制备工艺和应用，该固定材料包括薄膜状基体，所述薄膜状基体由树脂、抗氧化剂、增塑剂、发泡粉和填料制备而成；以及形成于所述薄膜状基体表面的涂层，所述涂层中含有粘结剂。该固定材料为薄膜状，其使用方便，根据所需固定物的尺寸进行裁剪后粘附到固定物表面即可，避免了传统的刷涂、晾干环节。且该固定材料还具有便于保存的优势。该固定材料能够有效的将固定物进行固定，具有优异的稳定性和强度，且后续回收方便。

Description

固定材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料改性技术领域，具体涉及一种固定材料及其制备方法和应用。
背景技术
永磁材料具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁的特点，因此，目前被广泛用于新能源、航空航天等领域。
目前在制造励磁电机的转子时，需要将永磁体固定在转子的叠片铁芯或叠层上，通常发生在转子本体的管状凹槽中的固定尤其必须切向和径向地非常精确地进行，以便避免转子的不平衡。这主要是因为特别是在高性能的机器中的不平衡可能是有害的；另一方面，叠片铁芯和永磁体的经济制造离不开相对较大的制造公差，如果将磁体简单地胶粘在转子上不能满足这些需求。
针对上述问题，现有的方案主要是通过涂覆特定的涂料组合物，从而使得磁体固定在工装中，具体的说，该涂料组合物中含有发泡剂，通过加热环境下发泡剂的不可逆体积膨胀，使得磁体固定在工装中。但这种在磁体表面涂覆流体的材料，涂覆的均匀性无法保证，而涂覆的均匀性直接决定了材料固定磁体的稳定性和强度；此外，流体涂层的干燥和保存问题也影响了该类材料的性价比和实用性。
发明内容
有鉴于此，本发明有必要提供一种固定材料，该固定材料能够有效的将磁体固定在工装中，且该固定材料具有使用方便，便于保存的优势。
为了实现上述目的，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种固定材料，包括：
薄膜状基体，所述薄膜状基体由树脂、抗氧化剂、增塑剂、发泡粉和填料制备而成；
以及形成于所述薄膜状基体表面的涂层，所述涂层中含有粘结剂；优选地，所述粘结剂选自聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和壳聚糖中的至少一种。
进一步方案，所述薄膜状基体的厚度为0.1-1mm。
进一步方案，所述薄膜状基体中，以质量分数计，各组分的含量为：树脂60-80％、增塑剂0.2-1.5％、抗氧化剂0.1-1％、发泡粉2-10％、余量为填料。
进一步方案，所述树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物，其中，醋酸乙烯的含量＜20wt％。
进一步方案，所述增塑剂选自邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯中的至少一种；所述抗氧化剂为[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
进一步方案，所述发泡粉为粒径10-50μm可加热膨胀微球；
优选地，所述可加热膨胀微球的初始膨胀温度T1满足120℃≤T1≤200℃，最高耐热温度T2满足145℃≤T2≤215℃；
优选地，所述可加热膨胀微球的膨胀倍率为150-300％。
进一步方案，所述填料为导热填料，所述导热填料选自氧化铝、氧化镁、氧化锌中的至少一种；
优选地，所述导热填料的表面经过亲油改性。
本发明进一步提供了一种如前所述的固定材料的制备工艺，包括以下步骤：
将树脂、抗氧化剂、增塑剂、发泡粉和填料充分混合后成型，形成薄膜状基体；
在所述薄膜状基体表面覆盖粘结剂溶液，风干后收卷，获得固定材料。
进一步方案，所述混合的方式为密炼混合，所述薄膜状基体通过挤出工艺成型，其中，密炼、挤出的温度均低于发泡粉的初始发泡温度；
所述粘结剂溶液中，粘结剂的质量分数为2-10％。
本发明进一步提供了如前所述的固定材料在永磁体固定中的应用，所述永磁体的固定方法为：
按照永磁体尺寸裁剪固定材料；
用水润湿固定材料表面后，将其粘附于永磁体或工装表面；
