Магнитодиэлектрическая композиция Советский патент 1992 года по МПК H01F1/22 

Изобретение относится к области химии и металлургии, в частности к созданию магнитодиэлектрических композиций, которые наносят по лаковой технологии на пластмассовые подложки или из которых формуют изделия, и может

быть использовано в радиотехнической и электронной промышленности, вычисли- Уельной технике, например, для обеспечения эффективного экранирования от действия электромагнитных волн.

Известна композиция низкой плотности, поглощающая электромагнитное излучение, содержащая ч. твердого термопластичного синтетического диэлектрика ТСД, сополимер стирола и бутилакрилата) и 10-85 ч. смеси коллоидно-диспергированного в ТСД поглотителя электромагнитного излучения (ЭМИ) с размером частиц 0,01-0,7 мкм - окись магнитного металла (Fe-jC) и порошка с размером частиц z-чи мкм, рассеивающего ЭМИ, например карбонильное железо.

Указанная композиция имеет плотность 1,,0 г/см3, тангенс угла магнитных потерь tgft| 0,05, магнитная проницаемость (U 2,5 при частоте 1и9Гц.

Недостатком известной композиции является невозможность получения большого значения величины магнитной проницаемости, что не может обеспечить эффективное экранирование объекта.

Известна магнитодиэлектрическая масса, представляющая собой композицию ферромагнитного порошка (карбонильного железа) со связующим диэлектриком на основе полистирола, полиизобутиле- на и пластификатора. Магнитодиэлект- ричесуая масса предназначена для изготовления деталей, применяемых в радиоаппаратуре, методом горячего прессования при 1 5-1бО°С, удельном давлении 200-300 кгс/см2, с воздушным охлаждением до комнатной температуры. Значения величины магнитной проницаемости магнитодиэлектрической массы, исследуемой при частоте Гц, лежат в пределах Пл 2,-3,2, диэлектрическая проницаемость Ј 8-22; tgJU13 J.-0,9, тангенс угла диэлектрических потерь tgЈ 0,01-0,08.

Как видно из представленных данных, известная магнитодиэлектрическая масса также не позволяет получать материал с высоким значением величины магнит-- ной проницаемости даже при высокой частоте ( Гц),что ограничивает ее использование в качестве экранирую- щего материала в широком диапазоне частот,

Известна композиция для защиты от электромагнитного излучения электрон

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ного оборудования, которая содержит полимер и наполнитель, в состав которого входит 80,,5 ч. карбонильного никеля с размером частиц Јt 5 мкм или в виде чешуек диаметром 80 мкм и 0,,0 ч. технического углерода с размером частиц 1 мкм и/или

графита с размером частиц 10 мкм. На образцы из АБС-пластика наносят композицию, полученную смешением 50 г органического растворителя, 18 ч. полимерного пленкообразующего, 2 ч. технического углерода (размер частиц 0,1 мкм) и 98 ч, никеля карбонильного (размер частиц 2,Ь мкм). После сушки в течение 24 ч при 20°С получают покрытие толщиной 50 мкм с хорошей адгезией и экранирующей способностью. Согласно известной рецептуре, была приготовлена композиций, содержащая 18 г полимерного связующего - полистирола, являющегося хорошим пленкообразующим и наиболее совместимым по физико-химическим свойствам с АБС- пластиком, представляющим собой сополимер стирола с акрилонитрилом и 1,3- бутадиеном, 2 ч. технического углерода (размер частиц 0,5 мкм), 98 ч. карбонильного никеля (размер частиц 2,5 мкм) и 50 г толуола, что составляет в пересчете на масД:

Полистирол11,0

Технический углерод1 ,U

Карбонильный никельр8,0

Толуол30,0

После нанесения композиции кистью на образцы из АБС-пластика и сушки при 20+jZ°C в течение 24 ч получили покрытие толщиной 50 мкм, значение величины магнитной проницаемости ГМ 2,2-3,2 при частоте 50-1200 МГц. Недостатком известной композиции является невозможность достижения больших значений величины магнитной проницаемости в широком диапазоне частот.

Цель изобретения - повышение экранирующей способности композиции путем повышения магнитной проницаемости последней.

