一种吸波体的制备方法、吸波体及其应用与流程

本发明属于吸波材料领域，具体涉及一种吸波体的制备方法，本发明还涉及了采用该制备方法得到的吸波体及其应用。

背景技术：

随着电子产品的快速发展，受高频化和高集成度趋势的影响，各种元器件间的电磁波干扰问题越来越严重。由于吸波体材料能对电磁波进行吸收而不是反射，使其具有了其他导电屏蔽材料不可代替的优点，因此为了减少电磁波干扰，吸波体材料在电子产品中得到越来越广泛的应用。具体来说在各类吸波体材料中，软磁合金因其具备磁饱和强度高、磁导率高和矫顽力小等特点，在电子设备中得到非常广泛的应用。其工作原理主要为：当电磁波入射到合金表面时，除了反射和透过之外，会有部分电磁波能量引发涡电流的产生进而转换成热能以达到消耗电磁波能量；而由于趋附效应，通常这种涡电流的产生只会在材料表层发生，并不会进入材料体内部，为了增强吸收效果，软磁合金可以被制作成片状，以达到逐层衰减的目的，这样可以实现采用最少的材料量争取达到最佳的吸收效果。

目前有两种成熟方法用于制备软磁合金吸波材料，其中一种方法是将这种片状粉体分散在溶剂和聚合物胶组成的介质中，然后通过涂布的方式制成涂层，在制备过程中，片状软磁合金粉得到平行排列，溶剂被挥发除去，由此得到一定厚度的平面状的吸波涂层，之后再通过贴敷的方式黏贴在所需保护的电子元器件周边。然而，这种制备方法和所得到的吸波涂层存在以下缺点：（1）制备过程中使用了大量的溶剂；（2）厚度有限，通常不会大于0.5毫米；（3）只能得到平面状的涂层。另一种方法是通过密炼的方法将软磁合金和聚合物混合在一起，然后通过开炼机挤出成片；这种方法得到的吸波体材料的片状软磁合金粉排列杂乱无序，没法充分发挥其吸收效果，而且其厚度虽然可控，但只能制备出片状结构的产品。

然而，在实际应用场景中，有时需要厚度更大的吸波体达到更好的屏蔽效果，同时，平面状吸波涂层对三维立体的元器件的保护需要靠拼接贴敷的方法来实现，其接缝处不可避免地增加了泄露的风险。

而且申请人通过专利检索，还发现有提出采用磁场旋转取向进行预处理然后进行压制成型得到3d效果吸波体，磁场旋转取向的工序特别复杂，而且压制得到的3d效果吸波体无法实现各层平齐排列，电磁波屏蔽受到限制（可直接参见cn104319050a）；还有提出在压制过程中进行磁场取向，然后进行逐层切割后，再堆垛成型，该切割工序非常耗时耗力，难以实现产业化推广（可直接参见cn107256751a）。

因此，市场迫切需要开发一种厚度可调形状可控的软磁合金吸波体。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种吸波体的制备方法、吸波体及其应用，制备工序简单，易于实现规模生产，且制备得到的吸波体具有三维立体结构，避免平面吸波体的拼接结构，厚度可调且形状呈规整的平齐排列，具有优异的电磁波屏蔽功能。

本发明采用的技术方案如下：

一种吸波体的制备方法，所述吸波体的原料包括均匀混合的吸波剂粉末和热塑性聚合物，以预先创建的吸波体三维图形作为成型目标，该吸波体三维图形被分解为目标厚度的多层二维结构；通过快速成型设备对吸波体的原料施以加热熔融作用，同时施加其磁力线与二维结构平行的磁场，使得热塑性聚合物熔融并对吸波剂粉末进行粘接包覆，且粘接包覆的吸波剂粉末在磁场作用下进行平行排列，成型得到具有三维立体结构的吸波体。

