CN116178883A - 用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电感材料技术领域，具体公开了用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，注射材料包括如下重量份数的原料：有机成型树脂15‑25份；增韧剂6‑10份；分散剂1‑3份；改性磁粉碳纤维60‑80份；所述改性磁粉碳纤维由碳纤维、磁粉和有机树脂层组成，所述磁粉固定于所述碳纤维表面的孔隙内，所述有机树脂层位于所述碳纤维的表面，所述有机树脂层将所述碳纤维和磁粉包裹在内。本申请的注射材料注射成型的产品的力学性能好，且磁导率稳定性高。
Description
技术领域
本发明涉及电感材料技术领域，尤其是涉及用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料。
背景技术
电感器是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件；电感器在电路中主要起到滤波、振荡、延迟、陷波等作用，还有筛选信号、过滤噪声、稳定电流及抑制电磁波干扰等作用。射出成型也叫作注射成型、注塑射出成型，在工业当中一般是指将塑料在注塑机中加热至熔融状态后，注射到闭合模具的模腔中，形成制品的塑料加工方法。
相关技术中公开了一种电感器用注射材料，包括酚醛树脂、润滑剂和磁粉，磁粉的粒径为0.01-0.8μm。
针对上述相关技术，由于磁粉是微米甚至是纳米级的，直接加入树脂中容易发生团聚现象，且磁粉表面具有较多亲水性基团，与树脂间的结合力较差，导致注射成型的产品力学性能差，且磁导率稳定性差。
发明内容
为了提高注射成型的产品的力学性能和磁导率稳定性，本申请提供用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料。
第一方面，本申请提供用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，采用如下的技术方案：
用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，包括如下重量份数的原料：
有机成型树脂15-25份；
增韧剂6-10份；
分散剂1-3份；
改性磁粉碳纤维60-80份；
所述改性磁粉碳纤维由碳纤维、磁粉和有机树脂层组成，所述磁粉固定于所述碳纤维表面的孔隙内，所述有机树脂层位于所述碳纤维的表面，所述有机树脂层将所述碳纤维和磁粉包裹在内。
通过采用上述技术方案，由于碳纤维表面具有很多的微孔，磁粉固定在碳纤维表面的微孔内，首先，降低了磁粉团聚的可能性，使磁粉分布更加均匀，能够提高注射成型的产品的力学性能；其次，碳纤维比表面积大，碳纤维与有机树脂的结合力大于磁粉与有机树脂的结合力，进一步提高注射成型的产品的力学性能；最后，改性磁粉碳纤维在有机成型树脂内部形成三维网络结构，提高了注射材料的结构稳定性，从而提高了注射成型的产品的磁导率稳定性；增韧剂能够提高注射成型的产品的韧性，分散剂能够提高改性磁粉碳纤维在有机成型树脂中的分散性。
可选的，所述碳纤维、磁粉和有机树脂层原料的质量比为(10-20)：(75-85)：(4-6)。
通过采用上述技术方案，磁粉太多，碳纤维难以完全负载；磁粉太少，会降低磁导率；有机树脂层太多，会降低磁导率；有机树脂层太少，难以完整包覆碳纤维和磁粉，因此，三者的质量比优选采用上述比例。
可选的，所述改性磁粉碳纤维的制备方法包括以下步骤：
负载处理，将碳纤维固定于密闭容器内，将磁粉与空气混合后以高压喷射至碳纤维的表面，剪切，得到负载有磁粉的碳纤维；
包覆处理，将有机树脂层的原料喷涂至负载有磁粉的碳纤维的表面，固化，得到改性磁粉碳纤维。
通过采用上述技术方案，磁粉通过高压喷射牢固地固定在碳纤维表面的孔隙内，采用物理固定的方式既可以省略偶联剂，而且牢固性较好；有机树脂层包覆在碳纤维和磁粉的表面，有利于改性磁粉碳纤维在有机成型树脂中分散均匀。
可选的，所述负载处理步骤中，将磁粉与空气混合后以6-10MPa的压力喷射至碳纤维的表面，喷射时间20-30min。
通过采用上述技术方案，喷射压力太大，容易对碳纤维造成损伤；喷射压力太小，磁粉难以嵌入到碳纤维的微孔内，因此，喷射压力优选为6-10MPa。
