CN105014873B - 交变磁场中聚合物基复合材料的注射成型制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了交变磁场中聚合物基复合材料的注射成型制备方法。其步骤为：1）将金属颗粒与热塑性塑料或者与热固性塑料和固化剂的混合物加热混合均匀；2）将原料在一定压力下注射入模具，注射温度为140～260℃，在模具处施加交变磁场，样品位于交变磁场线圈端部，电流强度为0.1～20A，电流频率为10²～10⁵Hz；3）保压一段时间后，塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外，得到产品。本发明方法的优点是：利用成熟的注射成型方法制备聚合物基复合材料，通过调整电流强度、频率及其它制备工艺参数，可以在很大的厚度范围内方便地制备出成分连续变化且可控的复合材料。

Description

交变磁场中聚合物基复合材料的注射成型制备方法

技术领域

本发明涉及交变磁场中聚合物基复合材料的注射成型制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

聚合物基复合材料是以高分子为基体与增强材料复合而成的一类复合材料。由于其质量轻、加工容易，并且可以根据需要进行设计等，已越来越引起人们的注意。聚合物基复合材料的聚合物基体分为橡胶类、热固性树脂和热塑性树脂类三种。橡胶类的集体包括天然橡胶与合成橡胶，以后者为主。热固性树脂一般用环氧树脂，加工稳定性和综合性能较好。热塑性树脂对材料的耐热性和耐化学性等有影响。

注射成型塑料在注塑机加热料筒中塑化后，由柱塞或往复螺杆注射到闭合模具的模腔中形成制品的塑料加工方法。此法能加工外形复杂、尺寸精确或带嵌件的制品，生产效率高。注射成型几乎适用于所有的热塑性塑料。注射成型也成功地用于成型某些热固性塑料。注射成型的成型周期短(几秒到几分钟)，成型制品质量可由几克到几十千克，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的模塑品。因此，该方法适应性强，生产效率高。用于注塑的物料须有良好流动性，才能充满模腔以得到制品。

聚合物基复合材料在使用过程中经常使用金属材料作为增强体，在实际使用过程中，我们经常需要金属增强体在聚合物中不均匀分布，以实现特殊性能要求。我们发现，金属增强复合材料中金属组元具有良好的导电性，而聚合物基体基本是绝缘体，因此可以利用组元不同的电性能，通过交变磁场控制金属组元在体系内的分布来制备聚合物基复合材料。我们小组在注射成型基础上，利用交变磁场控制金属组元的移动，成功制备出了成分连续的聚合物基复合材料。

本发明的原理是：金属材料通常具有良好的导电性，在交变磁场中会因磁场的连续变化而在材料内部产生感应电流，根据楞次定律判断，感生电流产生的磁场应该是阻碍内部磁通的变化。因此，感生磁场与交变磁场会产生力的作用，磁力F的大小为：

其中，V是颗粒体积，M为颗粒感生磁化强度，gradH为磁场梯度。磁化强度M与输入电流强度直接相关，电流强度越大，则感生磁化强度越大。磁场梯度与颗粒所处的位置有关：在线圈内部中央位置，磁场分布均匀，磁场梯度为零，因此颗粒受到的磁力为零；在线圈端部位置，磁场梯度最大，在该位置处，金属颗粒受到的磁力最大。因此，金属颗粒受到磁力的大小与电流强度、交变磁场的频率以及金属在磁场中的位置有关系。聚合物材料通常电阻率很高，在交变磁场中不会有涡流产生，因此不受交变磁场影响。于是，基于金属和聚合物组元对交变磁场不同的相应，可以采用交变磁场控制金属组元在复合体系内的分布，通过注射成型法制备聚合物基复合材料。

本发明突出的优点就是利用成熟的注射成型方法制备聚合物基复合材料，通过调整电流强度、频率等工艺参数，可以方便地制备出成分连续变化且可控的复合材料。

发明内容

本发明的目的是提供交变磁场中聚合物基复合材料的注射成型制备方法。

它的步骤为：

步骤1）原料准备

在100份的热塑性塑料或者热固性塑料与固化剂的混合物中加入5～100份金属颗粒，在120～240℃混合均匀；

所述的热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等；

所述的热固性塑料为不饱和聚酯树脂、环氧树脂和酚醛树脂等；

所述的固化剂为聚酰胺、六次甲基四胺和苯乙烯等；

所述的金属颗粒为Cu、Al、Ag、Mg、Zn、Fe等；

步骤2）交变交变磁场中注射成型

将原料在一定压力下注射入模具，注射温度为140～260℃，在模具处施加交变磁场，样品位于交变磁场线圈端部，电流强度为0.1～20A，电流频率为10²～10⁵Hz；

