TWI702253B - 磁性化合物、天線及電子機器 - Google Patents
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Abstract
本發明課題在於:使用間規聚苯乙烯(SPS)樹脂及改質聚苯醚(m-PPE)樹脂中之至少任一者,提供高頻特性優異、且機械強度優異的磁性化合物及其關聯物。
本發明所提供磁性化合物的關於技術,係包含有:金屬磁性粉末、及間規聚苯乙烯(SPS)樹脂與改質聚苯醚(m-PPE)樹脂中之至少任一樹脂,且該樹脂含有量係21質量%以上。
Description
本發明係關於磁性化合物、天線及電子機器。
就電子機器及通訊機器為配合市場的多樣機能,正如火如荼展開各種材料的開發。其中,在高頻帶域等使用的機器,因為複合的機能材料會左右通訊機器的性能,故成為重要的技術要素。
例如專利文獻1有關於即便高頻帶域中仍能發揮機能的磁性體複合材料記載。該磁性體複合材料藉由使較佳軸比(長軸長/短軸長)1.5~20的針狀磁性金屬粒子,分散於例如聚伸芳醚樹脂、聚乙烯樹脂等介電體材料中而形成(專利文獻1的請求項1、2、[0025])。
藉此,頗適用為在GHz頻段高頻帶域所使用電子機器、通訊機器上裝設的高頻電子零件,且藉由使用既定的針狀金屬粒子,則無論在介電體材料中是否使金屬粒子配向,均能具備既定的磁特性(專利文獻1的[0024]、[0029])。
再者,專利文獻2有關於可利用於在寬帶域能使用之小型天線的複合磁性材料。該複合磁性材料係在絕緣性材料中分散著複合磁
性材料。上述磁性粉末係含有軟磁性金屬的略球狀粉末,平均粒徑D50係0.1~3μm、且粒子內具有平均晶粒徑2~100nm的晶粒;就上述絕緣性材料有記載各種樹脂(專利文獻2的[0018]~[0021])。例如實施例中藉由將磁性粉末、熱可塑性PC/ABS系樹脂、及溶劑等予以混合而製作天線([0069])。並記載該天線係在頻率2GHz下的介電常數損失係數tanδε未滿0.01,且上述磁性粉末相對於總體積的體積比率2~50vol%的構成,俾達天線小型化([0031]、[0032])。
專利文獻3有記載利用金屬磁性粉末,抑低電感器、天線等在GHz頻段的損失係數。揭示以鐵為主成分的軟磁性金屬粉末,形成平均粒徑達100nm以下、軸比(=長軸長/短軸長)達1.5以上、保磁力(Hc)39.8~198.9kA/m(500~25000e)、飽和磁化100Am2/kg以上的金屬粉末,便可抑低磁性零件在kHz~GHz頻段的損失係數(專利文獻3的[0011]~[0026])。
專利文獻4有記載:具有耐熱性的黏結磁石係含有磁石粉末、聚苯硫醚(PPS)樹脂、及聚醯胺(PA)樹脂,化合物中的磁石粉末含有比率係79~94.5wt%、PPS樹脂含有比率係5~20wt%、PA樹脂含有比率係0.1~2wt%(專利文獻4的[請求項1])。
依此雖有關於由金屬磁性粉末與樹脂構成的磁性複合體(或亦稱「磁性化合物」)的揭示,且由金屬磁性粉末與樹脂材料構成的磁性化合物中,金屬磁性粉末係無機化合物的微粒子,樹脂係高分子化合物。即,因為金屬磁性粉末與樹脂彼此之化學性質及物性完
全不同,將成為何種性能較難預測,必需如先前技術文獻般施行各種嘗試錯誤。
[專利文獻1]日本專利特開2014-116332號公報
[專利文獻2]日本專利特開2011-096923號公報
[專利文獻3]日本專利特開2013-236021號公報
[專利文獻4]日本專利特開2013-077802號公報
由金屬磁性粉末與樹脂材料等混練的磁性化合物,隨電子機器高性能化的需求,期待其特性獲提升,另一方面,就從小型化的呼籲,亦期待機械性強度獲提升。
專利文獻1至4所揭示磁性材料與樹脂材料的磁性化合物(複合磁性體),係磁性材料含有比率較高者。但是,根據本案申請人的研究,隨可達成的磁性材料性能提升,即便某程度減少化合物中的磁性材料含有量,仍能獲得充分的高頻特性。但是,得知當使此種磁性粉末分散於樹脂時,在混練階段會出現起火,或者強度相較於未添加磁性粉末情況下呈明顯降低。即,尚未獲得機械強度與高頻特性均能滿足的化合物材料。
例如專利文獻4有記載因PPS樹脂與磁石粉末的濕潤性差等因
素,導致在混練‧成形時會有出現其他無法預測影響的情況等。雖間規聚苯乙烯(SPS)樹脂及改質聚苯醚(m-PPE)樹脂的高頻特性優異,但確認到與金屬磁性粉末的混練性困難。
另一方面,伴隨小型化,為能承受細線化、可撓性基板、以及與其他零件間之干擾,期待彎曲強度、韌性更優異的材料。專利文獻1雖有可使用各種樹脂的例示,但實施例所例示的聚乙烯樹脂即便成為機械強度較高的高密度,但彎曲強度仍為6.9MPa程度的偏弱狀態,因而較難使用於容易被施加衝擊的實際環境。確認到間規聚苯乙烯(SPS)樹脂及改質聚苯醚(m-PPE)樹脂的彎曲強度達60MPa以上、彈性模數1900MPa程度,可期待提升機械強度。
本發明課題在於:使用間規聚苯乙烯(SPS)樹脂及改質聚苯醚(m-PPE)樹脂中之至少任一者,提供高頻特性優異、且機械強度優異的磁性化合物,並提供由該磁性化合物構成的天線、以及使用該天線的電子機器。