通过加热形成可加热膨胀层，使永磁体固定在工装中。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
该固定材料为薄膜状，其使用方便，根据所需固定物的尺寸进行裁剪后粘附到固定物表面即可，避免了传统的刷涂、晾干环节。且该固定材料还具有便于保存的优势。
该固定材料能够有效的将固定物进行固定，具有优异的稳定性和强度。
附图说明
图1为本发明一较佳实施方式中固定材料的工艺流程和结构示意图；
图2为本发明一较佳实施方式中固定材料发泡前后的状态对比。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明第一方面公开了一种固定材料，该固定材料是应用于固定物和工装之间，实现其良好的固定，包括但不限于磁体和工装之间，还可以用于发动机中转子等各种固定。
该固定材料包括薄膜状基体和形成于所述薄膜状基体表面的涂层。其中，所述薄膜状基体由树脂、抗氧化剂、增塑剂、发泡粉和填料制备而成；所述涂层中含有粘结剂。可以理解的是，涂层形成于薄膜状基体相对的两表面，从而实现对固定物和工装之间的固定。该固定材料使用方法，用水润湿涂层后，由于涂层中含有粘结剂，从而赋予固定材料粘结性能，并可根据固定物的尺寸进行裁剪，避免了传统的刷涂、晾干的环节。
具体工作时，加热固定材料后，其中的树脂软化成为高弹态，继续升高温度至发泡粉初始发泡温度后使得发泡粉发泡；发泡粉发泡后，使得树脂膨胀，接触固定物表面后，粘结至表面，冷却后形成玻璃态，使固定物与工装固定。
进一步的，所述薄膜状基体的厚度可根据实际情况进行调整，优选地，根据本发明的实施例，该薄膜状基体的厚度为0.1-1mm。
进一步地，所述薄膜状基体中，以质量分数计，各组分的含量为：树脂60-80％、增塑剂0.2-1.5％、抗氧化剂0.1-1％、发泡粉2-10％、余量为填料。
具体的说，所述的树脂优选为乙烯-醋酸乙烯共聚物，其中，醋酸乙烯的含量＜20wt％。一方面，乙烯-醋酸乙烯共聚物的软化温度较低(维卡软化温度在82℃左右)，在后期回收工装中的磁体时，只需要升温，使得树脂软化，拔除膨胀层即可，从而能够将固定物进行分离，方便回收；另一方面，乙烯-醋酸乙烯共聚物高温下具有优异的胶黏作用，当发泡粉发泡后使得树脂膨胀、接触工装和磁体表面后，粘接到两者的表面，冷却后成为玻璃态，使得固定物固定在工装中。
进一步方案，本文中所述的增塑剂和抗氧化剂没有特别的限定，可以采用本领域中常规的增塑剂和抗氧化剂种类，根据本发明的实施例，所述增塑剂具体可提及的实例包括但不限于邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯中的至少一种；所述抗氧化剂具体可提及的实例包括但不限于β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
进一步方案，所述发泡粉为可加热膨胀微球，本文中所述的可加热膨胀微球为本领域中的常规定义，具体的说，其为一种热塑性空心聚合物微球，由热塑性聚合物外壳和封入的液态烷烃气体组成。当加热时，壳内气体压力增加并且热塑性外壳软化，从而使膨胀微球体积显著增加；当冷却时，膨胀微球外壳再次变硬，体积固定。根据本发明的实施例，优选地，所述可加热膨胀微球的初始膨胀温度T1满足120℃≤T1≤200℃，最高耐热温度T2满足145℃≤T2≤215℃；所述可加热膨胀微球的膨胀倍率为150-300％。
进一步方案，本文中所述的填料多为无机填料，其具体的种类没有特别的限定，可以为本领域中的常规选择，根据本发明的实施例，优选地，所述填料为导热填料，所述导热填料选自氧化铝、氧化镁、氧化锌中的至少一种。通过在固定材料中加入导热填料，加热后能够快速热传导至整个材料，使得其中的树脂快速软化成高弹态，继续升高温度后导致发泡粉发泡，此外，导热填料还具有骨架支撑的作用，能够改善固定材料的强度。更优选地，所述导热填料的表面经过亲油改性，所述的亲油改性即是在填料表面包覆亲油基团，通过亲油改性优化填料和树脂界面，保证制备的固定材料的性能；其中，亲油改性的方式没有特别的限定，可以采用本领域中的常规方式，如在高温(比如150℃)情况下搅拌填料后，加入硬脂酸、聚乙烯蜡、油酸酰胺等含有亲油基团的亲油改性剂，继续搅拌均匀，冷却即可。
