CN115605550A - 具有电磁波屏蔽性能的热塑性树脂组合物以及成型部件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种对于1MHz以下的低频段电磁波具有优异的屏蔽性(遮蔽性)，且可进行加热熔融成型加工的含软磁性粉末的树脂组合物、以及该组合物的成型品。根据本发明，可提供一种热塑性树脂组合物，其含有热塑性树脂、以及20～80体积％的含组成式FeaBbSicPxCyCuz表示的合金的软磁性粉末，其中，79≦a≦86原子％、5≦b≦13原子％、0<c≦8原子％、1≦x≦8原子％、0<y≦5原子％、0.4≦z≦1.4原子％、以及0.08≦z/x≦0.8。
Description
技术领域
本发明涉及一种含软磁性粉末的树脂组合物、以及片材、软管等成型品，该树脂组合物中调配有具有低频段电磁波屏蔽性能的软磁性粉末，该软磁性粉末屏蔽或吸收各种电子设备的装置内部，尤其是电动汽车上搭载的电力转换装置、数据处理装置等所产生的频率为1MHz以下的电磁波(以下，通常将其称为低频段电磁波)，以抑制电磁波噪声。
背景技术
各种电子设备所产生的不必要电磁波会影响其他电子设备，成为导致误动作的原因。为了抑制这种不必要电磁波的有害影响，使用电磁波屏蔽材料。
作为这样的电磁波屏蔽材料，提出了各种软磁性材料。作为这样的软磁性材料，众所周知，坡莫合金类对频率为数百MHz～数GHz的电磁波展现优异的屏蔽性。
作为软磁性材料之一，已知以Fe基部分结晶化的稀土元素(Nb等)作为必要成分的纳米结晶软磁性材料，并被探讨作为1GHz以上的高频段电磁波屏蔽材。
最近，在Fe基纳米结晶软磁性材料中发现了如下所述的新型纳米结晶软磁性材料，其不含前述稀土元素而仅由通用元素构成。该材料为组成式FeaBbSicPxCyCuz的合金组合物，下标a、b、c、x、y、z满足79≦a≦86原子％、5≦b≦13原子％、0<c≦8原子％、1≦x≦8原子％、0<y≦5原子％、0.4≦z≦1.4原子％、以及0.08≦z/x≦0.8的关系。此外，记载有将该材料使用高频感应熔解设备等予以熔融，之后将熔解的合金组合物利用单辊液体急冷法进行急冷处理，形成连续薄带，然后，将温度保持部设定为450～550℃×10分钟等的条件，并在升温速度为60～1200℃/分钟的条件下进行热处理，借此获得具有Fe基部分高度结晶化的纳米结晶合金组织的薄带形状。
作为电磁波屏蔽材料的成型形态，提出了片材、片材层叠体、软管、屏蔽壳体等并已实用化。
[现有技术文件]
[专利文献]
[专利文献1]日本特公平4-4393
[专利文献2]日本特开平11-298187
[专利文献3]日本专利第4195400号
[专利文献4]日本专利第4557301号
[专利文献5]日本专利第4514828号
[专利文献6]日本特表2017-510993
[专利文献7]日本专利第4362403号
[专利文献8]日本特开平5-145271
[专利文献9]日本实开平4-133446
发明内容
发明要解决的问题
但是，至今为止，为了有效地屏蔽1MHz以下的低频段电磁波，通过将现有的软磁性材料厚板化、层叠化，或围成壳体状来采取应对。但是，这样的方法存在屏蔽部变得过重的课题。近来为了实现各种电子设备的轻薄短小化、电动汽车的轻量化，期望能够应对薄壁化、复杂部件形状的可熔融成型加工的热塑性树脂组合物。
即，本发明的目的在于提供一种对于1MHz以下的低频段电磁波具有优异的屏蔽性(遮蔽性)且可进行加热熔融成型加工的含软磁性粉末的树脂组合物、以及该组合物的成型品。
用于解决问题的方案
根据本发明，可提供一种热塑性树脂组合物，其含有热塑性树脂、以及20～80体积％的含组成式FeaBbSicPxCyCuz表示的合金的软磁性粉末，其中，79≦a≦86原子％、5≦b≦13原子％、0<c≦8原子％、1≦x≦8原子％、0<y≦5原子％、0.4≦z≦1.4原子％、以及0.08≦z/x≦0.8。
本发明的将具有纳米结晶合金组织的软磁性粉末调配于热塑性树脂中而得的具有低频段电磁波屏蔽性能的树脂组合物，可通过使用公知的密闭混合机、挤出机等设定热塑性树脂加热熔融的适当温度范围并进行熔融混练而获得。此外，通过使用适当的铸模、模具，可将该熔融混练物成型为片材、软管、其他形状。