根據本發明者獲得的發現,若由在樹脂中摻合入金屬磁性粉末而形成天線,便可利用波長縮短效果,縮小天線本身,甚至能對行動機器及智慧手機的小型化具貢獻。
習知以專利文獻1為代表之天線等所使用的磁性化合物用材料,僅止於混合於樹脂中的構成而已,但關於金屬材料的研究卻無
任何揭示。
相對於此,本發明者認為能解決上述問題的端緒並非在於混合於樹脂中能顯現特性的金屬磁性粉末,而是金屬磁性粉末摻合對象的樹脂,並進行研究。
首先,本發明者認為捷徑在於能成為摻合之候選的樹脂係選擇機械特性(特別係彎曲強度)優異、且樹脂本身損失較小的材料。然而,如上述,嘗試將專利文獻3所揭示的金屬磁性粉末,混合於能成為候選的樹脂中,但發現該金屬磁性粉末會因起火而燒磬。又,就手法方面雖亦有考慮藉由提高樹脂比例,利用樹脂密封金屬磁性粉末,俾防止起火的方法,但當然金屬磁性粉末的構成比例會降低,磁性化合物本身的磁導率降低,因而判斷形成天線時會有無法充分動作的可能性。所以,針對將金屬磁性粉末摻合於樹脂的手法進行研究。
本發明態樣係如下述。
本發明第1態樣的磁性化合物,係含有:金屬磁性粉末;以及由間規聚苯乙烯(SPS)樹脂與改質聚苯醚(m-PPE)樹脂之中選擇一種以上的樹脂;其中,上述金屬磁性粉末係利用從二羧酸、二羧酸酐及其衍生物之中選擇一種以上的被覆體,被覆著該金屬磁性粉末表面其中一部分或全部;
上述樹脂的含有量係21質量%以上。
本發明第2態樣的磁性化合物,係包含有:金屬磁性粉末;以及樹脂;其中,上述樹脂係由從間規聚苯乙烯(SPS)樹脂、改質聚苯醚(m-PPE)樹脂之中選擇一種以上的樹脂構成;上述金屬磁性粉末係利用從二羧酸、二羧酸酐及其衍生物之中選擇一種以上的被覆體,被覆著該金屬磁性粉末表面其中一部分或全部。
本發明第3態樣的磁性化合物,係包含有:金屬磁性粉末;以及由間規聚苯乙烯(SPS)樹脂與改質聚苯醚(m-PPE)樹脂之中選擇一種以上的樹脂;其中,上述金屬磁性粉末係在被覆步驟中,經利用從二羧酸、二羧酸酐及其衍生物之中選擇一種以上的被覆體施行被覆處理者;上述樹脂的含有量係21質量%以上。
本發明第4態樣的磁性化合物,係包含有:金屬磁性粉末;以及樹脂;其中,上述樹脂係由從間規聚苯乙烯(SPS)樹脂、改質聚苯醚(m-PPE)樹脂之中選擇一種以上的樹脂構成;
上述金屬磁性粉末係在被覆步驟中,經利用從二羧酸、二羧酸酐及其衍生物之中選擇一種以上的被覆體施行被覆處理者。
本發明第5態樣係如第1至第4態樣中任一項所記載的磁性化合物,其中,上述金屬磁性粉末係利用從酞酸、順丁烯二酸、酞酸酐、順丁烯二酸酐、及該等的衍生物之中選擇一種以上的被覆體,被覆著該金屬磁性粉末表面其中一部分或全部。
此處所謂「衍生物」係指經官能基導入、氧化、還原、以及原子取代等,不會大幅改變母體結構與性質之程度改變的化合物;另,「原子取代」亦包含末端經鹼金屬取代而成為可溶性者。
本發明第6態樣係如第5態樣所記載的發明,其中,
含有上述金屬磁性粉末與被覆體的金屬磁性粉末複合體,依高頻燃燒法測得的碳計測值係0.1質量%以上且10質量%以下。
本發明第7態樣係如第5或第6中任一態樣所記載的發明,其中,在構成上述被覆體之從酞酸、酞酸酐、順丁烯二酸、順丁烯二酸酐、及該等的衍生物之中所選擇一種以上的化學結構,係含有碳數係4以上且20以下的構造。
本發明第8態樣係如第1至第7中任一態樣所記載的發明,其中,在上述樹脂中,相對於上述金屬磁性粉末100質量份,含有經
添加5質量份從上述酞酸、順丁烯二酸、酞酸酐、順丁烯二酸酐、及該等的衍生物之中選擇一種以上而製作的上述金屬磁性粉末複合體30vol%,而構成上述磁性化合物時,測定頻率2GHz的磁導率實數部μ'係1.5以上,且tanδμ與tanδε係0.05以下。
本發明第9態樣係如第1至第8中任一態樣所記載的發明,其中,上述磁性化合物係在0.75GHz以上且1.0GHz以下範圍內依0.05GHz刻度測定時,磁導率實數部μ'及介電常數實數部ε'的標準偏差係0.01以下之磁性化合物。
本發明第10態樣的磁性化合物,係包含有:金屬磁性粉末;以及從間規聚苯乙烯(SPS)樹脂、改質聚苯醚(m-PPE)樹脂之中選擇一種以上的樹脂;且上述樹脂含有量達21質量%以上的磁性化合物;其中,當由上述金屬磁性粉末、與從二羧酸、二羧酸酐及其衍生物之中選擇一種以上被覆體構成的金屬磁性粉末複合體含有30vol%,而構成上述磁性化合物時,測定頻率2GHz下的磁導率實數部μ'係1.5以上、且tanδμ與tanδε係0.05以下。
本發明第11態樣的天線,係由第1至第10中任一態樣所記載的磁性化合物構成。
本發明第12態樣係如第1至第10中任一態樣所記載的發明,其中,上述磁性化合物係將金屬磁性粉末、與從酞酸、酞酸酐、順丁烯二酸、順丁烯二酸酐、及該等的衍生物中之至少任一者予以混合,而形成金屬磁性粉末複合體之後,再與樹脂混練而獲得。
本發明第13態樣的電子機器,係具備有由第1~第10、12中任一項所記載磁性化合物構成的天線。
