CN108102366A - 一种用于塑料的热塑性铝合金及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于塑料制备领域,提供一种用于塑料的热塑性铝合金及制备方法,将铝合金粉末加入可溶性的聚酰亚胺溶液中经过滤干燥后,用激光照射处理后,再与热塑性树脂聚酰胺加入双螺杆进行共混,制得具有热塑性的铝合金,被聚酰亚胺包覆的铝合金粉末,通过激光处理,铝合金粉和聚酰亚胺会发生熔融混合在一起,冷却后聚酰亚胺能够镶嵌进入铝合金中,并且聚酰亚胺通过激光作用,发生自交联。在铝合金表面形成一层牢固的聚合物包覆层,聚酰亚胺与聚氨酯树脂通过氢键作用,聚氨酯树脂牢固的包覆在铝合金粉末表面,解决了铝合金粉末与塑料不相容问题,提高铝合金在塑胶中的填充量。
Description
技术领域
本发明属于塑料制备领域,具体涉及一种用于塑料的热塑性铝合金及制备方法。
背景技术
热塑性塑料,指具有加热软化、冷却硬化特性的塑料。我们日常生活中使用的大部分塑料属于这个范畴。加热时变软以至流动,冷却变硬,这种过程是可逆的,可以反复进行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛,聚碳酸酪,聚酰胺、丙烯酸类塑料、其它聚烯侵及其共聚物、聚讽、聚苯醚,氯化聚醚等都是热塑性塑料.热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构,分子链之间无化学键产生,加热时软化流动.冷却变硬的过程是物理变化。
一般热塑性塑料中的高聚物分子量可达到几十万到几百万,大分子链长度可达到10^-3mm。这些大分子可以是线性的,如LLDPE、HDPE;也可以是支化的,如LDPE。大分子间相互纠缠在一起,呈无序或相对有序排列,形成“聚集态结构”。当大分子完全无序排列,我们称之为无定型热塑性塑料。如PVC、PC、PMMA等。其性能特点为:透明性好、机械强度较低、柔韧性好。有部分大分子或大分子部分均匀排列结构的则称之为结晶性热塑性塑料。如LLDPE、POM、尼龙等,其性能特点为:透明性较差、机械强度高、柔韧性较低。
影响热塑性塑料成型收缩的因素有:
1、塑料品种热塑性塑料成型过程中由于还存在结晶化形起的体积变化,内应力强,冻结在塑件内的残余应力大,分子取向性强等因素,因此与热固性塑料相比则收缩率较大,收缩率范围宽、方向性明显,另外成型后的收缩、退火或调湿处理后的收缩率一般也都比热固性塑料大。
2、塑件特性成型时熔融料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。由于塑料的导热性差,使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。所以壁厚、冷却慢、高密度层厚的则收缩大。另外,有无嵌件及嵌件布局、数量都直接影响料流方向,密度分布及收缩阻力大小等,所以塑件的特性对收缩大小、方向性影响较大。
3、进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成型时间。直接进料口、进料口截面大(尤其截面较厚的)则收缩小但方向性大,进料口宽及长度短的则方向性小。距进料口近的或与料流方向平行的则收缩大。
4、成型条件模具温度高,熔融料冷却慢、密度高、收缩大,尤其对结晶料则因结晶度高,体积变化大,故收缩更大。模温分布与塑件内外冷却及密度均匀性也有关,直接影 响到各部分收缩量大小及方向性。另外,保持压力及时间对收缩也影响较大,压力大、时间长的则收缩小但方向性大。注塑压力高,熔融料粘度差小,层间剪切应力小,脱模后弹性 回跳大,故收缩也可适量的减小,料温高、收缩大,但方向性小。因此在成型时调整模温、压力、注塑速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情况。
