一種磁性漿料及其制備與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種磁性漿料及其制備與應(yīng)用。 (二)
【背景技術(shù)】
[0002] 3D噴墨印技術(shù)是一種增材制造 (Additive Manufacturing)技術(shù)，是信息化技術(shù)、 智能化制造和新材料科學(xué)結(jié)合的一種新興的快速成型技術(shù)。3D噴墨打印不需要模具和后續(xù) 加工，被認(rèn)為有可能改變制造業(yè)的未來，因而越來越引起各國政府和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。3D噴墨 打印的位置精度和尺寸精度在各種快速成型技術(shù)中最高，通過采用多個噴頭可以方便地實 現(xiàn)多材質(zhì)的打印，因而最適合于制造高精度、多材質(zhì)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的目標(biāo)物。
[0003] 以集成電路板(PCB板)為例，如今PCB板均是以厚膜印刷和薄膜印刷的方式進(jìn)行制 造。它們各有自己的優(yōu)劣勢所在:薄膜印刷通過減法間接工藝制造 PCB板，"三廢"問題尤其 是廢水問題嚴(yán)重，單層制備，對化學(xué)腐蝕敏感，成本高，但是在制作精度上遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于厚膜印 刷且材質(zhì)均勻性好;厚膜印刷以加成法直接工藝制造 PCB板，成本低、"三廢"問題不突出，對 苛刻環(huán)境穩(wěn)定，多層制備，但是精度低，線條精細(xì)度差，材質(zhì)均勻性差。而如若用3D噴墨打印 的方式來進(jìn)行PCB板的制造，不僅可以綜合雙方的優(yōu)勢，還可以弱化雙方劣勢所在。但是也 不可否認(rèn)，其成本相對于薄膜印刷還是會有一定的提高，性能也弱于有燒結(jié)過程的厚膜印 刷技術(shù)。
[0004] 利用3D噴墨打印技術(shù)實現(xiàn)多種材料的3D打印的前提條件是要有可以用于3D噴墨 打印的各種材質(zhì)的均勻漿料體系，要打印具有電子功能的目標(biāo)物，就需要有適用于3D噴墨 打印的電子漿料以打印導(dǎo)線、電阻、電容、電感、半導(dǎo)體等各種電子元器件。這方面的研究目 前國際上還非常少見。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中對于用于噴墨打印的電子漿料類的研究，尤其是導(dǎo)電漿料的研究，還 是屢見不鮮的。如專利CN 101560349A公開發(fā)表了一種噴墨導(dǎo)電墨水的制備方法，專利CN 101547980A公開發(fā)表了一種高電阻率噴墨墨水組合物的制備方法等。但是這些發(fā)明都是針 對于薄膜印刷開發(fā)的。真正用于3D噴墨打印的電子漿料研究極為罕見。 (三)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中沒有制作導(dǎo)磁零件的3D噴墨打印材料，提供了一種 可用于3D噴墨打印的高固含量磁性漿料及其制備方法與應(yīng)用。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0008] 本發(fā)明提供一種磁性漿料，所述磁性漿料由如下質(zhì)量比的原料組成:光熱雙重固 化樹脂1份，稀釋劑1.5~4份，磁粉0.5~5份;所述光熱雙重固化樹脂為含丙烯酸基樹脂;所 述稀釋劑沸點80°C~180°C、粘度ImPa · s~2mPa · s、表面張力20mN/m~30mN/m，易揮發(fā);所 述磁粉粒徑小于lMi，優(yōu)選0· 1~Ιμπι。
