專利名稱：功能性材料的組成物及其制造方法和制造裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用絕緣材被覆的具有軟磁特性、電磁波吸收特性、熱傳導性等功能的功能性粒子的功能性材料的組成物及其制造。
背景技術：
功能性材料的一種即軟質鐵氧體，具有輕量、電阻高的性質，將其粉末分散到合成樹脂中形成的軟磁性樹脂組成物，被應用于變壓器、扼流圈、電感器等。
然而，使軟質鐵氧體粉末分散的軟磁性樹脂組成物，對于高電阻的成形體有利，但由于飽和磁通密度不高，對于要求高飽和磁通密度的成形體來說還遠不能稱作滿意的組成物。
另一方面，金屬軟磁性材料具有高飽和磁通密度，但存在電阻低的缺點。
因此，提出出含有合成樹脂和軟磁性材料的軟磁性樹脂組成物，作為軟磁性材料，通過將Ni-Zn鐵氧體或Mg-Zn鐵氧體的氧化物磁性體粉末、和表面上形成電絕緣層的金屬磁性體粉末組合后使用，使該軟磁性樹脂組成物具有高透磁率，并且也具有耐電壓和高飽和磁密度(例如，參考專利文獻1)。
專利文獻1特開平11-31612號公報(第2頁)包含專利文獻1所述的功能性材料組成物的現有的組成物，造粒后燒結、粉碎制成功能性粒子后，將該功能性粒子混合到樹脂中，通過噴射成形、擠壓成形、壓縮成形等形成規定形狀的成形體。該功能性粒子具有用簡單的工序就可以制造的優點，相反由于粒子間相互接觸產生電傳導性，而不能使用于不便的用途。另外，減少功能性粒子的填充量時，雖然可以減低粒子之間的接觸，但其功能也隨之下降。
因此，也提出了各種使功能性粒子的表面具有絕緣性的絕緣方法，根據這些方法，即使提高功能性粒子的填充量也能夠提高其絕緣性能，但并不一定能夠獲得適于噴射成形等的粒度，還存在以下的問題。

發明內容本發明是鑒于現有技術存在的這些問題而進行的，其目的在于，提供即使是微粉末或異形狀的粉末也能夠提高填充量，在有優異的成形性能，并且能夠廣泛應用的絕緣性和功能性均衡的功能性材料組成物及其制造方法和制造裝置。
為了達成上述目的，本發明為功能性樹脂材料，其特征在于，將多個功能性粒子被絕緣材被覆的多個功能性粒子集合體填充到樹脂中。
另外，優選為在所述多個功能性粒子中按體積比50％以下添加絕緣性功能性粒子。所述絕緣性功能性粒子也可以是功能性粒子的氧化物。
還優選為所述多個功能性粒子至少具有軟磁性特性及電磁波吸收特性中的至少一種優異特性。
另外，本發明提供一種成形體的制造方法，具有使用上述的功能性樹脂材料制造顆粒的工序；將顆粒噴射造型獲得成形體的工序。
此外，本發明提供一種功能性粒子集合體的制造方法，具有混合粘結功能性粒子和功能性粒子彼此的粘結材的混合工序；在氧化氣氛中燒成從該混合工序獲得的混合造粒粉末，同時制造多個功能性粒子被氧化被膜被覆的功能性粒子集合體的燒成工序。
此時，優選為混合造粒粉末中所占的粘結材的體積比為0.5％～10％，可以氧化氣氛中燒成混合造粒粉末之前，進行減壓除去多余的附著水分。
在燒成工序中，可以用絕緣材被覆的金屬球的粉碎球粉碎功能性粒子集合體。
另外，本發明提供一種多個功能性粒子被絕緣材被覆的功能性粒子集合體的制造裝置，其特征在于，具備具有投入粘結功能性粒子和功能性粒子彼此的粘結材的投入口的混合容器；使該混合容器旋轉的旋轉驅動機構；向所述混合容器供給氧化性氣體的氣體供給機構；對被該氣體供給機構供給的氧化性氣體進行加熱的加熱機構；對所述混合容器的內部進行減壓的減壓機構，通過從所述投入口投入功能性粒子和粘結材，用所述減壓機構對所述混合容器的內部進行減壓，通過所述旋轉驅動機構轉動所述混合容器，同時從所述氣體供給機構向所述混合容器供給氧化性氣體，再通過所述加熱機構對該氧化性氣體進行加熱后制造多個功能性粒子被氧化被膜被覆的功能性粒子集合體。
