专利名称：功能性材料的组成物及其制造方法和制造装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用绝缘材被覆的具有软磁特性、电磁波吸收特性、热传导性等功能的功能性粒子的功能性材料的组成物及其制造。
背景技术：
功能性材料的一种即软质铁氧体，具有轻量、电阻高的性质，将其粉末分散到合成树脂中形成的软磁性树脂组成物，被应用于变压器、扼流圈、电感器等。
然而，使软质铁氧体粉末分散的软磁性树脂组成物，对于高电阻的成形体有利，但由于饱和磁通密度不高，对于要求高饱和磁通密度的成形体来说还远不能称作满意的组成物。
另一方面，金属软磁性材料具有高饱和磁通密度，但存在电阻低的缺点。
因此，提出出含有合成树脂和软磁性材料的软磁性树脂组成物，作为软磁性材料，通过将Ni-Zn铁氧体或Mg-Zn铁氧体的氧化物磁性体粉末、和表面上形成电绝缘层的金属磁性体粉末组合后使用，使该软磁性树脂组成物具有高透磁率，并且也具有耐电压和高饱和磁密度(例如，参考专利文献1)。
专利文献1特开平11-31612号公报(第2页)包含专利文献1所述的功能性材料组成物的现有的组成物，造粒后烧结、粉碎制成功能性粒子后，将该功能性粒子混合到树脂中，通过喷射成形、挤压成形、压缩成形等形成规定形状的成形体。该功能性粒子具有用简单的工序就可以制造的优点，相反由于粒子间相互接触产生电传导性，而不能使用于不便的用途。另外，减少功能性粒子的填充量时，虽然可以减低粒子之间的接触，但其功能也随之下降。
因此，也提出了各种使功能性粒子的表面具有绝缘性的绝缘方法，根据这些方法，即使提高功能性粒子的填充量也能够提高其绝缘性能，但并不一定能够获得适于喷射成形等的粒度，还存在以下的问题。
发明内容本发明是鉴于现有技术存在的这些问题而进行的，其目的在于，提供即使是微粉末或异形状的粉末也能够提高填充量，在有优异的成形性能，并且能够广泛应用的绝缘性和功能性均衡的功能性材料组成物及其制造方法和制造装置。
为了达成上述目的，本发明为功能性树脂材料，其特征在于，将多个功能性粒子被绝缘材被覆的多个功能性粒子集合体填充到树脂中。
另外，优选为在所述多个功能性粒子中按体积比50％以下添加绝缘性功能性粒子。所述绝缘性功能性粒子也可以是功能性粒子的氧化物。
还优选为所述多个功能性粒子至少具有软磁性特性及电磁波吸收特性中的至少一种优异特性。
另外，本发明提供一种成形体的制造方法，具有使用上述的功能性树脂材料制造颗粒的工序；将颗粒喷射造型获得成形体的工序。
此外，本发明提供一种功能性粒子集合体的制造方法，具有混合粘结功能性粒子和功能性粒子彼此的粘结材的混合工序；在氧化气氛中烧成从该混合工序获得的混合造粒粉末，同时制造多个功能性粒子被氧化被膜被覆的功能性粒子集合体的烧成工序。
此时，优选为混合造粒粉末中所占的粘结材的体积比为0.5％～10％，可以氧化气氛中烧成混合造粒粉末之前，进行减压除去多余的附着水分。
在烧成工序中，可以用绝缘材被覆的金属球的粉碎球粉碎功能性粒子集合体。
另外，本发明提供一种多个功能性粒子被绝缘材被覆的功能性粒子集合体的制造装置，其特征在于，具备具有投入粘结功能性粒子和功能性粒子彼此的粘结材的投入口的混合容器；使该混合容器旋转的旋转驱动机构；向所述混合容器供给氧化性气体的气体供给机构；对被该气体供给机构供给的氧化性气体进行加热的加热机构；对所述混合容器的内部进行减压的减压机构，通过从所述投入口投入功能性粒子和粘结材，用所述减压机构对所述混合容器的内部进行减压，通过所述旋转驱动机构转动所述混合容器，同时从所述气体供给机构向所述混合容器供给氧化性气体，再通过所述加热机构对该氧化性气体进行加热后制造多个功能性粒子被氧化被膜被覆的功能性粒子集合体。