可选的，所述负载有磁粉的碳纤维的长度为2-4mm。
通过采用上述技术方案，负载有磁粉的碳纤维的长度太长，不利于加工尺寸较小的电感器；负载有磁粉的碳纤维的长度太短，难以有效提高注射成型的产品的力学性能，因此，负载有磁粉的碳纤维的长度优选为2-4mm。。
可选的，所述有机树脂层的原料选自聚酰胺树脂、酚醛树脂和环氧树脂中的至少一种。
通过采用上述技术方案，聚酰胺树脂具有耐有机溶剂、耐磨性好、耐折强度大的优点；酚醛树脂具有耐热性好、强度高、耐腐蚀的优点；环氧树脂具有粘接性好、耐腐蚀和易成型的优点。
可选的，所述增韧剂选自环氧化热塑性弹性体、聚乙烯醇缩甲醛共聚丙烯酸、苯氧树脂中的任意一种。
通过采用上述技术方案，三种增韧剂能够与改性磁粉碳纤维共同作用，提高注射成型的产品的韧性。
第二方面，本申请提供用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料的制备方法，采用如下的技术方案：
用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将有机成型树脂、增韧剂、分散剂和改性磁粉碳纤维混合均匀，得到预混料；
步骤二，将预混料加热熔融，挤出，造粒，得到注射材料。
通过采用上述技术方案，制备得到的电感器的注射材料具有力学性能好、磁导率稳定性高的优点。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请将磁粉固定在碳纤维表面的微孔内，有机树脂层将碳纤维和磁粉包裹在内，降低了磁粉团聚的可能性，使磁粉分布更加均匀，提高注射成型的产品的力学性能；改性磁粉碳纤维在有机成型树脂内部形成三维网络结构，提高了注射材料的结构稳定性，从而提高了注射成型的产品的磁导率稳定性。
2、本申请中的磁粉通过高压喷射牢固地固定在碳纤维表面的孔隙内，采用物理固定的方式既可以省略偶联剂，而且牢固性较好；有机树脂层包覆在碳纤维和磁粉的表面，有利于改性磁粉碳纤维在有机成型树脂中分散均匀。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
改性磁粉碳纤维的制备例
制备例1
改性磁粉碳纤维，其制备方法包括以下步骤：
负载处理，将碳纤维悬空固定于密闭容器内，将磁粉与空气混合后以5MPa的压力沿碳纤维的直径方向喷射至碳纤维的表面，采用市售的高压喷粉枪进行喷射，喷射时可以改变高压喷粉枪的喷射角度或者设置多个高压喷粉枪，对碳纤维进行均匀喷射，喷射时间40min，磁粉为市售的铁硅铝磁粉，剪切，得到长度为5mm的负载有磁粉的碳纤维；
包覆处理，采用喷雾干燥工艺将酚醛树脂喷涂至负载有磁粉的碳纤维的表面，酚醛树脂购自上海水兴实业有限公司，牌号为E730，100℃固化1h，得到改性磁粉碳纤维；
其中，碳纤维、磁粉和酚醛树脂的质量比为10：70：20。
制备例2
与制备例1的不同之处在于，碳纤维、磁粉和酚醛树脂的质量比为19：75：6。
制备例3
与制备例1的不同之处在于，碳纤维、磁粉和酚醛树脂的质量比为15：81：4。
制备例4
与制备例1的不同之处在于，碳纤维、磁粉和酚醛树脂的质量比为10：85：5。
制备例5
与制备例3的不同之处在于，将磁粉与空气混合后以6MPa的压力沿碳纤维的直径方向喷射至碳纤维的表面，喷射时间30min。
制备例6
与制备例3的不同之处在于，将磁粉与空气混合后以8MPa的压力沿碳纤维的直径方向喷射至碳纤维的表面，喷射时间25min。
制备例7
与制备例3的不同之处在于，将磁粉与空气混合后以10MPa的压力沿碳纤维的直径方向喷射至碳纤维的表面，喷射时间20min。
制备例8
与制备例3的不同之处在于，将磁粉与空气混合后以12MPa的压力沿碳纤维的直径方向喷射至碳纤维的表面，喷射时间20min。
制备例9
与制备例6的不同之处在于，负载有磁粉的碳纤维的长度为1mm。
制备例10
与制备例6的不同之处在于，负载有磁粉的碳纤维的长度为2mm。
制备例11
与制备例6的不同之处在于，负载有磁粉的碳纤维的长度为3mm。
制备例12
与制备例6的不同之处在于，负载有磁粉的碳纤维的长度为4mm。
制备例13
与制备例11的不同之处在于，将酚醛树脂替换为等质量的环氧树脂E44。