根據本發明,使用從間規聚苯乙烯(SPS)樹脂、改質聚苯醚(m-PPE)樹脂之中選擇一種以上,便可提供高頻特性優異、且機械強度優異的磁性化合物及其關聯物。
以下,針對本實施形態依照下述順序進行說明。
1-1.金屬磁性粉末
1-2.被覆體
1-3.樹脂
2.磁性化合物之製造方法
2-1.準備步驟
2-2.被覆步驟
2-3.與樹脂之混練步驟
3.變化例等
本說明書中,「~」係指既定值以上且既定值以下。
本實施形態的磁性化合物係由:金屬磁性粉末、被覆體、間規聚苯乙烯(SPS)樹脂及改質聚苯醚(m-PPE)樹脂構成。
以下,針對各構成進行說明。
1-1.金屬磁性粉末
本實施形態金屬磁性粉末一例係具有以下的構成。
金屬磁性粉末係只要使用磁性特性、粒徑等經適當設計者便可。
磁性特性係利用飽和磁化(σs)便可設定磁性化合物的磁導率、介電常數。此外,保磁力(Hc)、殘磁比(SQ)等、以及粉體特性,係只要調整粒徑、形狀、BET(比表面積)、TAP(振實)密度便可。例如本實施形態的金屬磁性粉末係在Fe(鐵)、或者Fe與Co(鈷)中,含有稀土族元素[包括Y(釔)在內,以下亦同]、Al(鋁)、Si(矽)、Mg(鎂)中之至少一種(以下稱「Al等」)。
在含有成為金屬磁性粉末原材料的元素之水溶液中,藉由使含有Y的稀土族元素量變化,便可變更最終所獲得金屬粒子的軸比(=
長軸長/短軸長)。
稀土族元素較少時,軸比會變大,可獲得更加降低損失的金屬粉末,但若稀土族元素過少時會導致磁導率降低。另一方面,稀土族元素較多時,軸比會變小,雖會導致損失略變大,但相較於未含稀土族元素的情況下,磁導率會變大。
即,藉由設定為適當的稀土族含有量,便可具有更低損失與更高磁導率,因而可獲得在從習知的kHz起至GHz頻段域廣範圍中均能利用的金屬粉末。
此處,為能如上述維持特性平衡的元素適當含有範圍,係相對於Fe與Co的總和,最好將稀土族元素含有量設為0at%(較佳係超過0at%)~10at%、更佳係超過0at%且在5at%以下。又,所使用的稀土族元素種類特佳係Y、La。
當金屬磁性粉末含有Co的情況,關於Co含有量,依原子比例表示的Co相對於Fe的比例(以下稱「Co/Fe原子比」)係含有0~60at%。Co/Fe原子比更佳係5~55at%、特佳係10~50at%。此種範圍內的金屬粉末較容易獲得飽和磁化高、且安定的磁特性。
再者,Al等亦具有燒結抑制效果,能抑制因熱處理時的燒結而造成粒子粗大化。本說明書中Al等係視為「燒結抑制元素」之一。但,Al等係屬於非磁性成分,若含有過多會導致磁特性遭稀釋,故最好避免。Al等的含有量相對於Fe與Co總和較佳係設為
1at%~20at%、更佳係3at%~18at%、特佳係5at%~15at%。
本實施形態的金屬磁性粉末較佳係具有由金屬成分構成的核、以及主要由氧化物成分構成的殼所形成之核/殼構造。是否具有核/殼構造係例如利用TEM照片便可確認,又組成分析係可採用例如ICP發光分析、ESCA(另稱XPS)、TEM-EDX、SIMS等方法。
另外,金屬磁性粉末的平均一次粒徑較佳係10nm以上且500nm以下(較佳100nm以下)的奈米粒子。雖即便微米等級(μm)大小的金屬磁性粉末仍可使用,但就從通訊特性提升、小型化的觀點,最好更小的粒徑。
再者,最好依磁性化合物中的金屬磁性粉末含有量在50vol%以下、較佳40vol%以下、更佳35vol%以下的方式調整配方。理由係能獲得所需的優異通訊特性、且不致損及樹脂的彎曲強度、並能提升彈性模數。
再者,若依樹脂含有量達21質量%以上的方式調整配方,則磁性化合物的彎曲強度可維持較高狀態,故屬較佳。
1-2.被覆體
本實施形態的被覆體係利用後述的表面處理步驟形成於金屬磁性粉末的表面上。或許可認為該被覆體係附著於金屬磁性粉末表面至少其中一部分或全部,而形成金屬磁性粉末複合體。該被覆體
係利用二羧酸、或者利用其分子內的脫水作用所生成無水物、及該等的衍生物中之至少任一者構成。此處所謂「衍生物」係指經官能基導入、氧化、還原、以及原子取代等,不會大幅改變母體結構與性質之程度改變的化合物;另,「原子取代」亦包含末端經鹼金屬取代而成為可溶性者。
經本發明者的研究,二羧酸之中,較佳係不會如樹脂般分子量高達數萬的高分子,而是分子量不會太大在500以下的二羧酸。又,二羧酸及其衍生物之中,較佳係酞酸、酞酸酐、順丁烯二酸、順丁烯二酸酐、酞酸或順丁烯二酸的衍生物、或者酞酸酐或順丁烯二酸酐的衍生物,更佳係形成以酞酸或順丁烯二酸為主骨架,且碳數為4以上且20以下的構造。另外,該等二羧酸、二羧酸酐或其衍生物未必一定要僅由單一種構成,亦可複數使用該等。若碳數在上述範圍內,則分子的體積可成為適度大小,可使在樹脂中添加金屬磁性粉末複合體較為容易,故屬較佳。
另外,所被覆的被覆體量較佳係利用被覆體被覆著金屬磁性粉末表面的金屬磁性粉末複合體,依照高頻燃燒法測得的碳計測值係0.1質量%以上且10質量%以下。另一方面,磁性化合物中,被覆劑係除殘存於粒子表面之外,尚亦會有分散於樹脂中、或進行化合的可能性。所以,磁性化合物藉由設定金屬磁性粉末量與樹脂量便可獲得所需的各特性。
1-3.樹脂