Поставленная цель достигается тем, что магнитодиэлектрическая композиция содержит сополимер метилме- такрилата и бутилметакрилата с молярным соотношением 1:3, ферромагнитные порошки металлов - карбонильный никель с размерам частиц 1-3U мкм, карбонильное железо с размером частиц

1-4} мкм, электролитическое железо с размером частиц 0, MKM и ксилол и/или толуол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбонильный никель28-32

Карбонильное железо

с размером частиц

1-45 мкм26,0-30, 5

Электролитическоеf

железо с размером

частиц 0,5-1,0 мкм 1,0-4,0

Сополимер метилметакрилата и бутилметакрилата с молярным

соотношением 1:38-11

Ксилол и/или толуол Остальное

В магнитодиэлектрической композиции используют в качестве дисперсного наполнителя ферромагнитные порошки ме металлов различной природы, дисперсности и формы частиц, которые после введения их в раствор сополимера ме- тилметакрилата и бутилметакрилата с молярным соотношением 1:3 образуют композицию, не требующую введения других компонентов для отверждения или структурирования и высокотемпературной сушки„

Использование в качестве дисперсных наполнителей именно трех ферромагнитных порошков металлов различной природы , FeKop5 и NiKQpg-, дисперсности (размер частиц 0,5 1,0 мкм, 1-30 мкм, - 45 мкм) и формы (частицы Геэл дендритной разветвленной формы, Ni.g- бесформенные агрегаты, FeKCJpg круглой формы), способствует более равномерному распределению их в полимерном связующем - сополимере метилметакрила та и бутилметакрилата, который полностью изолирует металлические частиц одна от другой о При нанесении композиции на пластмассовые подложки (АБС - пластик, ударопрочный полистирол, полиметилметакрилат, МСН-сополимер и др„) происходит набухание и растворение поверхностного слоя подложки и благодаря хорошей совместимости связующего - сополимера метилметакрилата и бутилметакрилата с материалом подложек за счет взаимного проникновения их поверхностей обеспечивается прочно сцепление и высокая адгезия. При высыхании композиция.не претерпевает химических превращений и образует маг- нитодиэлектрическое покрытие в результате физического процесса - испарения

5

0

5

0

5

0

5

0

5

органического растворителя. Испарение растворителя в процессе сушки приводит к образованию плотноупакованной коагуляционной структуры, которая обеспечивает сплошное, ровное покрытие, дающее высокие значения величины магнитной проницаемости ГЦ 6,Ь-11,6. при частоте 50-1200 МГц.

Композицию готовят путем смешения ферромагнитных наполнителей - порошков металлов (NiKqp5, Fe kqps и еэл ) различного состава с последующим введением их в раствор сополимера метилметакрилата и бутилметакрилата с мо- , лярным соотношением 1:3 в ксилоле при определенном соотношении компонентов до образования суспензии и доведением ее до условной вязкости с добавлением толуола и/или ксилола.

Композицию наносят без дополнительной обработки на пластмассовые подложки (например АЬС-пластик) намазыванием кистью или пневматическим распылением „ Сушку осуществляют при комнатной температуре (20+2°С) в течение 1-3 ч и выдерживают 12 ч до проведения электрофизических измерений. После высыхания получают однородное, ров- рое, сплошное, матовое магнитодиэлект- рическое покрытие черного цвета, прочно прилегающее к поверхности пластмассовой подложки.

Предлагаемый интервал содержания ингредиентов, входящих в состав композиции, выбран из условий, обеспечивающих получение магнитодиэлектричес- кого материала, имеющего повышенные значения магнитной проницаемости (табл. 1, примеры 1-8).

При содержании Н1к„р5-ниже предлагаемого предела, например 25 масД (табл. 1, пример 11), или выше (пример 12) при содержании FeKQfs- и реэл в предлагаемых пределах значения величины магнитной проницаемости находятся на уровне значений гц известной композиции.

Содержание Fe кор выше (пример 10) или ниже (пример 9/ предлагаемых количеств при предлагаемом содержании М1кс,р$и реэл приводят к ухудшению качества покрытий - появляются неровности, шероховатость, а также понижение значения магнитной проницаемости.

Электролитическое железо благодаря высокой удельной поверхности ( л- 56 ) и малому размеру частиц

7174286Ь,5-1,0 мкм) выполняет функцию струк- Fe 9

(К (т Гекар гаемо ранен Fe 9/1 ухудш тия и ховат высок

турирукхцего , повышающего вязкость композиции, предотвращает быстрое ее расслоение, улучшает качество покрытия. Поэтому снижение содержания Fe3A, например, до 0,5 мае % при сохранении концентраций Н1Кар8и FeKOpg (пример 13) ускоряет расслаивание ком позиции .в процессе ее нанесения и уменьшает значение /U . Повышение содержания Fe эл например, до 4,5 мас.% при сохранении содержаний Ni квр$и FeKclp5- (пример 14) приводит также к снижению величины пд .

Использование сополимера метилмета крилата с бутилметакрилатом при запредельных значениях концентраций, например 7 и 12 масД при сохранении предлагаемых содержаний ферромагнитных наполнителей не обеспечивает достаточную изоляцию металлических частиц в случае понижения содержания сополимера (табл„ 1, пример 15) и значение величины магнитной проницаемост не повышается, в случае роста содержания сополимера (пример 16) значительн повышается вязкость композиции, что ухудшает ее реологические свойства, понижается содержание, металлических наполнителей по отношению к сополимер и значение величины магнитной проницаемости .