优选为混合容器被设定为中央部的直径大于两端部的直径，在其内面上形成有相对于轴线倾斜的凸状的多个粉末导件。
另外，本发明提供另外的功能性粒子集合体的制造方法，其特征在于，混合功能性粒子和具有比喷射造型温度还要高的软化温度的绝缘材制成混合体，将混合体造粒后制成多数功能性粒子被绝缘材被覆的功能性粒子集合体，将绝缘材在功能性粒子集合体中所占的体积比设定为5％～30％。
这种情况下，优选为在减压状态下进行混合体的造粒。
根据本发明，由于将多个功能性粒子被绝缘材被覆的多个功能性粒子集合体填充到树脂中，根据需要向多个功能性粒子中添加绝缘性功能性粒子，因此即使是微粉末或异形状的粉末也能够提高填充量，具有优异的成形性。另外，通用性高，并同时具备绝缘性和功能性。
图1是本发明的功能性粒子集合体的截面图。
图2是本发明的其它的功能性粒子集合体的截面图。
图3是本发明的其它的功能性粒子集合体的制造装置的概略截面图。
图4A是表示安装在图3的制造装置中的混合容器的变形例的立体图。
图4B是表示在与图4A的混合容器的轴线垂直的方向上进行平分时的一侧壁内面的展开图。
图5所示为本发明的功能性树脂材料的截面图。
图6所示为使用图5的功能性树脂材料对成形体进行成形时的方块图。
图中2功能性粒子；4绝缘材；5绝缘性功能性粒子；6混合容器；8气体供给机构；10加热机构；12减压机构；14排气机构；16转动辊；18投入口；20、22、24开关阀；26粉末导件；28树脂；A功能性粒子集合体。
具体实施例方式
以下，参考附图对本发明的实施方式进行说明。
图1所示为本发明的功能性材料的组成物。作为由具有软磁性特性、电磁波吸收特性、热传导性的至少一种的优异特性的多个功能性粒子2、和被覆这些功能性粒子2的绝缘材4构成的功能性粒子集合体而被造粒。
现有的功能性材料的组成物，功能性粒子的一粒一粒被绝缘材被覆，相对于此，本发明的功能性材料的组成物，多个功能性粒子2被绝缘材4被覆而构成功能性粒子集合体A，功能性粒子集合体A中的功能性粒子2不限于一粒一粒都被绝缘，也存在有的功能性粒子2和相邻的功能性粒子2接触的情况。
另外，如图2所示，通过使绝缘性功能性粒子5分散在多个功能性粒子2之间，可以一定程度使功能性粒子2之间产生绝缘，继而提高绝缘性能。
作为功能性粒子2，优选选定具有优异的软磁性特性、电磁波吸收特性、热传导性的材料，例如以下所示的材料。
(1)软磁性材料·作为纯铁软磁性材料的金属粉、氮化铁粉等。
·作为铁基合金软磁性材料的Fe-Si-Al合金(铝硅铁粉(sendust))粉末、超级铝硅铁粉粉末、Ni-Fe合金(坡莫合金(permalloy))粉末、Co-Fe合金粉末、纯铁类软磁性材料、Fe-Si-B类合金粉末等。
·铁氧体类材料。
(2)电磁波吸收材料·碳类填料、碳黑、石墨、碳纤维或者其混合物。
·铁氧体类材料。
(3)热传导材料·Cu、Ni、Al、Cr及其合金粉末。
·AlN、BN、Si3N4、SiC、Al2O3、BeO等陶瓷粉末。
(4)合成树脂·聚乙烯、聚丙烯、乙烯醋酸乙烯基共聚物、离子交联聚合物等聚烯烃。
·尼龙6、尼龙66、尼龙6/66、尼龙46、尼龙12等聚酰胺。
·聚苯硫醚(polyphenylene sulfide)、聚苯硫醚酮(polyphenylenesulfide ketone)、聚苯硫醚砜(polyphenylene sulfide sulfone)等聚芳基硫醚poly(arylene sulfide)。
·聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)、聚对苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate)、全芳香族聚酯等聚酯。
·聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺等聚酰亚胺树脂。
·聚苯乙烯、丙烯腈一苯乙烯共聚物等聚苯乙烯树脂。
·聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物、氯化聚乙烯等含氯乙烯基树脂。
·聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯等聚(甲基)丙烯酸甲酯。
·聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈等丙烯腈树脂。
·四氟乙烯与全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚四氟乙烯、四氟乙烯与六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯等氟树脂。
·聚二甲基硅氧烷等硅树脂聚苯醚、聚醚醚酮、聚醚酮、多芳基化合物(polyarylate)、聚砜、聚醚砜等各种工程塑料。
·聚缩醛、聚碳酸脂、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、聚丁烯、聚异丁烯、聚甲基戊烯、丁二烯树脂、聚环氧乙烷、苯甲酰氧基聚酯(oxy benzoyl polyester)、聚对二甲苯树脂等各种热可塑性树脂。
·环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等热硬化性树脂等，以及它们的两种以上的混合物。
图3所示为本发明的功能性粒子集合体A的制造装置，用于氧化功能性粒子2后在其周围形成作为绝缘材的氧化膜。该制造装置具备圆筒状的混合容器6、和被连接在混合容器6的一端上的气体供给机构8及加热机构10、和被连接在混合容器6的另一端的减压机构(例如真空泵)12及排气机构14。混合容器6的周面与旋转辊16接触，通过由驱动机构(未图示)旋转旋转辊16而转动混合容器6。另外，在混合容器6的端面，形成有用于将功能性粒子2投入到混合容器6中的投入口18。
另外，图3中的20、22、24分别表示开关阀。
以下，对使用图3所示的制造装置制造图1所示的功能性粒子集合体A的方法进行说明。
首先，从混合容器6的投入口18将多个功能性粒子2与PVA(Polyvinylalcohol)等的粘结材一起投入，开放开关阀22通过减压机构12到使混合容器6的内部的压力降低到规定值为止进行抽真空，从而除去投入的功能性粒子2或粘结材吸附的多余的水分。其次，停止减压机构12关闭开关阀22，并且用驱动机构旋转驱动旋转辊16而使混合容器6产生旋转。同时，打开开关阀20、24，从气体供给机构8向混合容器6供给氧化性气体(例如空气、氧气和惰性气体的混合气体等)。供给到混合容器6的氧化性气体通过加热机构10加热，同时通过排气机构14将填充到混合容器6中的气体排出。
而且，功能性粒子2或粘结材中含有大量的水分，但其含量随着季节或其它原因发生变化。由于氧化量的大小对其特性产生影响，为了事先去除设置有减压机构12。