本實施形態的樹脂極佳係SPS(間規聚苯乙烯)樹脂、及m-PPE(改質聚苯醚)樹脂中之至少任一者。如後述實施例項目中所述般,採用SPS及m-PPE中之至少任一者為樹脂,便可將該樹脂與上述金屬磁性粉末複合體進行混練。
另外,若屬於低損失材料(例如IEC60250或JISC2138:2007所規定1MHz下的tanδε在0.05以下之熱可塑性樹脂),則即便使用上述以外的樹脂仍會有可達本實施形態效果的情況。
根據本發明的磁性化合物(相當於化合物中的金屬磁性粉末複合體構成:30vol%)在高頻(2GHz)區域的磁特性,係複相對磁導率(Complex relative permeability)的實數部μ'達1.50以上、較佳1.70以上。具有此種特性的磁性化合物,因為磁導率高,因而可發揮充分的小型化效果,且極有助於構建回流損失較小的天線。
再者,關於根據本發明磁性化合物的磁損失及介電損失,在測定頻率2GHz下,tanδμ與tanδε較佳係0.10以下、更佳係0.05以下、特佳係0.02以下。
再者,根據本發明磁性化合物的磁導率實數部μ'與介電常數實數部ε',係若在0.75GHz以上且1.0GHz以下範圍內,依0.05GHz刻度測定時的標準偏差在0.01以下,則當製作在0.8GHz附近使用的天線時,能獲得安定的天線特性,故屬較佳。
以下,針對磁性化合物的製造方法進行說明。
2-1.準備步驟
本步驟中,執行關於磁性化合物製作的各項準備。例如準備上述金屬磁性粉末等各種原材料、被覆體原材料、以及摻合對象的樹脂。
2-2.被覆步驟(表面處理)
對金屬磁性粉末添加成為被覆體的有機化合物(二羧酸、二羧酸酐及其衍生物中之至少任一者)並混合,而獲得金屬磁性粉末複合體。二羧酸之中,較佳係不會如樹脂般分子量高達數萬的高分子,而是分子量不會太大在500以下的二羧酸。又,二羧酸、二羧酸酐、及其衍生物之中,較佳係酞酸、酞酸酐、順丁烯二酸、順丁烯二酸酐、酞酸或順丁烯二酸的衍生物、或者酞酸酐或順丁烯二酸酐的衍生物,更佳係形成以酞酸或順丁烯二酸為主骨架,且碳數4以上且20以下之構造。另外,該等二羧酸、二羧酸酐或其衍生物未必一定要僅由單一種構成,亦可複數使用該等。又,若碳量達0.1質量%以上,則可適當地施行分散於樹脂中,故屬較佳。另一方面,若碳量在10質量%以下,則非磁性成分不會過剩,可確保形成化合物時的磁導率,故屬較佳。
另外,上述有機化合物的添加量,依質量比計,相對於金屬磁性粉末100,較佳係2~15、更佳係2.5~10、特佳係5~10。
若達2以上,則因為金屬磁性粉末與樹脂較為融合,故能提升
生產時的製品性質安定性。若在15以下,則金屬磁性粉末的非磁性成分適量,可抑制由經被覆體所被覆金屬磁性粉末構成的金屬磁性粉末複合體本身之磁特性降低。甚至當將金屬磁性粉末複合體摻合於樹脂中而形成磁性化合物時,能維持較高的高頻特性,關於最終所形成天線的特性亦同樣可維持較高狀態。
關於上述被覆體提升金屬磁性粉末複合體與該樹脂間之「濕潤性」的機制詳細內容尚未明朗,因而僅止於推測而已,但由有機化合物的結構式觀之,羧基側被拉近於金屬磁性粉末的表面,另一方面,對向側(不存在羧基之一側)則親近於疏水性樹脂側,結果可認為金屬磁性粉末複合體呈現充分融合於樹脂的狀態。又,另一說法係將金屬磁性粉末、與既定有機化合物予以混合,使其中一部分被覆著金屬磁性粉末,並刻意地不要除去「未被利用於被覆」的自由狀態該有機化合物,使殘存於金屬磁性粉末複合體中,在保持此種狀態下,藉由形成金屬磁性粉末與有機化合物的複合體,推測除前述「濕潤性」作用之外,尚亦會產生某種分散作用。
另外,在表面處理時所添加的溶劑(為提升金屬磁性粉末與被覆體間之融合而添加的液體),亦可未必完全溶解上述有機化合物者。最好採取在經添加上述有機化合物與該溶劑者之中添加金屬磁性粉末,使金屬磁性粉末含浸於該溶劑之後,再除去溶劑的方法。
再者,亦可採用在上述被覆體的溶液中添加金屬磁性粉末,再使用自轉公轉併用式攪拌機施行攪拌、或一邊施加剪切力一邊攪拌
而使糊膏化的方法。藉由經糊膏化的步驟,依上述被覆體與金屬磁性粉末呈良好融合方式進行混合,所以在金屬磁性粉末的表面上容易吸附被覆體,且容易形成金屬磁性粉末複合體。但,若被覆體並非毫無遺漏地遍佈在金屬磁性粉末上,仍不會構成問題。又,為能一邊施行混練一邊除去溶劑並乾燥,亦可使用攪拌機等。另外,重點在於經該除去、乾燥後,使被覆體殘存於金屬磁性粉末的粒子表面上。
再者,因為必需在使金屬磁性粉末與上述被覆體間有效率產生接觸的狀態下形成金屬磁性粉末複合體,因而亦可使用具有高剪切力的分散、混練機,亦可一邊對該溶劑施加強剪切力,一邊使金屬磁性粉末對該溶劑進行分散。
當採用經糊膏製作後,施行乾燥而形成粉末態的方法時,所使用具強剪切力的分散機係可例示如:已知渦輪定子型攪拌機的譜萊密克司股份有限公司之T.K.HOMOMIXER(註冊商標)、IKA公司之Ultra-Turrax(註冊商標)等,而就膠體磨碾機係可例示如:譜萊密克司股份有限公司之T.K.MYCOLLOIDER(註冊商標)、T.K.HOMOMIC LINE MILL(註冊商標)、T.K.HIGH LINE MILL(註冊商標);Noritake股份有限公司之靜態混合器(註冊商標)、高壓微反應器(註冊商標)、高壓均質機(註冊商標)等。