以金属合金末作为填料应用在塑料制品中,可赋予塑料制品许多特殊性能,例如,导热性、导电性、热容性,对磁场的感应和防辐射等。但是由于合金粉末与高分子聚合物相容性不好,合金粉末在塑料制品中容易团聚。通常通过加入分散剂来改善金属合金粉末在聚合物中分散性,但是分散情况依然没有显著的改善。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于塑料的热塑性铝合金及制备方法,解决了铝合金粉末与塑料不相容问题,提高铝合金在塑胶中的填充量。
本发明涉及的具体技术方案如下:
一种用于塑料的热塑性铝合金制备方法,通过激光作用使得聚酰亚胺与铝合金熔融共混,实现聚酰亚胺牢固的镶嵌在铝合金中,其具体步骤如下:
S01:将纳米级的铝合金粉末在反应釜内加热至500℃-600℃;
S02:制备浓度为85%-95%的可溶性聚酰亚胺溶液,保持温度在0-35℃;
S03:将步骤S01制备得到的高温铝合金粉末加入到步骤S02中制备得到的低温聚酰亚胺溶液中反应;
S04:将反应后的产物过滤干燥平铺在石英基底上;
S05:使用激光照射处理,然后与热塑性树脂聚酰胺加入双螺杆进行共混,制得具有热塑性的铝合金。
聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一,耐高温达400℃以上 ,长期使用温度范围-200~300℃。
由于聚酰亚胺与纳米级的铝合金粉末混合,使得纳米级的铝合金粉末均匀的存在聚酰亚胺中,将其平铺于基底上,相当于形成一层聚酰亚胺膜,膜内掺杂有铝合金粉末,由于铝合金粉末已经被加热到500℃-600℃,其对聚酰亚胺而言相当于一种催化剂同时也是反应物,使得聚酰亚胺分子之间的化学键发生变化,铝合金粉和聚酰亚胺会发生熔融混合在一起,此时加入激光照射,在铝合金粉末和激光的共同作用下聚酰亚胺发生自交联,在自交联的过程中伴随着化学键的断裂和重新结合,此时纳米状的铝合金粉末趁机进入聚酰亚胺自交联过程中的缝隙中,从而在铝合金表面形成一层牢固的聚合物包覆层,在铝合金表面聚酰亚胺与聚氨酯树脂通过氢键作用,聚氨酯树脂牢固的包覆在铝合金粉末表面,解决了铝合金粉末与塑料不相容问题,提高铝合金在塑胶中的填充量。
也就是说,在上述反应的过程中,在激光的照射下,控制激光的功率使聚酰亚胺迅速融化,同时发生自交联,此时纳米级的铝合金粉末迅速替位掺杂,当聚酰亚胺低于熔点时急速固化从而将铝合金包覆住,使得铝合金粉末表面包裹上一层聚氨酯树脂牢,提高了铝合金粉末与塑料的相容度,使得铝合金粉末可以大量填充在塑料中。
作为本方案的进一步改进,所述铝合金粉末的粒剂为50-100nm,铝合金粉末粒剂越小其包裹聚氨酯树脂的面积就越大,也就意味着塑料中可以填充更多的合金粉末。
作为本方案的进一步改进,所述反应釜的材质为石英材质。
作为本方案的进一步改进,所述铝合金粉末与聚酰亚胺溶液形成的混合溶液中,铝合金粉末的质量分数为30%-35%。
合金粉末是由两种或两种以上组元经部分或完全合金化而形成的金属粉末。合金粉末按成分分类主要有铁合金粉、铜合金粉、镍合金粉、钴合金粉、铝合金粉、钛合金粉和贵重金属合金粉等。优选的,本发明的铝合金粉由雾化制粉法或机械合金化法制取,并以热等静压、热挤压、热锻加工成全致密轻金属合金材料,常温高强度型品种有Al—6.5Zn—2.5Mg—1.5Cu—0.5Co—0.3O和Al—7.5Zn—2.5Mg—2Cu—0.2Zr—0.2Cr耐蚀合金粉以及机械合金化的A1—4Mg—C—O弥散强化铝合金粉。高温高强度型(工作温度170~300℃)品种有Al—8Fe—4Ce和Al—8Fe—2Mo粉。高比强度、比刚性型品种有Al—2Li粉。这种铝锂合金可减少密度6%~9%,而比刚性模量却可提高19%~30%。