通过以上的工序，首先制成多数的功能性粒子2和粘结材混合后的混合造粒粉末，然后将该混合造粒粉末在氧化气氛中烧成一体，并且将通过氧化被膜被覆的功能性粒子集合体A造粒成规定的尺寸。在这种功能性粒子集合体A的情况下，氧化被膜作为绝缘材4发挥作用。该功能性粒子集合体A被填充到树脂中，如后所述通过喷射成形、挤压成形、压缩成形等制成希望形状的成形体，但是功能性粒子集合体A的尺寸大于适合成形的尺寸的情况下，把功能性粒子2和将金属球用绝缘材被覆的粉碎球一起投入到混合容器6中进行功能性粒子集合体A的造粒时，功能性粒子集合体A被粉碎球粉碎，变成适合成形的尺寸。
另外，如图2所示在制造功能性粒子集合体A时，将多个功能性粒子2及粘结材与多个绝缘性功能性粒子5一起投入到混合容器6中，但为了确保规定的功能性，优选使绝缘性功能性粒子5的投入量相对于功能性粒子2的体积比为50％以下。作为绝缘性功能性粒子5也可以是功能性粒子2的氧化物。
再者，在混合造粒粉末中粘结材所占的体积比优选为0.5％～10％，在0.5％以下时不能造粒，超过10％时粘结材的残留物变多，通过氧化进行的粒子间结合变弱。
而且，图3所示的制造装置为将氧化被膜作为绝缘材4使用的情况的装置，在氧化法以外的装置中，无需设置气体供给机构8及排气机构14。这种情况下，将功能性粒子2和绝缘材从投入口18投入到混合容器6中，进行混合及造粒后把获得的功能性粒子集合体A例如用喷射成形制成希望的形状时，作为绝缘材使用具有比喷射造型温度高的软化温度的热可塑性树脂或热硬化性树脂。
另外，绝缘材在功能性粒子集合体中所占的体积比被设定为5％～30％，低于5％的情况，造粒物的强度或绝缘性变得不充分，超过30％时树脂成形品的特性下降。
此外，在减压状态下进行混合及造粒时，能够防止气泡混入到功能性粒子集合体A中。
另外，如图3所示的装置，用旋转辊16使混合容器6产生旋转，但也可以在混合容器6上安装从动齿轮，并且向驱动机构安装驱动齿轮，通过驱动齿轮和从动齿轮的啮合使混合容器6旋转。此外，在混合容器6上设置有一个投入口18，但也可以设置两个投入口，将功能性粒子2、绝缘材等原料分别投入到混合容器6中。另外，通过加热机构10对从气体供给机构8供给的气体进行加热，但也可以邻接混合容器6安装加热机构10，通过加热机构10直接对混合容器6进行加热。此外，也可以用三通阀对减压机构12和排气机构14、或者气体供给机构8和减压机构12进行切换。
图4A所示为混合容器6的变形例的立体图，图4B所示为将此混合容器6在与轴线直交的方向上分开，展开其中一侧壁时的侧壁的内面。
图4A所示的混合容器6，中央部的直径大于两端部的直径，在与轴线直交的方向上分开的情况，各自呈圆锥台的形状。当向该混合容器6投入功能性粒子等原料旋转造粒时，为了避免原料集中到直径较大的中心部，如图4B所示，在侧壁的内面上，按规定的间隔形成相对于轴线仅呈规定角度θ倾斜的凸状的多个粉末导件26。
当向该混合容器6投入功能性粒子等原料时，原料有向直径较大的中心部聚集的倾向，混合容器6旋转，同时原料被倾斜的粉末导件26大致一样地分散到两个端部，进行规定的造粒。
图5所示为本发明的功能性树脂材料，将造粒的多个功能性粒子集合体A填充到树脂28中而成，如图6所示，例如作为喷射成形等的树脂材料被使用。
进一步详述，使用图3所示的制造装置等，首先制成图1或图2所示的功能性粒子集合体A，将功能性粒子集合体A和树脂28混合后制成颗粒，再通过喷射成形将颗粒制成希望形状的成形体。
而且，也可以向树脂28添加玻璃纤维、碳纤维等填料提高成形体的强度，向填充了热传导材料的树脂28中添加碳纤维填料时，不仅能够提高热传导性，还能提高电磁波吸收特性。