剪切力的強弱係若屬於具攪拌葉片的裝置,便可利用攪拌葉片的葉片圓周速率進行評價。本實施形態中,所謂「強剪切力」係指
葉片圓周速率達3.0(m/s)以上、較佳達5.0(m/s)以上。若葉片圓周速率達上述值以上,則可適度提高剪切力、使糊膏化時間縮短化,俾使生產效率適佳。但,若考慮降低對金屬磁性粉末造成損傷,亦可調低葉片圓周速率俾減輕損傷。
另外,葉片圓周速率係利用圓周率×渦輪葉片直徑(m)×1秒的攪拌旋轉數(旋轉數)便可計算出。例如若渦輪葉片直徑3.0cm(0.03m)、攪拌旋轉數8000rpm,則每1秒的旋轉數便為133.3(rps)、葉片圓周速率則為12.57(m/s)。
所獲得糊膏狀處理物最好經乾燥而除去溶劑。此時,將糊膏擴展於盤上,並設定為溶劑的乾燥溫度以上、且未滿被覆物質的分解溫度便可施行乾燥。溶劑乾燥時,例如若對容易氧化物質施行被覆處理的情況便在惰性環境下實施,若考慮成本面則可在氮中施行乾燥處理。
此處當使用對金屬磁性粉末能牢固被覆的有機化合物施行表面處理時,亦可採用經施行例如過濾而去除某程度溶劑之後,才施行乾燥的手法。藉此,因為可預先減少溶劑含有量,因而亦能縮短乾燥時間。另外,在確認該被覆是否牢固時,例如使濾液蒸發,再依殘留成分是哪種程度進行評價。
另一方面,當採用非形成糊膏,而是將溶劑與待被吸附的有機化合物進行混合後,添加金屬磁性粉末,一邊施行攪拌混合一邊施
行表面處理的方法時,可使用NIPPON COKE & ENGINEERING股份有限公司之FM攪拌機、KAWATAMFG股份有限公司之高速混合機等。又,若使用在此種裝置中附設為使溶劑蒸發用的加熱裝置,則取出經處理後的粉末不需要施行乾燥的操作,故屬較佳。
當施行此種處理時,於抑制金屬磁性粉末因氧化而導致特性降低之目的下,最好在惰性環境下施行處理。又,更佳係施行在將溶劑與有機化合物進行混合的溶液中,通入惰性氣體(就成本面而言係氮)的操作。將處理容器內利用惰性氣體進行置換後,再依不會氧化方式添加金屬磁性粉末,並將溶劑、有機化合物、及金屬磁性粉末予以混合而製作混合體後,施行加熱處理,再設定為溶劑的乾燥溫度以上、且未滿被覆物質分解溫度,便可施行乾燥。為能依更短時間施行乾燥,最好運轉攪拌機,使混合體一邊轉動一邊進行乾燥。
依此所獲得表面上已形成被覆體的金屬磁性粉末複合體之凝聚體,最好使用分級機、篩等除去粗粒子。若存在過大的粗粒子,在製作天線時會對粗粒子的某部分處施加力,而有導致機械特性惡化的可能性。使用篩進行分級時,最好使用開孔在500篩目以下者。
另外,經由上述步驟所獲得金屬磁性粉末複合體的特性及組成,係依照以下方法確認。
BET比表面積係使用Yuasa-Ionics股份有限公司製之4 Sorb
US,利用BET單點測定法求取。
所獲得金屬磁性粉末複合體(或金屬磁性粉末)的磁特性(整體特性)係使用東英工業股份有限公司製之VSM裝置(VSM-7P),依外部磁場10kOe(795.8kA/m),便可測定保磁力Hc(0e或kA/m)、飽和磁化σs(Am2/kg)、殘磁比SQ。△σs係將磁性粉在60℃、90%的高溫多濕環境下放置一週後的飽和磁化降低比例,依百分率(%)表示者。
依照日本專利特開2007-263860號說明書所記載方法便可測定。又,採用JISK-5101:1991的手法亦可測定。
2-4.與樹脂的混練步驟
將所獲得金屬磁性粉末複合體與上述樹脂進行混練,而形成磁性化合物。藉由混練步驟,便形成在樹脂中摻合著金屬磁性粉末的狀態。經混練後的狀態最好在樹脂中呈均勻濃度分散著金屬磁性粉末狀態。能摻合於樹脂中的金屬磁性粉末複合體量偏多時,當施加高頻時的磁導率會變為特高,反倒會導致樹脂所具有的機械特性劣化。所以,金屬磁性粉末複合體的添加量必需考慮機械特性與高頻特性間之平衡進行研究。
製作磁性化合物的手段並無特別的限制。例如使用市售混練機
便可調整混練強度等。
亦可採取將含有樹脂、金屬磁性粉末、及上述有機化合物的混合物施行加熱,而製作磁性化合物的方法,亦可採取經使樹脂熔融後才添加金屬磁性粉末複合體的方法。
另外,樹脂的熔融溫度通常係依高於樹脂熔融溫度實施,當樹脂的分解性較高時便設定在分解溫度以下。
再者,為改善樹脂的機械強度等,亦可添加通常已知的添加物,例如屬於纖維態的玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、芳醯胺纖維、維尼綸纖維、聚醯胺纖維、聚酯纖維、麻纖維、紅麻纖維、竹纖維、鋼纖維(steel fiber)、木綿、嫘縈、鋁纖維、碳奈米纖維、碳奈米管、棉原纖(cotton fibril)、氮化矽鬚晶、氧化鋁鬚晶、碳化矽鬚晶、鎳鬚晶;屬於板狀的滑石、高嶺土、黏土、雲母、玻璃碎片、霰石(aragonite)、硫酸鈣、氫氧化鋁、有機化蒙脫石、膨潤性合成雲母、石墨;屬於粒狀的碳酸鈣、二氧化矽、玻璃珠、氧化鈦、氧化鋅、矽鈣石、蛭石、矽橡膠氣囊、玻璃微小中空球體、奈米氧化鈦、奈米二氧化矽、碳黑等。其他尚可在不致因添加而降低成為天線時之特性的範圍內,添加抑制經時劣化物質。