进一步方案，本文中涂层中所述的粘结剂没有特别的限定，为本领域中常规的粘结剂定义，具体可提及的实例包括但不限于聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和壳聚糖中的至少一种。
本发明第二方面公开了一种本发明第一方面所述的固定材料的制备工艺，如图1中所示的，包括以下步骤：
制备薄膜状基体
具体的说，按照配比将树脂、抗氧化剂、增塑剂、发泡粉和填料充分混合后成型，形成薄膜状基体。其制膜的工艺可以采用本领域中常规的方式，根据本发明的实施例，所述混合的方式为密炼混合，所述薄膜状基体的成型通过挤出工艺制得，其中，密炼、挤出的温度低于发泡粉的初始发泡温度。其中，挤出形成薄膜的工艺可以为吹塑、模压、拉伸工艺中的至少一种，只要能够形成薄膜状基体即可。
制备固定材料
具体的说，在所述薄膜状基体表面覆盖粘结剂溶液，风干后收卷，获得固定材料。其中，所述粘结剂溶液中，粘结剂的质量分数为2-10％。粘结剂溶液的覆盖方式没有特别的限定，可以为涂覆、喷涂等常规方式，根据本发明的实施例，优选地，采用喷涂方式，从而有效提高粘结剂溶液的均匀性。
本发明第三方面公开了如本发明第一方面所述的固定材料在永磁体固定中的应用，所述永磁体的固定方法为：
按照永磁体尺寸裁剪固定材料；
用水润湿固定材料表面后，将其粘附于永磁体或工装表面；
加热固定材料形成可加热膨胀层，使永磁体固定在工装中。
图2中示出了固定材料加热前后的状态对比图。该固定材料便于保存，且使用简单，固定效果优异。可以理解的是，该固定材料不仅适用于磁体与工装等的固定，其他有固定需求的固定物同样适用。
下面通过具体实施例对本发明进行说明，需要说明的是，下面的具体实施例仅仅是用于说明的目的，而不以任何方式限制本发明的范围，另外，如无特别说明，未具体记载条件或者步骤的方法均为常规方法，所采用的试剂和材料均可从商业途径获得。
实施例1
表1实施例1中薄膜状基体中各组分质量配比
Figure BDA0003751256920000051
固定材料的制备
物料准备：将乙烯-醋酸乙烯共聚物(醋酸乙烯的含量为18％)、邻苯二甲酸二丁酯、[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、微球发泡粉和氧化铝先于60℃真空烘箱干燥6h，其中，微球发泡粉直径为18-24μm，初始膨胀温度123-133℃，最高耐热温度185-195℃。同时配置质量分数10％的聚乙烯醇溶液待用。
制备固定材料：按表1中的配比称取物料，采用SHJ-20同向双螺杆挤出机制备共混切片，设置机头温度为105℃，设置螺杆挤出机各区间的温度分别为：85℃、90℃、95℃、100℃、105℃。为了避免发生热分解和发泡，温度不超过110℃；为了便于出条，后一区间的温度要略高于前一区间，使熔体的流动性逐渐提高。待各区加热温度达到设定值后，继续恒温一段时间，待设备状态稳定后，将表1所示样品，分别倒入搅拌机中混合，然后倒入双螺杆挤出机的喂料口中，共混料经熔融共混、挤出、冷却和切粒，即制得共混切片。切片规格控制在Ф2×3mm为宜。值得一提的是，主机转速、喂料机转速和切粒转速会影响熔体挤出的连续性和均匀性，可根据实际情况进行调整。
将共混切片复合材料粒子加入吹膜实验机中，经吹膜制得薄膜。吹膜各区温度为95℃、100℃、105℃和110℃，主机转速15Hz，牵引转速11Hz，吹塑制备的薄膜厚度为150μm。然后，在薄膜表面喷涂聚乙烯醇溶液，50℃热风吹干收卷，即制得薄膜态的固定材料。
固定材料的应用
将磁体运输到工作场所后，如：将磁体运输到电机转子装配现场，将磁体组建安插到电机转子的卡槽中，电机装配预留的间隙为250μm。首先按磁体尺寸(长×宽×高：10×10×4mm)裁剪磁体固定材料，在固定材料表面涂上50℃水并粘到对应尺寸的磁体表面，在常温条件下，使表面膜固定材料干燥硬化。硬化后的固定材料具有一定的防护性能，便于磁体的安转保护。将装配有可膨胀涂层的电机转子放置在高温烘箱中，使高温烘箱内的温度达到150℃，加热10min，磁体表面固定材料中乙烯-醋酸乙烯共聚物软化，且其中的发泡粉受热膨胀，在耐热且硬度较高的聚乙烯醇膜的保护下，固定材料整体膨胀推进直到接触到工装内表面，在热熔胶乙烯-醋酸乙烯共聚物的粘接作用下膨胀涂层固定在磁体和工装表面，填充电机预留间隙，随着降温乙烯-醋酸乙烯共聚物硬化形成稳定支撑的涂层结构，将磁体紧密固定在电机工装中。