[0009] 所述光熱雙重固化樹脂優(yōu)選為環(huán)氧丙烯酸樹脂、聚酯丙烯酸酯、聚醚丙烯酸酯或 脂肪族環(huán)氧樹脂。光熱雙重固化樹脂是指既可以單獨進(jìn)行光固化，又可以單獨進(jìn)行熱固化 的樹脂。這里選用該類樹脂作為固化基體是因為磁粉的加入會影響光的傳播，這樣內(nèi)層難 以固化部分就可以用熱固化來進(jìn)行彌補。稀釋劑為所選光熱雙重固化樹脂的良好溶劑，在 漿料中的作用為溶解樹脂并使樹脂充分分散，使?jié){料有一個合適的粘度以達(dá)到3D噴墨打印 的流變性要求。稀釋劑性能要求為：沸點80°C~180°C，粘度ImPa · s~2mPa · s，表面張力 20mN/m~30mN/m，較易揮發(fā)，優(yōu)選為乙醇、丙二醇甲醚醋酸酯或異丙醇。磁粉的加入是為了 讓漿料具有磁性，從而可以使所打印的零件具有磁性，拓展3D噴墨打印的應(yīng)用范圍，要求磁 粉的粒徑在Ιμπι以下。
[0010] 進(jìn)一步，所述磁性漿料還包括〇. 01-0.07份觸變劑，所述觸變劑為觸變劑MT6900-20X，優(yōu)選購自太原美特翔科技有限公司。觸變劑是一種分散在溶液中以后通過氫鍵/分子 間作用力等非化學(xué)鍵建立起空間三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的助劑，其作用是為漿料在存放過程中提供 穩(wěn)定性，由于其空間結(jié)構(gòu)并非化學(xué)鍵所建立，在一定外力作用下，仍然能夠回復(fù)粘度以保證 漿料符合3D噴墨打印要求。其性能要求為:與所選稀釋劑具有良好的相容性，能夠快速建立 三維結(jié)構(gòu)，受力作用后其粘度變化明顯。
[0011]進(jìn)一步，所述磁性漿料還包括〇. 005-0.02份光引發(fā)劑，所述光引發(fā)劑為2，4，6-三 甲基苯甲?；?二苯基氧化膦，簡稱ΤΡ0。光引發(fā)劑為通過吸收一定光波長的能量分解成自 由基，然后自由基引發(fā)組分中的單體、預(yù)聚體、官能團(tuán)進(jìn)行聚合反應(yīng)。這里光引發(fā)劑是為了 漿料中的樹脂在紫外光照下進(jìn)一步進(jìn)行交聯(lián)固化反應(yīng)。光引發(fā)劑要求為:最佳吸收波長在 400nm~300nm。
[0012] 進(jìn)一步，所述磁性漿料由如下質(zhì)量配比的原料組成：光熱雙重固化樹脂1份，稀釋 劑1.5~4份，磁粉0.5~5份，觸變劑0.01-0.07份，光引發(fā)劑0.005-0.02份;更優(yōu)選所述磁性 漿料由如下質(zhì)量配比的原料組成:光熱雙重固化樹脂1份，稀釋劑2~3份，磁粉1~3份，觸變 劑0.03-0.07份，光引發(fā)劑0.01-0.02份。
[0013] 進(jìn)一步，對磁粉進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚韺⒂欣跐{料得到更好的流變性，漿料的固 化產(chǎn)物性能也將有所提高，所述磁粉為表面處理劑改性磁粉，所述表面處理劑為十二烷基 磺酸鈉、正硅酸乙酯、對羥基苯甲酸甲酯或3,4_二羥基苯乙酸;所述表面處理劑改性磁粉制 備方法為:將表面處理劑溶解在體積濃度60%的乙醇水溶液中，充分?jǐn)嚢枞芙馔耆?，浸入?粉（乙醇水溶液體積用量以能夠完全浸濕磁粉即可），保證乙醇水溶液的液面高于磁粉層 面，充分?jǐn)嚢铦櫇窬鶆?，?0°C恒溫箱中反應(yīng)6小時，每隔2小時對其進(jìn)行攪拌并添加體積濃 度60 %的乙醇水溶液至液面高于磁粉液面，之后將混合物轉(zhuǎn)移到110°C的恒溫干燥箱中進(jìn) 行干燥，獲得表面處理劑改性磁粉;所述磁粉與表面處理劑的質(zhì)量比為100:2。