作为本方案的进一步改进,所述反应时间为5-10分钟。
作为本方案的进一步改进,所述反应后的产物在石英基底表面铺设的厚度为1-3mm。
作为本方案的进一步改进,所述激光为红外线激光或紫外线激光。对比CO2激光器、碟片激光器和光纤激光器,可以得出这样的结论:直到5千瓦,以光纤激光的亮度最大,切割金属板最快最厚的当属光纤激光。但实际上切割厚板尚不如CO2激光,尽管碳钢对近红外的1.07掺镱光纤激光的吸收率数倍于中红外10.6的CO2激光,但10倍于光纤激光波长的CO2激光之切缝比光纤的宽得多(一般2mm),氧气易于吹入,本发明中使用的是激光照射技术,因此本发明中选用的是碟片激光器。
作为本方案的进一步改进,所述步骤S05中激光处理后的产物与与热塑性树脂聚酰胺的用量比例为1:(5-10)。
作为本方案的进一步改进,所述热塑性树脂聚酰胺的温度为75-95℃。
由上述方法制备得到的一种用于塑料的热塑性铝合金。
本发明与现有技术相比,其突出的特点和优异的效果在于:被聚酰亚胺包覆的铝合金粉末,通过激光处理,铝合金粉和聚酰亚胺会发生熔融混合在一起,冷却后聚酰亚胺能够镶嵌进入铝合金中,并且聚酰亚胺通过激光作用,发生自交联。在铝合金表面形成一层牢固的聚合物包覆层,聚酰亚胺与聚氨酯树脂通过氢键作用,聚氨酯树脂牢固的包覆在铝合金粉末表面,再加工过程中,表面包覆的聚合物层不会脱落,解决了铝合金粉末与塑料不相容问题,提高铝合金在塑胶中的填充量。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明,但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
用于塑料的热塑性铝合金制备方法,通过激光作用使得聚酰亚胺与铝合金熔融共混,实现聚酰亚胺牢固的镶嵌在铝合金中,首先将粒剂为50nm的铝合金粉末在石英硅反应釜内加热至500℃;然后制备浓度为85%的可溶性聚酰亚胺溶液,保持温度在5℃;接着将高温铝合金粉末加入到低温聚酰亚胺溶液中形成混合溶液,混合溶液中铝合金粉末的质量分数为30%,待其反应5分钟;然后将反应后的产物过滤干燥平铺在石英硅基底上,铺设的厚度为1mm,使用红外线激光或紫外线激光照射处理,然后与5倍比例的温度为75℃的热塑性树脂聚酰胺加入双螺杆进行共混,制得具有热塑性的铝合金。
经实验测得,本方案制备得到的铝合金在塑料中的填充含量可高达80%。
实施例2
用于塑料的热塑性铝合金制备方法,通过激光作用使得聚酰亚胺与铝合金熔融共混,实现聚酰亚胺牢固的镶嵌在铝合金中,首先将粒剂为60nm的铝合金粉末在石英硅反应釜内加热至550℃;然后制备浓度为87%的可溶性聚酰亚胺溶液,保持温度在10℃;接着将高温铝合金粉末加入到低温聚酰亚胺溶液中形成混合溶液,混合溶液中铝合金粉末的质量分数为31%,待其反应6分钟;然后将反应后的产物过滤干燥平铺在石英硅基底上,铺设的厚度为2mm,使用红外线激光或紫外线激光照射处理,然后与6倍比例的温度为80℃的热塑性树脂聚酰胺加入双螺杆进行共混,制得具有热塑性的铝合金。
经实验测得,本方案制备得到的铝合金在塑料中的填充含量可高达80%。
实施例3