实施例2
表2实施例2中薄膜状基体中各组分质量配比
Figure BDA0003751256920000061
固定材料的制备
物料准备：将乙烯-醋酸乙烯共聚物(醋酸乙烯的含量为19％)、邻苯二甲酸酯、[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、微球发泡粉和氧化铝先于65℃真空烘箱干燥5h，其中，微球发泡粉直径为30-40μm，初始膨胀温度133-143℃，最高耐热温度195-205℃。同时配置质量分数2％的羧甲基纤维素溶液待用。
制备固定材料：按表1中的配比称取物料，采用SHJ-20同向双螺杆挤出机制备共混切片，设置机头温度为110℃，设置螺杆挤出机各区间的温度分别为：95℃、95℃、100℃、105℃、110℃。为了避免发生热分解和发泡，温度不超过110℃；为了便于出条，后一区间的温度要略高于前一区间，使熔体的流动性逐渐提高。待各区加热温度达到设定值后，继续恒温一段时间，待设备状态稳定后，将表2所示样品，分别倒入搅拌机中混合，然后倒入双螺杆挤出机的喂料口中，共混料经熔融共混、挤出、冷却和切粒，即制得共混切片。切片规格控制在Ф2×3mm为宜。值得一提的是，主机转速、喂料机转速和切粒转速会影响熔体挤出的连续性和均匀性，可根据实际情况进行调整。
将共混切片复合材料粒子干燥后再加入过单螺杆挤出流延机(螺杆直径25mm)制备流延膜(螺杆转速为50rpm，温度设定为100/105/110/115℃)。为了快速冷却聚合物熔体，将冷却辊温度设定为25℃；再将流延膜切割成10cm×10cm的形状，然后通过静态双向拉伸试验机同时双轴拉伸(拉伸工艺条件为：将样品预热5s，然后在99℃下以2.5×2.5和3.3×3.3的拉伸比进行拉伸)；拉伸制备的薄膜厚度为140μm。然后，在薄膜表面喷涂羧甲基纤维素溶液溶液，60℃热风吹干收卷，即制得薄膜态的固定材料。
固定材料的应用
将磁体运输到工作场所后，如：将磁体运输到电机转子装配现场，将磁体组建安插到电机转子的卡槽中，电机装配预留的间隙为200μm。首先按磁体尺寸(长×宽×高：15×15×4mm)裁剪磁体固定材料，在固定材料表面涂上60℃水并粘到对应尺寸的磁体表面，在常温条件下，使表面固定材料干燥硬化。硬化后的固定材料具有一定的防护性能，便于磁体的安转保护。将装配有可膨胀涂层的电机转子放置在高温烘箱中，使高温烘箱内的温度达到148℃，加热6min，磁体表面固定材料中乙烯-醋酸乙烯共聚物软化，且其中的发泡粉受热膨胀，在耐热且硬度较高的聚乙烯醇膜的保护下，固定材料整体膨胀推进直到接触到工装内表面，在热熔胶乙烯-醋酸乙烯共聚物的粘接作用下膨胀涂层固定在磁体和工装表面，填充电机预留间隙，随着降温乙烯-醋酸乙烯共聚物硬化形成稳定支撑的涂层结构，将磁体紧密固定在电机工装中。
实施例3
表3实施例3中薄膜状基体中各组分质量配比
Figure BDA0003751256920000071
固定材料的制备
物料准备：将乙烯-醋酸乙烯共聚物(醋酸乙烯的含量为17％)、邻苯二甲酸二乙酯、[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、微球发泡粉和氧化锌先于60℃真空烘箱干燥6h，其中，微球发泡粉直径为30-50μm，初始膨胀温度120-130℃，最高耐热温度155-175℃。同时配置质量分数6％的聚乙烯醇溶液待用。
制备固定材料：按表3中的配比称取物料，采用SHJ-20同向双螺杆挤出机制备共混切片，设置机头温度为102℃，设置螺杆挤出机各区间的温度分别为：86℃、88℃、93℃、102℃、105℃。为了避免发生热分解和发泡，温度不超过115℃；为了便于出条，后一区间的温度要略高于前一区间，使熔体的流动性逐渐提高。待各区加热温度达到设定值后，继续恒温一段时间，待设备状态稳定后，将表3所示样品，分别倒入搅拌机中混合，然后倒入双螺杆挤出机的喂料口中，共混料经熔融共混、挤出、冷却和切粒，即制得共混切片。切片规格控制在Ф2×3mm为宜。值得一提的是，主机转速、喂料机转速和切粒转速会影响熔体挤出的连续性和均匀性，可根据实际情况进行调整。