Выбор ферромагнитных порошков карбонильного железа и никеля и электролитического железа различной дисперсности.обусловлен получением равномерного, гладкого, сплошного покрытия из композиции, не оседающей в процессе нанесения, а также способствует повышению значений величины магнитной проницаемости покрытий, что подтверждается данными табл. 2.

При использовании с размером частиц ниже предлагаемых (0,2-0,5мкм при сохранении дисперсности NiK(jpg. ухудшается качество покрытий, так как появляется растрескивание, и понижается значение /и (табл„ 2, пример 6). Увеличение размеров частиц Fe до 1-2 мкм при сохранении дисперсности i приводит к расслоению композиции, ухудшению качества покрытий и понижению значения (табл. 2, пример /)

При использовании РевдрЈс размером частиц ниже предлагаемого предела, например 0,2-1,0 мкм, при сохранении интервалов дисперсности)

Fe 9

0

5

0

5 лата ,

35

не происходит роста значения (К (табл 2, пример 2). Использование Гекар5с Размером частиц выше предлагаемого предела (45-101) мкм) при сохранении размеров частиц Fe 9/1 (табл. 2, пример 3) приводит к ухудшению качества композиции, покрытия из нее получаются неровные, шероховатые, магнитная проницаемость невысокая с

Запредельные значения размеров частиц Ni.Kapjj-0,2-1,0 и 30-60 мкм при сохранении дисперсности FeWpgH Fe-эл. (примеры Ч и 5 соответственно) приводят к ухудшению качества покрытий ввиду комкуемости очень мелких частиц и шероховатости и неровности крупных и к понижению значения (Ц .

Композицию готовят следующим образом с

Для приготовления 100 г композиции берут 13,7 г 65%-ного раствора сополимера метилметакрилата и бутилметакри- лата с молярным соотношением 1:3 в ксилоле, добавляют 24,8 г толуола и вводят в последний тщательно перемешанные порошки NiKap$, Fe KQpg- и Fe ЭА в количестве 28,0; 30,5 и 3,0 г соответственно. Равномерно все переме-вмешивают сначала агатовым пестиком,а затем с помощью магнитной мешалки, получают композицию при следующем содержании компонентов, мас.%:

Карбонильный никель28,0

Карбонильное железо с размером частиц

1-45 мкмJ0,5

Электролитическое железо с размером частиц 0,5-J мкм3,0

Сополимер метилметакрилата в бутилметакрилата с мольным соотношением 1:3У,0 .

кситюл и толуол29,5

Условную вязкость композиции определяют по вискозиметру ВЗ-4 (0 сопла А мм), она составляет 20 с.

Композицию наносят без дополнитель- 50 ной обработки на пластмассовые подложки из АБС-пластика намазывание.м кистью. Сушку осуществляют при комнатной температуре (20+2°С) в течение 3 ч и выдержке 12 ч перед проведе- 55 нием измерений толщины магнитодиэлект- рического покрытия и его электрофизических характеристик. Толщина слоя 40 мкм, адгезия покрытия к пластмассовой подложке 1 балл. Магнитная про40

45

ницаемость при частоте 50 МГц составляет 6,0, а при частоте 1200 МГц 11,0, тангенс угла магнитных потерь tg(Us 0,38 - 0,4 соответственно, по верхностное сопротивление покрытия 24«103 Ом.

Предлагаемая композиция позволяет получать магнитодиэлектрическое покции путем повышения магнитной прони-- цаемости, она дополнительно содержит ферромагнитные порошки железа карбонильного с размером частиц 1-45 мкм и железа электролитического с ра.змером частиц 0,5-1 мкм, а в качестве полимерного связующего - сополимер метил- мет акрилата и бутилметакрилата с мо

рытие, обеспечивающее защиту от элект-ю лярным соотношением 1:3 и в качестве

растворителя-ксилол и/или толуол при следующем содержании компонентов, -мае Л:

Карбонильный никель28-32

15 Железо карбонильное с размером части ц

1-45 мкм 26,0-30,5

Железо электролитическое с размером

20частиц 0,5-1,0 мкм 1,0-4,0

Сополимер метилмета- крилата и

бутилметакрилата с

молярным соотноше25нием 1:38-11

Ксилол и/или толуолОстальное

ромагнитного излучения электронного оборудования, при этом по сравнению с известной композицией увеличивается значение величины магнитной проницаемости с 2,4 и 3,5 до 6,6-11,5, т.е. в три раза, и повышается степень поглощения .

Формула изобретения

Магнитодиэлектрическая композиция, содержащая термопластичное полимерное связующее, наполнитель - карбонильный никель и растворитель, отличающаяся тем, что, с целью повышения экранирующей способности компози-11

17 2868

Примечание. Состав: композиций, мае,

мер 1D; толуол 29,0.

12 Таблица 2

РеЭЛ 3; сополи