用于塑料的热塑性铝合金制备方法,通过激光作用使得聚酰亚胺与铝合金熔融共混,实现聚酰亚胺牢固的镶嵌在铝合金中,首先将粒剂为70nm的铝合金粉末在石英硅反应釜内加热至575℃;然后制备浓度为90%的可溶性聚酰亚胺溶液,保持温度在25℃;接着将高温铝合金粉末加入到低温聚酰亚胺溶液中形成混合溶液,混合溶液中铝合金粉末的质量分数为33%,待其反应8分钟;然后将反应后的产物过滤干燥平铺在石英硅基底上,铺设的厚度为1.5mm,使用红外线激光或紫外线激光照射处理,然后与8倍比例的温度为85℃的热塑性树脂聚酰胺加入双螺杆进行共混,制得具有热塑性的铝合金。
经实验测得,本方案制备得到的铝合金在塑料中的填充含量可高达85%。是一种优异的铝塑板原料。
实施例4
用于塑料的热塑性铝合金制备方法,通过激光作用使得聚酰亚胺与铝合金熔融共混,实现聚酰亚胺牢固的镶嵌在铝合金中,首先将粒剂为80nm的铝合金粉末在石英硅反应釜内加热至580℃;然后制备浓度为90%的可溶性聚酰亚胺溶液,保持温度在20℃;接着将高温铝合金粉末加入到低温聚酰亚胺溶液中形成混合溶液,混合溶液中铝合金粉末的质量分数为34%,待其反应10分钟;然后将反应后的产物过滤干燥平铺在石英硅基底上,铺设的厚度为2mm,使用红外线激光或紫外线激光照射处理,然后与10倍比例的温度为90℃的热塑性树脂聚酰胺加入双螺杆进行共混,制得具有热塑性的铝合金。
经实验测得,本方案制备得到的铝合金在塑料中的填充含量可高达75%。
实施例5
用于塑料的热塑性铝合金制备方法,通过激光作用使得聚酰亚胺与铝合金熔融共混,实现聚酰亚胺牢固的镶嵌在铝合金中,首先将粒剂为90nm的铝合金粉末在石英硅反应釜内加热至600℃;然后制备浓度为95%的可溶性聚酰亚胺溶液,保持温度在35℃;接着将高温铝合金粉末加入到低温聚酰亚胺溶液中形成混合溶液,混合溶液中铝合金粉末的质量分数为35%,待其反应10分钟;然后将反应后的产物过滤干燥平铺在石英硅基底上,铺设的厚度为3mm,使用红外线激光或紫外线激光照射处理,然后与10倍比例的温度为85℃的热塑性树脂聚酰胺加入双螺杆进行共混,制得具有热塑性的铝合金。
经实验测得,本方案制备得到的铝合金在塑料中的填充含量可高达80%。
实施例6
用于塑料的热塑性铝合金制备方法,通过激光作用使得聚酰亚胺与铝合金熔融共混,实现聚酰亚胺牢固的镶嵌在铝合金中,首先将粒剂为100nm的铝合金粉末在石英硅反应釜内加热至600℃;然后制备浓度为95%的可溶性聚酰亚胺溶液,保持温度在35℃;接着将高温铝合金粉末加入到低温聚酰亚胺溶液中形成混合溶液,混合溶液中铝合金粉末的质量分数为35%,待其反应10分钟;然后将反应后的产物过滤干燥平铺在石英硅基底上,铺设的厚度为3mm,使用红外线激光或紫外线激光照射处理,然后与10倍比例的温度为95℃的热塑性树脂聚酰胺加入双螺杆进行共混,制得具有热塑性的铝合金。
经实验测得,本方案制备得到的铝合金在塑料中的填充含量可高达85%。
对比例1
用于塑料的热塑性铝合金制备方法,首先将粒剂为50nm的铝合金粉末在石英硅反应釜内加热至500℃;然后制备浓度为85%的可溶性聚酰亚胺溶液,保持温度在5℃;接着将高温铝合金粉末加入到低温聚酰亚胺溶液中形成混合溶液,混合溶液中铝合金粉末的质量分数为30%,待其反应5分钟;然后将反应后的产物过滤干燥平铺在石英硅基底上,铺设的厚度为1mm,然后与5倍比例的温度为75℃的热塑性树脂聚酰胺加入双螺杆进行共混,制得具有热塑性的铝合金。
与实施例1相比,本方案的区别在于未使用激光照射,经实验测得,本方案制备得到的铝合金在塑料中的填充含量最高50%超过50%时,出现明显的团聚。
对比例2
用于塑料的热塑性铝合金制备方法,通过激光作用使得聚酰亚胺与铝合金熔融共混,实现聚酰亚胺牢固的镶嵌在铝合金中,首先将粒剂为60mm的铝合金粉末在石英硅反应釜内加热至550℃;然后制备浓度为87%的可溶性聚酰亚胺溶液,保持温度在10℃;接着将高温铝合金粉末加入到低温聚酰亚胺溶液中形成混合溶液,混合溶液中铝合金粉末的质量分数为31%,待其反应6分钟;然后将反应后的产物过滤干燥平铺在石英硅基底上,铺设的厚度为2mm,使用红外线激光或紫外线激光照射处理,然后与6倍比例的温度为80℃的热塑性树脂聚酰胺加入双螺杆进行共混,制得具有热塑性的铝合金。