優選為混合容器被設定為中央部的直徑大于兩端部的直徑，在其內面上形成有相對于軸線傾斜的凸狀的多個粉末導件。
另外，本發明提供另外的功能性粒子集合體的制造方法，其特征在于，混合功能性粒子和具有比噴射造型溫度還要高的軟化溫度的絕緣材制成混合體，將混合體造粒后制成多數功能性粒子被絕緣材被覆的功能性粒子集合體，將絕緣材在功能性粒子集合體中所占的體積比設定為5％～30％。
這種情況下，優選為在減壓狀態下進行混合體的造粒。
根據本發明，由于將多個功能性粒子被絕緣材被覆的多個功能性粒子集合體填充到樹脂中，根據需要向多個功能性粒子中添加絕緣性功能性粒子，因此即使是微粉末或異形狀的粉末也能夠提高填充量，具有優異的成形性。另外，通用性高，并同時具備絕緣性和功能性。


圖1是本發明的功能性粒子集合體的截面圖。
圖2是本發明的其它的功能性粒子集合體的截面圖。
圖3是本發明的其它的功能性粒子集合體的制造裝置的概略截面圖。
圖4A是表示安裝在圖3的制造裝置中的混合容器的變形例的立體圖。
圖4B是表示在與圖4A的混合容器的軸線垂直的方向上進行平分時的一側壁內面的展開圖。
圖5所示為本發明的功能性樹脂材料的截面圖。
圖6所示為使用圖5的功能性樹脂材料對成形體進行成形時的方塊圖。
圖中2功能性粒子；4絕緣材；5絕緣性功能性粒子；6混合容器；8氣體供給機構；10加熱機構；12減壓機構；14排氣機構；16轉動輥；18投入口；20、22、24開關閥；26粉末導件；28樹脂；A功能性粒子集合體。
具體實施例方式
以下，參考附圖對本發明的實施方式進行說明。
圖1所示為本發明的功能性材料的組成物。作為由具有軟磁性特性、電磁波吸收特性、熱傳導性的至少一種的優異特性的多個功能性粒子2、和被覆這些功能性粒子2的絕緣材4構成的功能性粒子集合體而被造粒。
現有的功能性材料的組成物，功能性粒子的一粒一粒被絕緣材被覆，相對于此，本發明的功能性材料的組成物，多個功能性粒子2被絕緣材4被覆而構成功能性粒子集合體A，功能性粒子集合體A中的功能性粒子2不限于一粒一粒都被絕緣，也存在有的功能性粒子2和相鄰的功能性粒子2接觸的情況。
另外，如圖2所示，通過使絕緣性功能性粒子5分散在多個功能性粒子2之間，可以一定程度使功能性粒子2之間產生絕緣，繼而提高絕緣性能。
作為功能性粒子2，優選選定具有優異的軟磁性特性、電磁波吸收特性、熱傳導性的材料，例如以下所示的材料。
(1)軟磁性材料·作為純鐵軟磁性材料的金屬粉、氮化鐵粉等。
·作為鐵基合金軟磁性材料的Fe-Si-Al合金(鋁硅鐵粉(sendust))粉末、超級鋁硅鐵粉粉末、Ni-Fe合金(坡莫合金(permalloy))粉末、Co-Fe合金粉末、純鐵類軟磁性材料、Fe-Si-B類合金粉末等。
·鐵氧體類材料。
(2)電磁波吸收材料·碳類填料、碳黑、石墨、碳纖維或者其混合物。
·鐵氧體類材料。
(3)熱傳導材料·Cu、Ni、Al、Cr及其合金粉末。
·AlN、BN、Si3N4、SiC、Al2O3、BeO等陶瓷粉末。
(4)合成樹脂·聚乙烯、聚丙烯、乙烯醋酸乙烯基共聚物、離子交聯聚合物等聚烯烴。
·尼龍6、尼龍66、尼龍6/66、尼龍46、尼龍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)。
·聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)、聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate)、全芳香族聚酯等聚酯。
·聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺酰亞胺等聚酰亞胺樹脂。
·聚苯乙烯、丙烯腈一苯乙烯共聚物等聚苯乙烯樹脂。
·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樹脂。
·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樹脂。
·四氟乙烯與全氟烷基乙烯基醚共聚物、聚四氟乙烯、四氟乙烯與六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯等氟樹脂。
·聚二甲基硅氧烷等硅樹脂聚苯醚、聚醚醚酮、聚醚酮、多芳基化合物(polyarylate)、聚砜、聚醚砜等各種工程塑料。
·聚縮醛、聚碳酸脂、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯醇縮丁醛、聚丁烯、聚異丁烯、聚甲基戊烯、丁二烯樹脂、聚環氧乙烷、苯甲酰氧基聚酯(oxy benzoyl polyester)、聚對二甲苯樹脂等各種熱可塑性樹脂。
·環氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯樹脂等熱硬化性樹脂等，以及它們的兩種以上的混合物。
圖3所示為本發明的功能性粒子集合體A的制造裝置，用于氧化功能性粒子2后在其周圍形成作為絕緣材的氧化膜。該制造裝置具備圓筒狀的混合容器6、和被連接在混合容器6的一端上的氣體供給機構8及加熱機構10、和被連接在混合容器6的另一端的減壓機構(例如真空泵)12及排氣機構14。混合容器6的周面與旋轉輥16接觸，通過由驅動機構(未圖示)旋轉旋轉輥16而轉動混合容器6。另外，在混合容器6的端面，形成有用于將功能性粒子2投入到混合容器6中的投入口18。
另外，圖3中的20、22、24分別表示開關閥。
以下，對使用圖3所示的制造裝置制造圖1所示的功能性粒子集合體A的方法進行說明。
首先，從混合容器6的投入口18將多個功能性粒子2與PVA(Polyvinylalcohol)等的粘結材一起投入，開放開關閥22通過減壓機構12到使混合容器6的內部的壓力降低到規定值為止進行抽真空，從而除去投入的功能性粒子2或粘結材吸附的多余的水分。其次，停止減壓機構12關閉開關閥22，并且用驅動機構旋轉驅動旋轉輥16而使混合容器6產生旋轉。同時，打開開關閥20、24，從氣體供給機構8向混合容器6供給氧化性氣體(例如空氣、氧氣和惰性氣體的混合氣體等)。供給到混合容器6的氧化性氣體通過加熱機構10加熱，同時通過排氣機構14將填充到混合容器6中的氣體排出。
而且，功能性粒子2或粘結材中含有大量的水分，但其含量隨著季節或其它原因發生變化。由于氧化量的大小對其特性產生影響，為了事先去除設置有減壓機構12。
通過以上的工序，首先制成多數的功能性粒子2和粘結材混合后的混合造粒粉末，然后將該混合造粒粉末在氧化氣氛中燒成一體，并且將通過氧化被膜被覆的功能性粒子集合體A造粒成規定的尺寸。在這種功能性粒子集合體A的情況下，氧化被膜作為絕緣材4發揮作用。該功能性粒子集合體A被填充到樹脂中，如后所述通過噴射成形、擠壓成形、壓縮成形等制成希望形狀的成形體，但是功能性粒子集合體A的尺寸大于適合成形的尺寸的情況下，把功能性粒子2和將金屬球用絕緣材被覆的粉碎球一起投入到混合容器6中進行功能性粒子集合體A的造粒時，功能性粒子集合體A被粉碎球粉碎，變成適合成形的尺寸。