以下，例示本发明的各种实施方式。以下所示的实施方式可相互组合。
优选地，在热塑性树脂组合物中，前述热塑性树脂含有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种以上。
优选地，在热塑性树脂组合物中，使用前述热塑性树脂组合物的厚度1.0mm片材，利用KEC法测得的于频率0.3MHz与1MHz的磁场分量的衰减率均为3dB以上。
根据本发明的另一个方面，提供一种将上述热塑性树脂组合物进行加热熔融成型加工而得的成型部件。
发明的效果
根据本发明，通过在热塑性树脂中调配特定的软磁性粉末，可获得对于低频段电磁波具有优异的电磁波屏蔽性且可成型加工的组合物，此外，可提供该组合物的片材、软管等成型部件。
具体实施方式
以下，针对用以实施本发明的方式进行详细地说明。此外，以下说明的实施方式是展示本发明的代表性实施方式的示例，本发明的范围不应由此狭义地解释。
本发明的一个实施方式的热塑性树脂组合物含有软磁性粉末与热塑性树脂。
本发明中的软磁性粉末是含有组成式FeaBbSicPxCyCuz的合金的软磁性粉末。该合金为具有Fe基部分高度结晶化的纳米结晶合金组织的合金组合物。软磁性粉末优选含有该合金作为主成分。软磁性粉末优选含有50质量％以上的该合金，更优选含有90质量％以上的该合金，进一步优选实质上仅含该合金。
组成式中的a、b、c、x、y、z满足79≦a≦86原子％、5≦b≦13原子％、0<c≦8原子％、1≦x≦8原子％、0<y≦5原子％、0.4≦z≦1.4原子％、以及0.08≦z/x≦0.8的关系。此外，软磁性粉末例如可通过利用所引用的专利文献5记载的方法进行从熔融状态的急冷处理，然后在一定条件下升温，并通过将具有Fe基部分高度结晶化的纳米结晶合金组织的薄带作为原料，使用公知的粉碎方法予以粉末化而获得。粉碎方法可列举干式粉碎法、湿式粉碎法等。此外，考量生产率、粉碎粉的磁特性保持的观点，优选使用旋风研磨、混合研磨、行星球磨、喷射研磨等粉碎方式。此外，可利用公知的筛分、分级法获得预定粒度范围的软磁性粉末。此外，作为薄带，有Tohoku Magnet Institute(股)公司制造的NANOMET(商品名)。
软磁性粉末的形状可为球状、扁平状、无定形中的任一种，会展现类似的屏蔽效果。该软磁性粉末的最大径为500μm，优选为100μm，可利用公知的筛分操作获得。此外，粉末的最大径，在无定形、扁平粉的情况下，是指各粒子的最大径。粉末的最大径变大而超过500μm的话，会有电磁波屏蔽性在成型物内变得不均匀，会成为缺陷部位的疑虑，而不优选。
含软磁性粉末的树脂组合物含有20体积％～80体积％的软磁性粉末，优选含有30体积％～70体积％。软磁性粉末的含量低于20体积％的话，无法展现足够令人满意的电磁波屏蔽性，超过80体积％的话，会有混练时或成型时的流动性不足，无法成型为预定形状的情况，并且混练物变脆，而不优选。此外，在不损及本发明的效果的范围内，也可添加少量的其他软磁性粉末。含软磁性粉末的树脂组合物中软磁性粉末的含量，具体而言例如为20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80体积％，也可为此处所例示的数值中任意两者之间的范围内。此外，本说明书中，波浪线符号“～”是用于表示包含其前后记载数值的数值范围的符号。具体而言“X～Y”的记载(X、Y均为数值)表示“X以上且Y以下”。
作为热塑性树脂，例如含有选自由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、ABS树脂、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、乙烯-乙酸乙烯酯树脂(EVA)、聚氨酯(PU)、丙烯酸树脂(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚酰亚胺(PI)、聚苯硫醚(PPS)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等构成的群组中的至少一种以上。考量软磁性粉末容易分散，容易获得均匀的电磁波屏蔽性的观点，热塑性树脂有时优选为ABS树脂、聚氯乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯树脂等。