对比制备例1
改性磁粉碳纤维，其制备方法包括以下步骤：
负载处理，将碳纤维悬空固定于密闭容器内，将磁粉与空气混合后以5MPa的压力沿碳纤维的直径方向喷射至碳纤维的表面，采用市售的高压喷粉枪进行喷射，喷射时可以改变高压喷粉枪的喷射角度或者设置多个高压喷粉枪，对碳纤维进行均匀喷射，喷射时间40min，磁粉为市售的铁硅铝磁粉，剪切，得到长度为5mm的改性磁粉碳纤维；其中，碳纤维、磁粉的质量比为10：70。
实施例
实施例1
用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，包括如下重量份数的原料：
有机成型树脂15kg，有机成型树脂是酚醛树脂，购自上海水兴实业有限公司，牌号为E730；增韧剂6kg，增韧剂是环氧化热塑性弹性体AT501；
分散剂1kg，分散剂是均分子量为600的聚乙二醇；
改性磁粉碳纤维80kg，由制备例1制得；
用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将有机成型树脂、增韧剂、分散剂和改性磁粉碳纤维混合搅拌均匀，得到预混料；步骤二，将预混料加热至280℃，熔融，挤出，造粒，得到注射材料。
实施例2-13
与实施例1的不同之处在于，改性磁粉碳纤维依次由制备例2-13制得。
实施例14
与实施例11的不同之处在于，用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，包括如下重量份数的原料：
有机成型树脂20kg；
增韧剂8kg；
分散剂2kg；
改性磁粉碳纤维70kg。
实施例15
与实施例11的不同之处在于，用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，包括如下重量份数的原料：
有机成型树脂25kg；
增韧剂10kg；
分散剂3kg；
改性磁粉碳纤维60kg。
对比例
对比例1
与实施例1的不同之处在于，用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，包括如下重量份数的原料：
有机成型树脂15kg；
增韧剂6kg；
分散剂1kg；
铁硅铝磁粉70kg；
用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将有机成型树脂、增韧剂、分散剂和铁硅铝磁粉混合搅拌均匀，得到预混料；
步骤二，将预混料加热至280℃，熔融，挤出，造粒，得到注射材料。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，包括如下重量份数的原料：
有机成型树脂15kg；
增韧剂6kg；
分散剂1kg；
碳纤维10kg，长度为5mm；
铁硅铝磁粉70kg；
用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将有机成型树脂、增韧剂、分散剂、碳纤维和铁硅铝磁粉混合搅拌均匀，得到预混料；
步骤二，将预混料加热至280℃，熔融，挤出，造粒，得到注射材料。
对比例3
与实施例1的不同之处在于，改性磁粉碳纤维由对比制备例1制得。
性能检测试验
分别对实施例1-15、对比例1-3制得的注射材料进行以下性能测试。
(1)磁导率测试：按照实施例1-15、对比例1-3制得内径为8mm、外径为10mm、高为5mm的环形注射材料样品，然后将环形注射材料样品上面缠绕线圈，内圈10匝，外圈20匝，对应每个实施例、对比例制得的样品均为100个，使用Agilent 4284A精密LCR测试仪对环形注射材料样品的初始磁导率进行测试，分别记为μi1、μi2……μi100，求平均值记为μi0并记录，μi0记为制得的样品的初始磁导率；测试结果见表1，测试频率为100kHz，测试时外加磁场为100mT。
(2)磁导率稳定性测试：将磁导率测试中的每个样品测试完成后均置于130℃的干燥箱中处理30min、60min，然后计算样品的磁导率相对波动百分比，公式为：磁导率相对波动百分比＝(μi1/μi0+μi2/μi0+……μi50/μi0)/100×100％，磁导率相对波动百分比越低，磁导率稳定性越高，测试结果见表1。
表1测试结果