实施例用本发明的填充了功能性粒子集合体的功能性树脂材料制成以下形状的试样，对适于绝缘性评价的交流磁特性即直流重叠特性进行了调查。
·试样形状内径12.6mm外径20.2mm
高度6.3mm(1)分别选定无定形粉末及铁氧体粉末作为功能性粒子及绝缘性功能性粒子，选定环氧树脂粉末作为功能性粒子的绝缘材，并选定6尼龙作为功能性粒子集合体被填充的树脂，对其直流重叠特性进行了调查，将功能性粒子的填充率(功能性粒子在功能性粒子集合体中所占的体积率)设定为90％，将最终填充率(最终试样中包含的功能性粒子的体积率)设定为60％，并且测量装置、直流重叠特性及其他的条件如下所述。
·测量装置惠普公司制造HP-4284A惠普公司制造HP-42841A(将2台作为1组使用)·频率10kHz·直流重叠电流10A·测量室温23℃·测量湿度50％·无定形粉末粉末构成(Fe0.97Cr0.03)76(Si0.5B0.2)22C2平均粒径20μm·铁氧体粉末粉末构成(MnZn)O·Fe2O3平均粒径5μm·功能性粒子集合体平均粒径100μm直流重叠特性如表1所示。
(表1)
而且，直流重叠电流值为将OA下的感应数值设为100％时的值(％)，卷绕在测量试样的铜线的绕数，设为OA下的感应数值最接近10μH的绕数。
在表1中，直流重叠特性将电流值为90％以上设为“允许可”时，也可以按50％以下的体积比添加铁氧体粉末(绝缘性功能性粒子)。
(2)调查现有的功能性粒子和本发明的功能性粒子集合体的直流重叠特性，对两者进行了比较检验。作为现有的功能性粒子采用无定形粉末粒子，相反，本发明的功能性粒子集合体与上述(1)中使用的相同，功能性粒子的填充率设定为90％。
直流重叠特性如表2所示。
(表2)
从表2可知，本发明的功能性粒子集合体相比功能性粒子具有更加优异的直流重叠特性。
(3)在本发明的功能性粒子集合体中，调查了绝缘材的填充量对直流重叠特性的影响。
将最终填充率设定为50％及60％时的直流重叠特性分别如表3及表4所示。
(表3)
(表4)
根据表3及表4可知，在功能性粒子集合体中绝缘材所占的体积比以5％～30％为适当。
而且，当绝缘材的填充量为1vol％的情况根本不能造粒。
(4)上述(1)～(3)的各测量中使用的本发明的功能性粒子集合体，与氧化法以外的方法制造的相比，在该测量中，使用图4A所示的制造装置(氧化法)制成功能性粒子集合体，对粘结材(PVA)的填充量对直流重叠特性施加的影响进行了调查。选定尼龙6作为功能性粒子集合体被填充的树脂，设定最终填充率为60％。制造装置的规格如下所述。
·气体加热温度450℃·氧化气体空气(流量5升/分)·混合容器大径部(中央部)直径100mm长度150mm旋转速度60rpm·加热处理时间20分·减压1Torr＝133Pa(1分)·无定形粉末粉末构成(Fe0.97Cr0.03)76(Si0.5B0.2)22C2平均粒径150μm
直流重叠特性如表5所示。
(表5)
在表5中，粘结材的填充量为15vol％的情况，因为使OA下的感应数值最接近10μH而卷绕在测量试样上的铜线的绕数，与粘结材的填充量在10vol％以下的情况相比相当多，所以粘结材在混合造粒粉末中所占的体积比以0.5％～10％为合适。
本发明的功能性粒子集合体，即使是微粉末或异形状的粉末也能够提高填充量，而且具有优异的成形性，并且应用范围广泛，具有均衡的绝缘性和功能性，因此可以应用于要求具有优异的软磁性特性、电磁波吸收特性、热传导性的产品。
权利要求
1.一种功能性树脂材料，其特征在于，将被绝缘材被覆的多个功能性粒子的多个功能性粒子集合体填充到树脂中。