此外，在不明显损及本发明的低频段电磁波屏蔽性的范围内，可添加前述以外的成型加工助剂、各种调配剂。添加加工助剂时，相对于热塑性树脂与软磁性粉末的总量，优选含有0.1质量％～1质量％的加工助剂，更优选含有0.3～0.5质量％。加工助剂可列举聚乙二醇脂肪酸酯等。
混练方法可采用公知的密闭混合机、挤出机等熔融混练机。关于混练温度与混练时间，就每种热塑性树脂选择能够进行混练、成型的公知的适当条件。为了提高软磁性粉末的分散性，在热塑性树脂的劣化、软磁性粉末的破碎不明显发生的范围内，优选为高速旋转、高剪切条件。此外，软磁性粉末的混练顺序可以是与热塑性树脂同时一并添加，也可为在热塑性树脂加热熔融后或加热熔融途中添加软磁性粉末(后添加)的方法，考量提高分散性与抑制树脂劣化的观点来适当选择。
获得的调配有软磁性粉末的热塑性树脂组合物(成型原料)，通过使用热压机、熔融挤出机等，并使用适当的铸模、模具等，来成型为期望的形状。形状例如有片材、软管、壳体状等，可通过选择模具来成型为各种形状。此外，可制作使用多个挤出成型机而得的层叠片材、使用粘接剂等而得的多层化层合片材等。
成型品可为用于屏蔽各种设备的低频段电磁波的成型部件，作为一个示例，可如上述加工成片材。此外，通过片材由多个层构成，即使厚度相同，也会有增大屏蔽效果的情况。本发明的一个实施方式中，当片材为多层时，也可期待高屏蔽效果。另一方面，在本发明中，即使是由单层构成片材等的实施方式，也可获得充分的屏蔽效果。
作为评价电磁波噪声屏蔽性(遮断性)的方法，已知有一般财团法人关西电子工业振兴中心(KEC)所开发的KEC法，例如在纤维制品消费科学(纤消杂志)vol.40、No.2(1999)、“https://www.kec.jp/testing-division/kec-method/”中有介绍。该KEC法是将近场产生的电磁波的屏蔽效果分为电场分量与磁场分量来进行测定的方法，从发射天线(发射用治具)发射的电磁波通过片材状测定试样而由接收天线(接收用治具)接收，测定衰减后的电磁波并以衰减率(测定单位：dB)的形式定量化。在本发明中，于室温条件下使用一定厚度的试样(2.0mm)，在频率0.1MHz～1000MHz的范围内测定磁场分量的衰减率。此外，本发明中重要的1MHz以下频率的电磁波屏蔽性(磁场分量)，是通过比较0.3MHz与1MHz的衰减率测定值来判断优劣。
热塑性树脂组合物成型而得的厚度1.0mm的片材利用KEC法测得的于频率0.3MHz与1MHz的磁场分量的衰减率(使用作为该组合物的成型品的厚度1.0mm的片材，对于频率0.3MHz及1MHz的电磁波，利用KEC法测得的电磁波的磁场分量的衰减率)优选均为3dB以上。该组合物对于1MHz以下的低频段电磁波具有优异的屏蔽性。
[实施例]
[实施例1～7]
以下，列举本发明的实施例及比较例来说明本发明的效果。按照表1所示的组成，制作调配有软磁性粉末的树脂组合物。软磁性粉末使用将Tohoku Magnet Institute(股)公司制NANOMET薄带(宽度126mm、厚度25μ)利用公知的方法粉碎而得的NANOMET薄带粉碎粉(平均粒径30μ、最大粒径100μ、比重7.3)。以下，将该粉碎粉简称为NANOMET粉碎粉。热塑性树脂使用EVA树脂(东曹(股)公司制、EVA树脂U-636、比重0.94)。此外，实施例5～7中，添加聚乙二醇脂肪酸酯(花王(股)公司制、EMANON 1112)作为成型加工助剂，以使其在每单位合计重量的EVA树脂与NANOMET粉碎粉中成为0.1重量％。混练装置使用东洋精机制Laboplastomill(内容积60mL)，同时添加EVA树脂与本发明的软磁性粉末，使其成为表1的进料组成，以转速50rpm、130℃×10分钟的条件进行混练，得到调配有软磁性粉末的树脂组合物(以下，简称为组合物)。