优选地，其操作步骤包括：

s10）、混料制粉：将所述吸波剂粉末和热塑性聚合物在混料容器中进行均匀混合，在搅拌状态下加入至液态分散介质中，持续搅拌直至热塑性聚合物完全溶解，在干燥后得到原料粉末；

s20）、构筑3d模型：根据成型目标预先创建所需的吸波体三维图形，并将该吸波体三维图形分解为目标厚度的多层二维结构；其中，所述步骤s20）可在所述步骤s10）前进行，或与所述步骤s10）同时进行；

s30）、激光多层制造：将步骤s10）得到的原料粉末置于快速成型设备的原料缸中，以步骤s20）的多层二维结构作为成型顺序进行逐层成型，得到具有三维立体结构的吸波体，其中，每一层的成型过程包括：通过快速成型设备对吸波体的原料施以加热熔融作用，同时施加其磁力线与二维结构平行的磁场，使得热塑性聚合物熔融并对吸波剂粉末进行粘接包覆，且粘接包覆的吸波剂粉末在磁场作用下进行平行排列。

优选地，在所述步骤s10）中，所述液态分散介质采用乙酸乙酯或丙酮。

优选地，所述吸波剂粉末为软磁合金粉；本申请建议采用的热塑性聚合物选用在混料制粉加工时具有较好流动性表现，在快速成型时又能快速通过凝固、聚合或固化等方式实现粘接为一体的物质，同时具有良好的机械强度，具有优选地，所述热塑性聚合物采用abs、pla、hips、nylon、tpe、pc、petg以及tup中的任意一种或几种的混合；所述吸波剂粉末和热塑性聚合物的重量份比例为10-95:5-90。

优选地，所述快速成型设备采用3d激光打印机，通过激光对吸波体的原料施以加热熔融作用。

优选地，所述激光功率范围为10-200w，其工作温度范围为50-200℃。

优选地，所述磁场强度为10000-100000gs。

优选地，所述目标厚度不小于100微米。

优选地，吸波剂粉末的粒径d50范围为10-200微米。

优选地，一种吸波体，采用如上所述的制备方法制备得到。

优选地，一种如上所述的吸波体的应用，作为电子元器件或通讯设备的防护材料。

需要特别说明的是，本发明涉及的abs是指丙烯腈(a)、丁二烯(b)、苯乙烯(s)的三元共聚物，pla是polylaticacid的缩写，中文意思是指聚乳酸，hips是指高抗冲聚苯乙烯，nylon是指尼龙,其化学名为聚酰胺纤维、tpe是thermoplasticelastomer的缩写，中文意思是指1,1,2,2-四苯乙烯、pc是指聚碳酸酯、petg是polyethyleneterephthalateco-1,4-cylclohexylenedimethyleneterephthalate的缩写，中文意思是指聚对苯二甲酸乙二醇酯-1,4-环己烷二甲醇酯，tup是thermoplasticurethane的缩写，中文意思是指热塑性聚氨酯弹性体。

本发明通过3d激光打印机的快速成型原理，预先创建的吸波体三维图形作为成型目标，该吸波体三维图形被分解为目标厚度的多层二维结构，提出吸波体的原料进行逐层二维快速成型得到具有三维结构的吸波体，避免平面吸波体的拼接结构，厚度可调，同时本发明还创造性地提出在快速成型的过程中，在加热熔融作用的同时施加其磁力线与二维结构平行的磁场，使得热塑性聚合物熔融并对吸波剂粉末进行粘接包覆，且粘接包覆的吸波剂粉末在磁场作用下进行平行排列，最终确保成型得到吸波体的形状呈规整的平齐排列，具有优异的电磁波屏蔽功能，制备工序简单，易于实现规模生产；本发明的吸波体尤其适合应用作为工作环境温度较高的线缆和户外线缆的防护材料。

附图说明

图1是本发明具体实施方式下吸波体的制备方法步骤框图；

图2是本发明具体实施方式下吸波体的扫描电镜照片；

图3是本发明具体实施方式下吸波体的频率-反射率曲线图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种吸波体的制备方法，吸波体的原料包括均匀混合的吸波剂粉末和热塑性聚合物，以预先创建的吸波体三维图形作为成型目标，该吸波体三维图形被分解为目标厚度的多层二维结构；通过快速成型设备对吸波体的原料施以加热熔融作用，同时施加其磁力线与二维结构平行的磁场，使得热塑性聚合物熔融并对吸波剂粉末进行粘接包覆，且粘接包覆的吸波剂粉末在磁场作用下进行平行排列，成型得到具有三维立体结构的吸波体。

本发明实施例还公开了一种吸波体，采用如上所述的制备方法制备得到。

本发明实施例还公开了一种如上所述的吸波体的应用，作为线缆的防护材料。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