另外，如圖2所示在制造功能性粒子集合體A時，將多個功能性粒子2及粘結材與多個絕緣性功能性粒子5一起投入到混合容器6中，但為了確保規定的功能性，優選使絕緣性功能性粒子5的投入量相對于功能性粒子2的體積比為50％以下。作為絕緣性功能性粒子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結材所占的體積比優選為0.5％～10％，在0.5％以下時不能造粒，超過10％時粘結材的殘留物變多，通過氧化進行的粒子間結合變弱。
而且，圖3所示的制造裝置為將氧化被膜作為絕緣材4使用的情況的裝置，在氧化法以外的裝置中，無需設置氣體供給機構8及排氣機構14。這種情況下，將功能性粒子2和絕緣材從投入口18投入到混合容器6中，進行混合及造粒后把獲得的功能性粒子集合體A例如用噴射成形制成希望的形狀時，作為絕緣材使用具有比噴射造型溫度高的軟化溫度的熱可塑性樹脂或熱硬化性樹脂。
另外，絕緣材在功能性粒子集合體中所占的體積比被設定為5％～30％，低于5％的情況，造粒物的強度或絕緣性變得不充分，超過30％時樹脂成形品的特性下降。
此外，在減壓狀態下進行混合及造粒時，能夠防止氣泡混入到功能性粒子集合體A中。
另外，如圖3所示的裝置，用旋轉輥16使混合容器6產生旋轉，但也可以在混合容器6上安裝從動齒輪，并且向驅動機構安裝驅動齒輪，通過驅動齒輪和從動齒輪的嚙合使混合容器6旋轉。此外，在混合容器6上設置有一個投入口18，但也可以設置兩個投入口，將功能性粒子2、絕緣材等原料分別投入到混合容器6中。另外，通過加熱機構10對從氣體供給機構8供給的氣體進行加熱，但也可以鄰接混合容器6安裝加熱機構10，通過加熱機構10直接對混合容器6進行加熱。此外，也可以用三通閥對減壓機構12和排氣機構14、或者氣體供給機構8和減壓機構12進行切換。
圖4A所示為混合容器6的變形例的立體圖，圖4B所示為將此混合容器6在與軸線直交的方向上分開，展開其中一側壁時的側壁的內面。
圖4A所示的混合容器6，中央部的直徑大于兩端部的直徑，在與軸線直交的方向上分開的情況，各自呈圓錐臺的形狀。當向該混合容器6投入功能性粒子等原料旋轉造粒時，為了避免原料集中到直徑較大的中心部，如圖4B所示，在側壁的內面上，按規定的間隔形成相對于軸線僅呈規定角度θ傾斜的凸狀的多個粉末導件26。
當向該混合容器6投入功能性粒子等原料時，原料有向直徑較大的中心部聚集的傾向，混合容器6旋轉，同時原料被傾斜的粉末導件26大致一樣地分散到兩個端部，進行規定的造粒。
圖5所示為本發明的功能性樹脂材料，將造粒的多個功能性粒子集合體A填充到樹脂28中而成，如圖6所示，例如作為噴射成形等的樹脂材料被使用。
進一步詳述，使用圖3所示的制造裝置等，首先制成圖1或圖2所示的功能性粒子集合體A，將功能性粒子集合體A和樹脂28混合后制成顆粒，再通過噴射成形將顆粒制成希望形狀的成形體。
而且，也可以向樹脂28添加玻璃纖維、碳纖維等填料提高成形體的強度，向填充了熱傳導材料的樹脂28中添加碳纖維填料時，不僅能夠提高熱傳導性，還能提高電磁波吸收特性。
實施例用本發明的填充了功能性粒子集合體的功能性樹脂材料制成以下形狀的試樣，對適于絕緣性評價的交流磁特性即直流重疊特性進行了調查。