[0014] 本發(fā)明提供一種所述磁性漿料的制備方法，所述方法為:將各組分按配方量混合， 超聲分散，攪拌均勻，獲得所述磁性漿料，優(yōu)選將光熱雙重固化樹脂加入到稀釋劑中，充分 攪拌使溶解完全，向溶液中加入磁粉，充分?jǐn)嚢韬?，超?分鐘，使磁粉充分潤濕分散，用質(zhì) 量守恒法補充因揮發(fā)而損失的稀釋劑，攪拌均勻，密封保存，得到產(chǎn)品。
[0015]如果適當(dāng)?shù)奶砑佑|變劑將有利于漿料的穩(wěn)定，具體的制作步驟如下:按配方量，將 光熱雙重固化樹脂加入到稀釋劑中，充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙馔耆偌尤胗|變劑(必要時可以用 機械攪拌效果更好），充分?jǐn)嚢柚寥芤褐锌床坏矫黠@顆粒物，靜置形成均一溶膠為止，攪拌 均勻，再加入磁粉，充分?jǐn)嚢韬?，超?分鐘，使磁粉充分潤濕分散，攪拌均勻，獲得磁性漿 料。
[0016] 如果適當(dāng)?shù)奶砑庸庖l(fā)劑將有利于漿料更快的進(jìn)行光固化，具體的制作步驟如 下：按配方量，將光熱雙重固化樹脂加入到稀釋劑中，充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙馔耆?，然后加入?引發(fā)劑，充分?jǐn)嚢枋蛊淙芙馔耆?，再加入觸變劑，充分?jǐn)嚢柚寥芤褐锌床坏矫黠@顆粒物(必 要時可以用機械攪拌效果更好），靜置形成均一溶膠為止，攪拌均勻，再加入磁粉，充分?jǐn)嚢?后，超聲5分鐘，使磁粉充分潤濕分散，攪拌均勻，獲得磁性漿料。
[0017] 此外，本發(fā)明還提供一種所述磁性漿料在3D噴墨打印磁性零件中的應(yīng)用。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果主要體現(xiàn)在：
[0019] 本發(fā)明所述磁性漿料選用光熱雙重固化樹脂作為固化基體，可以用熱固化來彌補 因填料對光散射、折射、吸收而造成的不能深度固化。同時，以稀釋劑/觸變劑相互調(diào)節(jié)的辦 法，使本漿料保證3D噴墨打印噴射要求的同時又具有良好的穩(wěn)定性。
[0020]本發(fā)明采用3D噴墨打印的方式制作磁性零件，可實現(xiàn)磁性零件的創(chuàng)意制作的多元 化，將3D打印的領(lǐng)域由食品領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域拓寬到食品、醫(yī)學(xué)、工業(yè)領(lǐng)域，使3D打印的應(yīng)用性 進(jìn)一步增加。此外，這種稀釋劑/觸變劑共同調(diào)節(jié)的辦法，可以大大提高最終零件中磁粉的 固含量，從而減小打印零件與傳統(tǒng)制造件在功能上的差異。
[0021]電機定子通常是由硅鋼片（或其他磁材料的片層）壓制而成的，而非鑄成一個整 體，那是因為用這種方式可以大大減小渦流損耗。在傳統(tǒng)的生產(chǎn)中，硅鋼片不可能做得太 薄，因為那會影響生產(chǎn)效率。但是，用我們的漿料，配以3D噴墨打印的方式，可以將層厚減小 到微米級別，使渦流損耗進(jìn)一步降低。 (四）【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于 此：
[0023]本發(fā)明實施例所用磁粉粒徑0.2~1.1微米，制備方法參考:浙江工業(yè)大學(xué)磁電功 能材料研究所制備，Liang Qiao，Mengbo Zhou，Jingwu Zheng，Yao Ying，Shenglei Che