將依上述方法所獲得磁性化合物0.2g放入甜甜圈狀容器內,使用手壓機、或熱壓機,形成外徑7mm、內徑3mm的圓環形狀磁性化合物成形體。然後,使用Agilent Technologies股份有限公司製之
網路分析儀(E8362C)、與關東電子應用開發股份有限公司製之同軸型S參數法Sample Holder Kit(製品型號:CSH2-APC7、試料尺寸:7.0mm-3.04mm×5mm),針對所獲得磁性化合物成形體的高頻特性,在0.5~5GHz區間依測定寬0.05GHz刻度實施,測定磁導率實數部(μ')、磁導率虚數部(μ")、介電常數實數部(ε')、介電常數虚數部(ε"),俾確認高頻特性。此處,tanδε=ε"/ε',利用tanδμ=μ"/μ'便可計算出。
以上,根據本實施形態,使用從間規聚苯乙烯(SPS)樹脂、改質聚苯醚(m-PPE)樹脂之中選擇一種以上,便可提供高頻特性優異、且機械強度優異的磁性化合物及其關聯物。
另外,本發明技術範圍並不僅侷限於上述實施形態,舉凡在依發明構成要件或其組合所導出特定效果的範圍內,所進行之各種變更與改良的形態均涵蓋在內。
本實施形態中,關於金屬磁性粒子、被覆體及樹脂,針對主要的元素、化合物進行詳述。另一方面,金屬磁性粒子、被覆體及樹脂亦可含有除上述所列舉的元素、化合物以外的其他物。
本實施形態的磁性化合物係可使用於天線、電感器、電波屏蔽
材。特別係由該磁性化合物構成的天線、以及具備該天線的電子通訊機器(電子機器),仍可享有後述實施例項目中所示的較高通訊特性。即,本實施形態的磁性化合物分別可加工為如上述的電子零件、天線、電子機器等,例如磁性化合物可成為天線材料。
此種電子通訊機器係例如具有:根據由本實施形態的天線所接收到電波而發揮電子通訊機器功能的部分,以及根據所接收到電波而控制該部分的控制部。
另外,本實施形態的電子通訊機器係在具備有天線前提下,最好係具有通訊功能的通訊機器。然而,在利用天線接收電波而發揮功能的電子機器前提下,亦可為未具備通話等通訊功能的電子機器。
其次例示實施例,針對本發明進行具體說明。當然本發明並不僅侷限於以下實施例。
另外,本項目所列舉各例中的諸項條件,係如以下各表所記載。
表1係記載實施例1~6關於的各種條件、以及在750MHz~1GHz下的高頻特性及2GHz下的高頻特性。
表2係記載實施例1~6關於在800MHz、1.5GHz、2.5GHz、及3GHz下的高頻特性。
另一方面,表3係記載比較例1~4關於的各種條件、以及在750MHz~1GHz下的高頻特性及2GHz下的高頻特性。
表4係記載比較例1~4關於在800MHz、1.5GHz、2.5GHz、及3GHz下的高頻特性。
再者,表5係記載比較例5~7關於的各種條件、以及在750MHz~1GHz下的高頻特性及2GHz下的高頻特性。
表6係記載比較例5~7關於在800MHz、1.5GHz、2.5GHz、及3GHz下的高頻特性。
另外,各表的空欄位係未測定或無法測定的項目。
以下,針對各例進行說明。
首先,在酞酸(和光純藥工業股份有限公司製特級試劑)25g中,添加溶劑之乙醇(和光純藥工業股份有限公司製特級試劑)500g,使酞酸溶解於乙醇中。在惰性環境下,於該溶液中添加金屬磁性粉末(DOWA電子股份有限公司製:鐵-鈷金屬粒子、長軸長:40nm、BET:37.3m2/g、σs:179.3Am2/kg、碳含有量(高頻燃燒法):0.01質量%)500g,使溶液中沉澱出金屬磁性粉末。將其在大氣中使用高速攪拌機(譜萊密克司股份有限公司製T.K.HOMOMIXER MarkII),依8000rpm攪拌2分鐘而混合,便形成金屬磁性粉末的糊膏狀態。
使所獲得糊膏擴展於鋁的盤上,依乙醇揮發溫度附近(78℃)加熱1小時,然後升溫至120℃加熱1.5小時,而從糊膏中除去乙醇,便獲得由酞酸與金屬磁性粉末摻合的凝聚體。藉此金屬磁性粉末表面其中一部分以上便被酞酸被覆。所獲得凝聚體利用500篩目的篩去除粗大粒子,便獲得本例的金屬磁性粉末複合體。所獲得金屬磁性粉末複合體係具有BET:34.9m2/g、σs:173.5Am2/kg、碳含有量(高頻燃燒法):2.82質量%的特性。另外,所獲得金屬磁性粉末複合體的真實密度經依照氣相(He氣體)取代法求取,結果為5.58g/cm3。所求得真實密度值使用於為使化合物中的金屬磁性粉末複合體含有量成為所需比例的摻合比計算。
僅將相當於成形體形成時的體積充填率20vol%之金屬磁性粉末複合體、及比重1.18g/cm3的XAREC(註冊商標)SP105(SPS/出光興產股份有限公司製、間規聚苯乙烯),分別在氮中秤量11.5g,裝入5號規格瓶中並封蓋。經用手輕輕搖晃而攪拌混合後,利用小型混練機(DSM Xplore(註冊商標)MC15、Xplore Instruments公司製),在氮環境中,依設定溫度300℃、混練攪拌速度100rpm,施行10分鐘的混練(包含樹脂與磁性粉的投入時間),而製作混練物(即磁性化合物)。