将共混切片复合材料粒子加入吹膜实验机中，经吹膜制得薄膜。吹膜各区温度为85℃，90℃，95℃和100℃，主机转速14Hz，牵引转速9Hz，吹塑制备的薄膜厚度为205μm。然后，在薄膜表面喷涂聚乙烯醇溶液，50℃热风吹干收卷，即制得薄膜态的固定材料。
固定材料的应用
将磁体运输到工作场所后，如：将磁体运输到电机转子装配现场，将磁体组建安插到电机转子的卡槽中，电机装配预留的间隙为350μm。首先按磁体尺寸(长×宽×高：20×20×10mm)裁剪磁体固定材料，在固定材料表面涂上70℃水并粘到对应尺寸的磁体表面，在常温条件下，使表面固定材料干燥硬化。硬化后的固定材料具有一定的防护性能，便于磁体的安转保护。将装配有可膨胀涂层的电机转子放置在高温烘箱中，使高温烘箱内的温度达到140℃，加热6min，磁体表面固定材料中乙烯-醋酸乙烯共聚物软化，且其中的发泡粉受热膨胀，在耐热且硬度较高的聚乙烯醇膜的保护下，固定材料整体膨胀推进直到接触到工装内表面，在热熔胶乙烯-醋酸乙烯共聚物的粘接作用下膨胀涂层固定在磁体和工装表面，填充电机预留间隙，随着降温乙烯-醋酸乙烯共聚物硬化形成稳定支撑的涂层结构，将磁体紧密固定在电机工装中。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种固定材料，其特征在于，包括：
薄膜状基体，所述薄膜状基体由树脂、抗氧化剂、增塑剂、发泡粉和填料制备而成；
以及形成于所述薄膜状基体表面的涂层，所述涂层中含有粘结剂；优选地，所述粘结剂选自聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠和壳聚糖中的至少一种。
2.如权利要求1所述的固定材料，其特征在于，所述薄膜状基体的厚度为0.1-1mm。
3.如权利要求1所述的固定材料，其特征在于，所述薄膜状基体中，以质量分数计，各组分的含量为：树脂60-80％、增塑剂0.2-1.5％、抗氧化剂0.1-1％、发泡粉2-10％、余量为填料。
4.如权利要求1或3所述的固定材料，其特征在于，所述树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物，其中，醋酸乙烯的含量＜20wt％。
5.如权利要求1或3所述的固定材料，其特征在于，所述增塑剂选自邻苯二甲酸酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯中的至少一种；所述抗氧化剂为[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
6.如权利要求1或3所述的固定材料，其特征在于，所述发泡粉为粒径10-50μm可加热膨胀微球；
优选地，所述可加热膨胀微球的初始膨胀温度T1满足120℃≤T1≤200℃，最高耐热温度T2满足145℃≤T2≤215℃；
优选地，所述可加热膨胀微球的膨胀倍率为150-300％。
7.如权利要求1或3所述的固定材料，其特征在于，所述填料为导热填料，所述导热填料选自氧化铝、氧化镁、氧化锌中的至少一种；
优选地，所述导热填料的表面经过亲油改性。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的固定材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
将树脂、抗氧化剂、增塑剂、发泡粉和填料充分混合后成型，形成薄膜状基体；
在所述薄膜状基体表面覆盖粘结剂溶液，风干后收卷，获得固定材料。
9.如权利要求8所述的制备工艺，其特征在于，所述混合的方式为密炼混合，所述薄膜状基体通过挤出工艺成型，其中，密炼、挤出的温度均低于发泡粉的初始发泡温度；
所述粘结剂溶液中，粘结剂的质量分数为2-10％。
10.如权利要求1-7任一项所述的固定材料在永磁体固定中的应用，其特征在于，所述永磁体的固定方法为：
按照永磁体尺寸裁剪固定材料；
用水润湿固定材料表面后，将其粘附于永磁体或工装表面；
通过加热形成可加热膨胀层，使永磁体固定在工装中。
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