请参见图1所示，一种吸波体的制备方法，其操作步骤包括：

s10）、混料制粉：将吸波剂粉末和热塑性聚合物在混料容器中进行均匀混合，在搅拌状态下加入至液态分散介质（可以采用乙酸乙酯或丙酮或其他具有类似功能的液态分散介质）中，持续搅拌直至热塑性聚合物完全溶解，在干燥后得到原料粉末；优选地，在本实施方式中，吸波剂粉末为软磁合金粉，具体可以选用铁硅合金、铁铝合金、铁硅铝合金、铁镍合金、羰基铁粉等；热塑性聚合物采用abs、pla、hips、nylon、tpe、pc、petg以及tup中的任意一种或几种的混合；吸波剂粉末和热塑性聚合物的重量份比例为10-95:5-90，吸波剂粉末的粒径d50范围为10-200微米；具体优选地，在本实施方式中，吸波剂粉末为铁硅合金粉，热塑性聚合物采用abs；铁硅合金粉与abs的重量份比例为40:60，铁硅合金粉的粒径d50为60-80微米；

s20）、构筑3d模型：根据成型目标预先在3d激光打印机的辅助打印机的计算机系统软件中创建所需的吸波体三维图形，并将该吸波体三维图形分解为目标厚度的多层二维结构，目标厚度不小于100微米，具体可以选择为100-500微米，也可以设置大于500微米，这些都是根据实际需求来进行具体设定，本实施例对其没有特别限制；需要说明的是，本实施例中的步骤s20）也可在步骤s10）前进行，也可以与步骤s10）同时进行，该顺序变化不会影响本实施例的实施效果；

s30）、激光多层制造：将步骤s10）得到的原料粉末置于3d激光打印机的原料缸中，将3d激光打印机的激光功率范围设定为10-200w，其工作温度范围为50-200℃；然后对3d激光打印机的工作区进行预铺粉工作直至铺粉平整后，以步骤s20）的多层二维结构作为成型顺序进行逐层成型，得到具有三维立体结构的吸波体，其中，每一层的成型过程包括：通过快速成型设备对吸波体的原料施以加热熔融作用，同时施加其磁力线与二维结构平行的磁场，磁场强度为10000-100000gs，使得热塑性聚合物熔融并对吸波剂粉末进行粘接包覆，且粘接包覆的吸波剂粉末在磁场作用下进行平行排列；

优选地，本实施例还包括s40）、清洁整理：对步骤s30）得到的具有三维立体结构的吸波体进行自然冷却，除去余粉，并根据需要进行清洗、打磨或抛光等工序处理后最终得到吸波体成品。

请参见图2所示，本申请人将本实施制得的吸波体成品进行了扫描电镜观察，可以看到吸波体具有三维立体结构，且其形状呈规整的平齐排列；请进一步参见图3所示，本申请人还采用了吸波材料的反射率测试设备将本实施制得的吸波体成品进行了频率-反射率曲线检测，图3中的横坐标为频率f，单位为ghz，纵坐标为反射率reflectivity，单位为db，通过图3可明显看出，在目标频率时，反射率呈现为明显的波谷值，具有非常优异的电磁波屏蔽功能。

将本实施例的吸波体成品应用作为电子元器件或通讯设备的防护材料，尤其适合作为线缆的防护材料，特别是作为工作环境温度较高的线缆和户外线缆的防护材料。

本实施例通过3d激光打印机的快速成型原理，预先创建的吸波体三维图形作为成型目标，该吸波体三维图形被分解为目标厚度的多层二维结构，提出吸波体的原料进行逐层二维快速成型得到具有三维结构的吸波体，避免平面吸波体的拼接结构，厚度可调，同时本实施例还创造性地提出在快速成型的过程中，在加热熔融作用的同时施加其磁力线与二维结构平行的磁场，使得热塑性聚合物熔融并对吸波剂粉末进行粘接包覆，且粘接包覆的吸波剂粉末在磁场作用下进行平行排列，最终确保成型得到吸波体的形状呈规整的平齐排列，具有优异的电磁波屏蔽功能，制备工序简单，易于实现规模生产；本实施例的吸波体尤其适合应用作为工作环境温度较高的线缆和户外线缆的防护材料。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。