所獲得磁性化合物在擠筒溫度300℃、模具溫度130℃條件下,投入屬於小型混練機之操作裝置的射出成形機中,經製得彎曲試驗用成形體(ISO178規格尺寸:80mm×10mm×4mm)後,使用數位式推拉力計(IMADA股份有限公司製ZTS-500N),將支點間距離設為16mm,測定彎曲強度,經計算出彎曲位移之後,測定彈性模數(MPa)。
再者,為測定高頻特性,將磁性化合物0.2g投入於直徑6mm甜甜圈形夾具中之後,利用小型熱壓機(AS-ONE製)依300℃加熱20分鐘。藉此使磁性化合物中的樹脂熔融後,一邊加壓,一邊成形為外徑7mm、內徑3mm的圓環形狀成形體,並一邊冷卻,再對所獲得成形體依照上述實施形態所記載方法測定高頻特性。
本例係就實施例1,除將金屬磁性粉末複合體的添加量變更為相當於30vol%的量,且配合SPS的添加量進行調整之外,其餘均與實施例1同樣。
本例係就實施例1,除將金屬磁性粉末複合體的添加量變更為相當於40vol%的量,且配合SPS的添加量進行調整之外,其餘均與實施例1同樣。
本例係除將樹脂變更為比重1.06g/cm3的XYRON(註冊商標)AH-40(m-PPE/旭化成化學股份有限公司製改質聚苯醚)之外,其餘均與實施例2同樣。
將金屬磁性粉末利用500篩目篩施行篩分,在篩下物的金屬磁性粉末(50g)中,相對於磁性粉添加順丁烯二酸5%(2.5g)、且相對於磁性粉添加溶劑之乙醇30重量%(15g),並在瑪瑙研缽中施行5分鐘混合。乾燥係依60℃施行2小時,便獲得粉末。
在氮中僅秤量比重1.18g/cm3之XAREC(註冊商標)SP105(SPS/出光興產股份有限公司製、間規聚苯乙烯)11.5g,裝入5號規格瓶中並封蓋。經用手輕輕搖晃而攪拌混合後,利用小型混練機(DSM Xplore(註冊商標)MC15、Xplore Instruments公司製),在氮環境中,
依設定溫度300℃、混練攪拌速度100rpm,施行10分鐘的混練(包含樹脂與磁性粉的投入時間),而製作混練物(即磁性化合物)。
所獲得磁性化合物在擠筒溫度300℃、模具溫度130℃條件下,投入屬於小型混練機之操作裝置的射出成形機中,經製得彎曲試驗用成形體(ISO178規格尺寸:80mm×10mm×4mm)。針對所獲得成形品,分別測定機械強度(彎曲特性‧彎曲彈性模數)。
再者,為測定高頻特性,將磁性化合物0.2g投入於直徑6mm甜甜圈形夾具中之後,利用小型熱壓機(AS-ONE製)依300℃加熱20分鐘。藉此使磁性化合物中的樹脂熔融後,一邊加壓,一邊成形,經冷卻便成為外徑7mm、內徑3mm的圓環形狀成形體。
除將所使用樹脂變更為比重1.06g/cm3之XYRON(註冊商標)AH-40(m-PPE/旭化成化學股份有限公司製改質聚苯醚)之外,其餘均與實施例5同樣地施行相同處理。
本例係就實施例1改為使用未經酞酸施行表面處理的金屬磁性粉末。依金屬磁性粉末成為30vol%的方式,秤量環氧樹脂(單成份型環氧樹脂勇光股份有限公司製),並使用EME股份有限公司製真空攪拌‧脫泡攪拌機(V-mini300),使該金屬磁性粉末分散於環氧樹脂中而形成糊膏狀。使該糊膏在加熱板上依60℃施行2小時乾
燥,便獲得金屬磁性粉末-樹脂的複合體。崩碎該複合體而製作複合體的粉末,再將該複合體粉末0.2g裝入甜甜圈狀容器內,利用手壓機施加1t荷重,而形成外徑7mm、內徑3mm的圓環形狀成形體。後續便與實施例1同樣地施行評價。
本例係除將比較例1所使用的金屬磁性粉末,變更為實施例2所使用的金屬磁性粉末複合體之外,其餘均相同。
本例係就實施例2中,除未添加金屬磁性粉末複合體之外,其餘均相同。
本例係就實施例4中,除未添加金屬磁性粉末複合體之外,其餘均相同。
本例係就實施例2中,除金屬磁性粉末未經酞酸施行表面處理之外,其餘均相同。
本例在製作混練物時,在將混練物取出於大氣中的階段,金屬磁性粉末便起火並產生發煙,最終無法製作混練物。
本例係就實施例4中,除金屬磁性粉末未經酞酸施行表面處理之外,其餘均相同。
本例在製作混練物時,在將混練物取出於大氣中的階段,金屬磁性粉末便起火並產生發煙,最終無法製作混練物。
本例中,使用已知機械特性優異、且樹脂本身損失較小之樹脂的PPS樹脂、已知改善與磁性粉末間表面融合手法的日本專利特開2013-77802號公報所記載現有技術熱可塑性樹脂、及芳香族尼龍的混合樹脂,確認磁性化合物是否與各實施例具同樣效果。具體而言,除就實施例1,金屬磁性粉末並未利用酞酸施行表面處理,且樹脂係使用由DURAFIDE(註冊商標)(PPS/聚苯硫醚樹脂聚塑股份有限公司製A0220A9)、與芳香族尼龍6T VESTAMID(註冊商標)(Daicel-Evonik股份有限公司製HTplus M1000),依重量比9比1的比例混合之樹脂外,其餘均同樣。
本例中,在製作混練物之際,在將混練物取出於大氣中的階段,金屬磁性粉末便起火並產生發煙,最終無法製作混練物。
整理上述內容,如前所列各表。