·試樣形狀內徑12.6mm外徑20.2mm
高度6.3mm(1)分別選定無定形粉末及鐵氧體粉末作為功能性粒子及絕緣性功能性粒子，選定環氧樹脂粉末作為功能性粒子的絕緣材，并選定6尼龍作為功能性粒子集合體被填充的樹脂，對其直流重疊特性進行了調查，將功能性粒子的填充率(功能性粒子在功能性粒子集合體中所占的體積率)設定為90％，將最終填充率(最終試樣中包含的功能性粒子的體積率)設定為60％，并且測量裝置、直流重疊特性及其他的條件如下所述。
·測量裝置惠普公司制造HP-4284A惠普公司制造HP-42841A(將2臺作為1組使用)·頻率10kHz·直流重疊電流10A·測量室溫23℃·測量濕度50％·無定形粉末粉末構成(Fe0.97Cr0.03)76(Si0.5B0.2)22C2平均粒徑20μm·鐵氧體粉末粉末構成(MnZn)O·Fe2O3平均粒徑5μm·功能性粒子集合體平均粒徑100μm直流重疊特性如表1所示。
(表1)

而且，直流重疊電流值為將OA下的感應數值設為100％時的值(％)，卷繞在測量試樣的銅線的繞數，設為OA下的感應數值最接近10μH的繞數。
在表1中，直流重疊特性將電流值為90％以上設為“允許可”時，也可以按50％以下的體積比添加鐵氧體粉末(絕緣性功能性粒子)。
(2)調查現有的功能性粒子和本發明的功能性粒子集合體的直流重疊特性，對兩者進行了比較檢驗。作為現有的功能性粒子采用無定形粉末粒子，相反，本發明的功能性粒子集合體與上述(1)中使用的相同，功能性粒子的填充率設定為90％。
直流重疊特性如表2所示。
(表2)

從表2可知，本發明的功能性粒子集合體相比功能性粒子具有更加優異的直流重疊特性。
(3)在本發明的功能性粒子集合體中，調查了絕緣材的填充量對直流重疊特性的影響。
將最終填充率設定為50％及60％時的直流重疊特性分別如表3及表4所示。
(表3)

(表4)

根據表3及表4可知，在功能性粒子集合體中絕緣材所占的體積比以5％～30％為適當。
而且，當絕緣材的填充量為1vol％的情況根本不能造粒。
(4)上述(1)～(3)的各測量中使用的本發明的功能性粒子集合體，與氧化法以外的方法制造的相比，在該測量中，使用圖4A所示的制造裝置(氧化法)制成功能性粒子集合體，對粘結材(PVA)的填充量對直流重疊特性施加的影響進行了調查。選定尼龍6作為功能性粒子集合體被填充的樹脂，設定最終填充率為60％。制造裝置的規格如下所述。
·氣體加熱溫度450℃·氧化氣體空氣(流量5升/分)·混合容器大徑部(中央部)直徑100mm長度150mm旋轉速度60rpm·加熱處理時間20分·減壓1Torr＝133Pa(1分)·無定形粉末粉末構成(Fe0.97Cr0.03)76(Si0.5B0.2)22C2平均粒徑150μm
直流重疊特性如表5所示。
(表5)

在表5中，粘結材的填充量為15vol％的情況，因為使OA下的感應數值最接近10μH而卷繞在測量試樣上的銅線的繞數，與粘結材的填充量在10vol％以下的情況相比相當多，所以粘結材在混合造粒粉末中所占的體積比以0.5％～10％為合適。
本發明的功能性粒子集合體，即使是微粉末或異形狀的粉末也能夠提高填充量，而且具有優異的成形性，并且應用范圍廣泛，具有均衡的絕緣性和功能性，因此可以應用于要求具有優異的軟磁性特性、電磁波吸收特性、熱傳導性的產品。
權利要求
1.一種功能性樹脂材料，其特征在于，將被絕緣材被覆的多個功能性粒子的多個功能性粒子集合體填充到樹脂中。