与实施例2相比,本方案的区别在于本方案中的铝合金粉末颗粒更大,经实验测得,本方案制备得到的铝合金在塑料中的填充含量最高65%。超过65%时表面析出大颗粒变粗。
对比例3
用于塑料的热塑性铝合金制备方法,通过激光作用使得聚酰亚胺与铝合金熔融共混,实现聚酰亚胺牢固的镶嵌在铝合金中,选择粒剂为70nm的铝合金粉末待用;然后制备浓度为90%的可溶性聚酰亚胺溶液,保持温度在25℃;接着将铝合金粉末加入到低温聚酰亚胺溶液中形成混合溶液,混合溶液中铝合金粉末的质量分数为33%,待其反应8分钟;然后将反应后的产物过滤干燥平铺在石英硅基底上,铺设的厚度为1.5mm,使用红外线激光或紫外线激光照射处理,然后与8倍比例的温度为85℃的热塑性树脂聚酰胺加入双螺杆进行共混,制得具有热塑性的铝合金。
与实施例3相比,本方案的区别在于铝合金粉末的温度为常温,经实验测得,本方案制备得到的铝合金在塑料中的填充含量可最高55%。超过55%表面出现明显的铝合金流纹。
Claims (8)
1.一种用于塑料的热塑性铝合金的制备方法,其特征在于:通过激光作用使得聚酰亚胺与铝合金熔融共混,实现聚酰亚胺牢固的镶嵌在铝合金中,其具体步骤如下:
S01:将纳米级的铝合金粉末在反应釜内加热至500℃-600℃;
S02:制备浓度为85%-95%的可溶性聚酰亚胺溶液,保持温度在0-35℃;
S03:将步骤S01制备得到的高温铝合金粉末加入到步骤S02中制备得到的低温聚酰亚胺溶液中反应;
S04:将反应后的产物过滤干燥平铺在石英基底上;
S05:使用激光照射处理,然后与热塑性树脂聚酰胺加入双螺杆进行共混,制得具有热塑性的铝合金。
2.根据权利要求1所述一种用于塑料的热塑性铝合金的制备方法,其特征在于:所述铝合金粉末的粒径为50-100nm。
3.根据权利要求1所述一种用于塑料的热塑性铝合金的制备方法,其特征在于:所述反应釜的材质为石英材质。
4.根据权利要求1所述一种用于塑料的热塑性铝合金的制备方法,其特征在于:所述铝合金粉末与聚酰亚胺溶液形成的混合溶液中,铝合金粉末的质量分数为30%-35%。
5.根据权利要求1所述一种用于塑料的热塑性铝合金的制备方法,其特征在于:所述反应时间为5-10分钟。
6.根据权利要求1所述一种用于塑料的热塑性铝合金及制备方法,其特征在于:所述反应后的产物在石英硅基底表面铺设的厚度为1-3mm。
7.根据权利要求1所述一种用于塑料的热塑性铝合金的制备方法,其特征在于:步骤S05中激光处理后的产物与热塑性树脂聚酰胺的用量比例为1:(5-10)。
8.权利要求1~7任一项所述方法制备得到的用于塑料的热塑性铝合金。
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CN113025025A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-25 | 广州鹿山新材料股份有限公司 | A2级防火铝塑板芯材及其制备方法和铝塑板 |
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CN113025025B (zh) * | 2021-03-17 | 2022-03-01 | 广州鹿山新材料股份有限公司 | A2级防火铝塑板芯材及其制备方法和铝塑板 |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180601 |