交变磁场由线圈通交变电流产生。受交变磁场作用，导电性的金属内部产生感生电流，进而产生感生磁场，感生磁场与初生磁场之间的相互作用使金属受到驱动，进而在体系中形成成分梯度。降低交变电流强度和频率，金属组元受到的驱动力降低，成分梯度减小。提高交变电流强度和频率，金属组元受到的驱动力增大，成分梯度则增大。调整电流强度为0.1～20A，电流频率为10²～10⁵Hz；

步骤3）冷却、脱模

保压一段时间后，塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外，得到产品。

制备的样品经电子探针分析，金属组元在体系内部呈连续梯度分布。

本发明的优点是：

1）通过施加交变磁场，可以在很大成分范围内制备出聚合物基复合材料；

2）改变电流强度、电流频率，可以控制材料内组分的分布梯度；

3）利用成熟的工艺注射成型方法使制备梯度材料的手续简化、成本降低。

具体实施方式

实施例1：

步骤1）原料准备

在100份的聚乙烯中加入5份金属Cu颗粒，在120℃混合均匀；

步骤2）交变磁场中注射成型

将原料在一定压力下注射入模具，注射温度为140℃，在模具处施加交变磁场，样品位于交变磁场线圈端部，电流强度为0.1A，电流频率为10²Hz；

步骤3）冷却、脱模

保压一段时间后，塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外，得到产品。

实施例2：

步骤1）原料准备

在100份的聚丙烯中加入20份金属Al颗粒，在160℃混合均匀；

步骤2）交变磁场中注射成型

将原料在一定压力下注射入模具，注射温度为180℃，在模具处施加交变磁场，样品位于交变磁场线圈端部，电流强度为1A，电流频率为10³Hz；

步骤3）冷却、脱模

保压一段时间后，塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外，得到产品。

实施例3：

步骤1）原料准备

在100份的聚苯乙烯中加入50份金属Ag颗粒，在180℃混合均匀；

步骤2）交变磁场中注射成型

将原料在一定压力下注射入模具，注射温度为200℃，在模具处施加交变磁场，样品位于交变磁场线圈端部，电流强度为3A，电流频率为10⁴Hz；

步骤3）冷却、脱模

保压一段时间后，塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外，得到产品。

实施例4：

步骤1）原料准备

在100份的不饱和聚酯树脂与聚酰胺的混合物中加入70份金属Zn颗粒，在200℃混合均匀；

步骤2）交变磁场中注射成型

将原料在一定压力下注射入模具，注射温度为220℃，在模具处施加交变磁场，样品位于交变磁场线圈端部，电流强度为5A，电流频率为10⁵Hz；

步骤3）冷却、脱模

保压一段时间后，塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外，得到产品。

实施例5：

步骤1）原料准备

在100份的环氧树脂与六次甲基四胺的混合物中加入100份金属Mg颗粒，在240℃混合均匀；

步骤2）交变磁场中注射成型

将原料在一定压力下注射入模具，注射温度为260℃，在模具处施加交变磁场，样品位于交变磁场线圈端部，电流强度为10A，电流频率为10³Hz；

步骤3）冷却、脱模

保压一段时间后，塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外，得到产品。

实施例6：

步骤1）原料准备

在100份的酚醛树脂与苯乙烯的混合物中加入10份金属Fe颗粒，在180℃混合均匀；

步骤2）交变磁场中注射成型

将原料在一定压力下注射入模具，注射温度为200℃，在模具处施加交变磁场，样品位于交变磁场线圈端部，电流强度为20A，电流频率为10⁵Hz；

步骤3）冷却、脱模

保压一段时间后，塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外，得到产品。

以上各实施例中，所制备的样品经电子探针分析发现，在材料内部金属组元均呈连续梯度分布。

Claims (1)

1.交变磁场中聚合物基复合材料的注射成型制备方法，其特征在于它的步骤为：

步骤1）原料准备

在100份的热塑性塑料或者热固性塑料与固化剂的混合物中加入5～100份金属颗粒，在120～240℃混合均匀；

所述的热塑性塑料为聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯；

所述的热固性塑料为不饱和聚酯树脂、环氧树脂或酚醛树脂；

所述的固化剂为聚酰胺、六次甲基四胺或苯乙烯；

所述的金属颗粒为Cu、Al、Ag、Mg、Zn；

步骤2）交变磁场中注射成型

将原料在一定压力下注射入模具，注射温度为140～260℃，在模具处施加交变磁场，样品位于交变磁场线圈端部，电流强度为0.1～20A，电流频率为10²～10⁵Hz；

所述的交变磁场由线圈通交变电流产生；

步骤3）冷却、脱模

保压一段时间后，塑件冷却到一定的温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外，得到产品。