结合实施例1-15和对比例1-3并结合表1可以看出，对比例1仅加入磁粉，拉伸强度最低，且磁导率相对波动百分比最高，磁导率稳定性差，对比例2加入磁粉和碳纤维，拉伸强度显著提高，磁导率相对波动百分比略有降低，说明在对比例1的基础上加入碳纤维，能够显著提高注射材料的拉伸强度，但是磁导率稳定性提升不明显；对比例3将磁粉负载在碳纤维表面，拉伸强度显著提高，磁导率相对波动百分比下降，说明将磁粉负载在碳纤维表面，能够有效提高注射材料的拉伸强度和磁导率稳定性；实施例1在对比例3的基础上在负载有磁粉的碳纤维表面包裹有机树脂层，拉伸强度进一步提高，磁导率相对波动百分比进一步下降，说明有机树脂层能够提高改性磁粉碳纤维与有机成型树脂间的相容性，进而提高了注射材料的力学性能和磁导率稳定性；实施例2-4分别改变了碳纤维、磁粉和有机树脂层原料的质量比，拉伸强度和磁导率相对波动百分比均有变化，且拉伸强度高于实施例1，磁导率相对波动百分比低于实施例1，说明碳纤维、磁粉和有机树脂层原料的质量比优选为(10-20)：(75-85)：(4-6)，且实施例3的效果较好；实施例5-8分别依次增大了负载处理步骤的喷射压力，拉伸强度逐渐提高，磁导率相对波动百分比先下降后升高，可能是因为喷射压力太大，容易对碳纤维造成损伤；喷射压力太小，磁粉难以嵌入到碳纤维的微孔内，实施例6的综合效果较好，说明喷射压力优选为6-10MPa；实施例9-12依次增大了碳纤维的长度，拉伸强度先增大后减小，磁导率相对波动百分比先下降后升高，且实施例11的效果较好，说明负载有磁粉的碳纤维的长度优选为2-4mm。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，其特征在于：包括如下重量份数的原料：
有机成型树脂15-25份；
增韧剂6-10份；
分散剂1-3份；
改性磁粉碳纤维60-80份；
所述改性磁粉碳纤维由碳纤维、磁粉和有机树脂层组成，所述磁粉固定于所述碳纤维表面的孔隙内，所述有机树脂层位于所述碳纤维的表面，所述有机树脂层将所述碳纤维和磁粉包裹在内。
2.根据权利要求1所述的用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，其特征在于：所述碳纤维、磁粉和有机树脂层原料的质量比为（10-20）：（75-85）：（4-6）。
3.根据权利要求2所述的用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，其特征在于：所述改性磁粉碳纤维的制备方法包括以下步骤：
负载处理，将碳纤维固定于密闭容器内，将磁粉与空气混合后以高压喷射至碳纤维的表面，剪切，得到负载有磁粉的碳纤维；
包覆处理，将有机树脂层的原料喷涂至负载有磁粉的碳纤维的表面，固化，得到改性磁粉碳纤维。
4.根据权利要求3所述的用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，其特征在于：所述负载处理步骤中，将磁粉与空气混合后以6-10MPa的压力喷射至碳纤维的表面，喷射时间20-30min。
5.根据权利要求3所述的用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，其特征在于：所述负载有磁粉的碳纤维的长度为2-4mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，其特征在于：所述有机树脂层的原料选自聚酰胺树脂、酚醛树脂和环氧树脂中的至少一种。
7.根据权利要求1-5任一项所述的用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料，其特征在于：所述增韧剂选自环氧化热塑性弹性体、聚乙烯醇缩甲醛共聚丙烯酸、苯氧树脂中的任意一种。
8.权利要求1-7任一项所述的用于注塑射出成型工艺制作电感器的注射材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，将有机成型树脂、增韧剂、分散剂和改性磁粉碳纤维混合均匀，得到预混料；
步骤二，将预混料加热熔融，挤出，造粒，得到注射材料。
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