2.根据权利要求1所述的功能性树脂材料，其特征在于，将绝缘性功能性粒子以体积比50％以下添加到所述的多个功能性粒子中。
3.根据权利要求2所述的功能性树脂材料，其特征在于，所述绝缘性功能性粒子为功能性粒子的氧化物。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的功能性树脂材料，其特征在于，所述多个功能性粒子至少具有软磁特性及电磁波吸收特性中的一种优异特性。
5.一种成形体的制造方法，其特征在于，具有使用权利要求1～4中任一项所述的功能性树脂材料制造颗粒的工序、将颗粒喷射成形获得成形体的工序。
6.一种功能性粒子集合体的制造方法，其特征在于，具有混合功能性粒子和粘结功能性粒子彼此的粘结材的混合工序、在氧化气氛中烧成从该混合工序获得的混合造粒粉末，同时制造多个功能性粒子被氧化被膜被覆的功能性粒子集合体的烧成工序。
7.根据权利要求6所述的功能性粒子集合体的制造方法，其特征在于，混合造粒粉末中所占的粘结材的体积比为0.5％～10％。
8.根据权利要求6或7所述的功能性粒子集合体的制造方法，其特征在于，在氧化气氛中烧成混合造粒粉末之前，进行减压除去多余的附着水分。
9.根据权利要求6～8中任一项所述的功能性粒子集合体的制造方法，其特征在于，在所述烧成工序中，通过用绝缘材被覆金属球的粉碎球粉碎功能性粒子集合体。
10.一种功能性粒子集合体的制造装置，该功能性粒子集合体被绝缘材被覆多个功能性粒子，该功能性粒子集合体的制造装置的特征在于，具备混合容器，其具有投入功能性粒子和粘结功能性粒子彼此的粘结材的投入口；使该混合容器旋转的旋转驱动机构；向所述混合容器供给氧化性气体的气体供给机构；对被该气体供给机构供给的氧化性气体进行加热的加热机构；对所述混合容器的内部进行减压的减压机构，并且，通过从所述投入口投入功能性粒子和粘结材，用所述减压机构对所述混合容器的内部进行减压，通过所述旋转驱动机构转动所述混合容器，同时从所述气体供给机构向所述混合容器供给氧化性气体，再通过所述加热机构对该氧化性气体进行加热，从而制造多个功能性粒子被氧化被膜被覆的功能性粒子集合体。
11.根据权利要求10所述的功能性粒子集合体的制造装置，其特征在于，所述混合容器被设定为中央部的直径大于两端部的直径，在其内面形成有相对于轴线倾斜的凸状的多个粉末导件。
12.一种功能性粒子集合体的制造方法，其特征在于，是使用权利要求10或11所述的制造装置的权利要求6～9中任一项所述的功能性粒子集合体的制造方法。
13.一种功能性粒子集合体，其特征在于，通过权利要求12所述的制造方法制造而成。
14.一种功能性粒子集合体的制造方法，其特征在于，混合功能性粒子和具有比喷射成形温度高的软化温度的绝缘材制造混合体，将混合体造粒后制成多个功能性粒子被绝缘材被覆的功能性粒子集合体，将绝缘材在功能性粒子集合体中所占的体积比设定为5％～30％。
15.根据权利要求14所述的功能性粒子集合体的制造方法，其特征在于，在减压状态下进行混合体的造粒。
16.一种功能性粒子集合体，其特征在于，通过权利要求14或15所述的制造方法制成。
全文摘要
将多个功能性粒子被绝缘材被覆的多个功能性粒子集合体填充到树脂中。或者，将绝缘性功能性粒子以体积比50％以下添加到多个的功能性粒子中。
文档编号B22F3/00GK1934661SQ200580009280
公开日2007年3月21日 申请日期2005年3月28日 优先权日2004年3月31日
发明者松川清乔, 石原耕三, 政野和博, 田中敏和 申请人:日本科学冶金株式会社