2.根據權利要求1所述的功能性樹脂材料，其特征在于，將絕緣性功能性粒子以體積比50％以下添加到所述的多個功能性粒子中。
3.根據權利要求2所述的功能性樹脂材料，其特征在于，所述絕緣性功能性粒子為功能性粒子的氧化物。
4.根據權利要求1～3中任一項所述的功能性樹脂材料，其特征在于，所述多個功能性粒子至少具有軟磁特性及電磁波吸收特性中的一種優異特性。
5.一種成形體的制造方法，其特征在于，具有使用權利要求1～4中任一項所述的功能性樹脂材料制造顆粒的工序、將顆粒噴射成形獲得成形體的工序。
6.一種功能性粒子集合體的制造方法，其特征在于，具有混合功能性粒子和粘結功能性粒子彼此的粘結材的混合工序、在氧化氣氛中燒成從該混合工序獲得的混合造粒粉末，同時制造多個功能性粒子被氧化被膜被覆的功能性粒子集合體的燒成工序。
7.根據權利要求6所述的功能性粒子集合體的制造方法，其特征在于，混合造粒粉末中所占的粘結材的體積比為0.5％～10％。
8.根據權利要求6或7所述的功能性粒子集合體的制造方法，其特征在于，在氧化氣氛中燒成混合造粒粉末之前，進行減壓除去多余的附著水分。
9.根據權利要求6～8中任一項所述的功能性粒子集合體的制造方法，其特征在于，在所述燒成工序中，通過用絕緣材被覆金屬球的粉碎球粉碎功能性粒子集合體。
10.一種功能性粒子集合體的制造裝置，該功能性粒子集合體被絕緣材被覆多個功能性粒子，該功能性粒子集合體的制造裝置的特征在于，具備混合容器，其具有投入功能性粒子和粘結功能性粒子彼此的粘結材的投入口；使該混合容器旋轉的旋轉驅動機構；向所述混合容器供給氧化性氣體的氣體供給機構；對被該氣體供給機構供給的氧化性氣體進行加熱的加熱機構；對所述混合容器的內部進行減壓的減壓機構，并且，通過從所述投入口投入功能性粒子和粘結材，用所述減壓機構對所述混合容器的內部進行減壓，通過所述旋轉驅動機構轉動所述混合容器，同時從所述氣體供給機構向所述混合容器供給氧化性氣體，再通過所述加熱機構對該氧化性氣體進行加熱，從而制造多個功能性粒子被氧化被膜被覆的功能性粒子集合體。
11.根據權利要求10所述的功能性粒子集合體的制造裝置，其特征在于，所述混合容器被設定為中央部的直徑大于兩端部的直徑，在其內面形成有相對于軸線傾斜的凸狀的多個粉末導件。
12.一種功能性粒子集合體的制造方法，其特征在于，是使用權利要求10或11所述的制造裝置的權利要求6～9中任一項所述的功能性粒子集合體的制造方法。
13.一種功能性粒子集合體，其特征在于，通過權利要求12所述的制造方法制造而成。
14.一種功能性粒子集合體的制造方法，其特征在于，混合功能性粒子和具有比噴射成形溫度高的軟化溫度的絕緣材制造混合體，將混合體造粒后制成多個功能性粒子被絕緣材被覆的功能性粒子集合體，將絕緣材在功能性粒子集合體中所占的體積比設定為5％～30％。
15.根據權利要求14所述的功能性粒子集合體的制造方法，其特征在于，在減壓狀態下進行混合體的造粒。
16.一種功能性粒子集合體，其特征在于，通過權利要求14或15所述的制造方法制成。
全文摘要
將多個功能性粒子被絕緣材被覆的多個功能性粒子集合體填充到樹脂中。或者，將絕緣性功能性粒子以體積比50％以下添加到多個的功能性粒子中。
文檔編號B22F3/00GK1934661SQ200580009280
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月28日 優先權日2004年3月31日
發明者松川清喬, 石原耕三, 政野和博, 田中敏和 申請人:日本科學冶金株式會社