由上述各表觀之,任一實施例在各表所記載的所有頻率中,就磁導率實數部(μ')、磁導率虚數部(μ")、介電常數實數部(ε')、介電常數虚數部(ε")、以及包括在750MHz~1GHz下的μ'、ε'之標準偏差在內,均呈良好值。
另一方面,比較例呈現磁導率實數部(μ')、磁導率虚數部(μ")中必定會有任一者較遜於實施例的結果。又,關於經摻合磁性粉的樣品,除依照本發明者之外,其餘均在製造化合物的階段,磁性粉便因起火而燒磬,導致無法製作化合物。
由以上的結果得知,根據上述實施例,使用間規聚苯乙烯(SPS)樹脂及改質聚苯醚(m-PPE)樹脂中之至少任一者,便可提供高頻特性優異、且機械強度優異的磁性化合物及其關聯物。
若利用經在樹脂中摻合入金屬磁性粉末者形成天線,便可利用波長縮短效果,縮小天線,便對行動機器、智慧手機的小型化具貢獻。除天線之外,尚亦可利用於電波屏蔽材、電感器等。
Claims (13)
- 一種磁性化合物,係含有:金屬磁性粉末,以及由間規聚苯乙烯(SPS)樹脂與改質聚苯醚(m-PPE)樹脂之中選擇一種以上的樹脂;上述金屬磁性粉末係平均一次粒徑為10nm以上且100nm以下,且利用從二羧酸、二羧酸酐及其衍生物之中選擇一種以上的被覆體,被覆著該金屬磁性粉末表面其中一部分或全部;含有上述金屬磁性粉末與上述被覆體之金屬磁性粉末複合體,其依高頻燃燒法測得之碳計測值係0.1質量%以上且10質量%以下;上述樹脂的含有量係21質量%以上。
- 一種磁性化合物,係含有:金屬磁性粉末,以及樹脂;上述樹脂係由從間規聚苯乙烯(SPS)樹脂、改質聚苯醚(m-PPE)樹脂之中選擇一種以上的樹脂構成;上述金屬磁性粉末係平均一次粒徑為10nm以上且100nm以下,且利用從二羧酸、二羧酸酐及其衍生物之中選擇一種以上的被覆體,被覆著該金屬磁性粉末表面其中一部分或全部;含有上述金屬磁性粉末與上述被覆體之金屬磁性粉末複合體,其依高頻燃燒法測得之碳計測值係0.1質量%以上且10質量%以下。
- 一種磁性化合物,係含有:金屬磁性粉末;以及由間規聚苯乙烯(SPS)樹脂與改質聚苯醚(m-PPE)樹脂之中選擇 一種以上的樹脂;上述金屬磁性粉末係平均一次粒徑為10nm以上且100nm以下,且在被覆步驟中,經利用從二羧酸、二羧酸酐及其衍生物之中選擇一種以上的被覆體施行被覆處理者;上述樹脂的含有量係21質量%以上。
- 一種磁性化合物,係含有:金屬磁性粉末;以及樹脂;上述樹脂係由從間規聚苯乙烯(SPS)樹脂、改質聚苯醚(m-PPE)樹脂之中選擇一種以上的樹脂構成;上述金屬磁性粉末係平均一次粒徑為10nm以上且100nm以下,且在被覆步驟中,經利用從二羧酸、二羧酸酐及其衍生物之中選擇一種以上的被覆體施行被覆處理者。
- 如請求項1至4中任一項之磁性化合物,其中,上述金屬磁性粉末係利用從酞酸、順丁烯二酸、酞酸酐、順丁烯二酸酐、及該等的衍生物之中選擇一種以上的被覆體,被覆著該金屬磁性粉末表面其中一部分或全部;此處所謂衍生物係指經官能基導入、氧化、還原、以及原子取代的化合物;另,原子取代亦包含末端經鹼金屬取代而成為可溶性者。
- 如請求項3或4之磁性化合物,其中,含有上述金屬磁性粉末與上述被覆體的金屬磁性粉末複合體,依高頻燃燒法測得的碳計測值係0.1質量%以上且10質量%以下。
- 如請求項5之磁性化合物,其中,構成上述被覆體之從酞酸、順丁烯二酸、酞酸酐、順丁烯二酸酐、及該等的衍生物之中所選擇 一種以上的化學結構中所含的碳數係4以上且20以下。
- 如請求項5之磁性化合物,其中,在上述樹脂中,相對於上述金屬磁性粉末100質量份,含有經添加5質量份從上述酞酸、順丁烯二酸、酞酸酐、順丁烯二酸酐、及該等的衍生物之中選擇一種以上而製作的上述金屬磁性粉末複合體30vol%,而構成上述磁性化合物時,測定頻率2GHz的磁導率實數部μ'係1.5以上,且tanδμ與tanδε係0.05以下。
- 如請求項1至4中任一項之磁性化合物,其中,上述磁性化合物係在0.75GHz以上且1.0GHz以下範圍內依0.05GHz刻度測定時,磁導率實數部μ'及介電常數實數部ε'的標準偏差係0.01以下之磁性化合物。
- 一種磁性化合物,係含有:平均一次粒徑為10nm以上且100nm以下之金屬磁性粉末,以及從間規聚苯乙烯(SPS)樹脂、改質聚苯醚(m-PPE)樹脂之中選擇一種以上的樹脂;且上述樹脂含有量達21質量%以上的磁性化合物;其中,當由上述金屬磁性粉末、與從二羧酸、二羧酸酐及其衍生物之中選擇一種以上被覆體構成的金屬磁性粉末複合體含有30vol%,而構成上述磁性化合物時,測定頻率2GHz下的磁導率實數部μ'係1.5以上、且tanδμ與tanδε係0.05以下。
- 一種天線,係由請求項1至10中任一項之磁性化合物構成。
- 如請求項5之磁性化合物,其中,上述磁性化合物係將上述金屬磁性粉末與上述從酞酸、順丁烯二酸、酞酸酐、順丁烯二酸酐、 及該等的衍生物中之至少任一者予以混合,而形成金屬磁性粉末複合體之後,再與上述樹脂混練而獲得。
- 一種電子機器,係具備有由請求項1至10、12中任一項之磁性化合物構成的天線。
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