使用设定为150℃的热压机与厚度1mm的片材模具将该组合物进行熔融成型，制作厚度为1.0mm、纵横尺寸为150mm×150mm的正方形成型片材。前述实施例的1.0mm成型片材的电磁波屏蔽性(磁场分量)由“一般社团法人KEC关西电子产业振兴中心(京都市相乐郡精华町)”进行测定。是于同处将前述成型片材夹在“纤维制品消费科学(纤消杂志)vol.40、No.2(1999)”所示的一对磁场屏蔽效果评价用单元(图6)之间，并利用图7所示的装置获得的测定值。此外，测定时的施加频率在0.1MHz～1000MHz的范围内连续变化，尤其采用由在0.3MHz及1MHz的发射/接收强度值算出的衰减率(相对值)作为本发明中的磁场屏蔽效果的代表值。其结果示于表1。本发明的组合物的片材于频率0.3MHz与1MHz的衰减率均展现为3dB以上，具有显著的电磁波屏蔽性。此外，可知随着NANOMET粉碎粉的调配量从20体积％增加到80体积％，衰减率提高。尤其为40体积％以上的调配量时衰减率为5dB以上，电磁波(磁场分量)的屏蔽性更显著。
[表1]
[实施例8～10]
使用桶径30mm、L/D＝16的附有混练功能的单轴挤出机，于前端部安装狭缝0.7mm、宽度150mm的T型模，在桶设定温度80～150℃、转速40rpm的条件下，投入预定量的EVA树脂、加工助剂(聚乙二醇脂肪酸酯)、以及软磁性粉末，得到将调配有软磁性粉末的树脂组合物成型为片材状的成型物。然后，为了对成型片材的厚度进行微调整，使用设定为150℃的热压机与厚度1mm的片材模具进行再次压制成型，最终得到厚度1.0mm的成型片材。该1.0mm成型片材的电磁波屏蔽性(磁场分量)利用与实施例1相同的方法测得的结果示于表2。由表2可知，于频率0.3MHz与1MHz的衰减率均展现为4dB以上。
[表2]
[比较例1～3]
比较例1是未调配本发明的NANOMET粉碎粉的情形。衰减率为0.1～0.3dB左右，几乎不显示电磁波屏蔽性。比较例2是NANOMET粉碎粉的调配量为10体积％的情形。于0.3MHz的衰减率为1.6dB，虽具有些微的电磁波屏蔽性，但不能说是足够的。比较例3是调配90体积％的NANOMET粉碎粉的情形。成型物非常脆，无法保持片材状态，未能进行KEC法测定。比较例4是添加50体积％的软质铁氧体粉(户田工业(股)公司制BSN-714、比重5.3、平均粒径6μ)作为软磁性粉末的情形。比较例5是添加50体积％的坡莫合金C粉(大同特殊钢(股)公司制DAPPC(78Ni-4Mo-Fe)、比重8.8、平均粒径9μ)作为软磁性粉末的情形。可知于0.3MHz与1MHz的衰减率均低于3.0。由一系列结果可知，本发明的调配有NANOMET粉碎粉的组合物，在1MHz以下的低频段具有优异的电磁波屏蔽性，而且可进行熔融成型加工，能制作成型部件。
[表3]
产业上的可利用性
本发明的调配有软磁性粉末的热塑性树脂组合物，对于频率为1MHz以下的低频段电磁波噪声具有优异的屏蔽性能，在工业上极为有用。此外，可进行加热熔融成型，适合作为屏蔽各种电子设备、电动汽车上搭载的电力转换装置、数据处理装置等所产生的低频段电磁波噪声的成型部件。
Claims (4)
1.一种热塑性树脂组合物，含有热塑性树脂、以及20～80体积％的含组成式FeaBbSicPxCyCuz表示的合金的软磁性粉末，
其中，79≦a≦86原子％、5≦b≦13原子％、0<c≦8原子％、1≦x≦8原子％、0<y≦5原子％、0.4≦z≦1.4原子％、以及0.08≦z/x≦0.8。
2.根据权利要求1所述的热塑性树脂组合物，其中，所述热塑性树脂含有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的至少一种以上。
3.根据权利要求1或2所述的热塑性树脂组合物，其中，使用所述热塑性树脂组合物的厚度1.0mm片材，利用KEC法测得的于频率0.3MHz与1MHz的磁场分量的衰减率均为3dB以上。
4.一种成型部件，是将根据权利要求3所述的热塑性树脂组合物进行加热熔融成型加工而得。
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