CN111253669A - 一种具有纳米结构表面的滚塑制品及其制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚塑制品，针对现有技术的制备工艺复杂及涂层易剥落的问题，公开了一种具有纳米结构表面的滚塑制品及其制造工艺，一种具有纳米结构表面的滚塑制品，所述制品使用的复合材料包含下列质量百分比的组分：热塑性塑料70‑99％，纳米磁性物质1‑30%。所述滚塑制品的制造工艺，制造工艺按以下步骤进行：a、将热塑性塑料和纳米磁性物质熔融混合，制成复合材料粉末；b、将复合材料粉末进行滚塑加工；c、将滚塑制品移至辐向磁场中旋转直至冷却结束；d、取出滚塑制品。所得滚塑成品具有较强的疏水疏油能力，使得滚塑制品能够免受液体及环境湿气等的侵蚀，能够节约清洗成本，延长制品的使用寿命，制备工艺简单，优质成品率高。

Description

一种具有纳米结构表面的滚塑制品及其制造工艺
技术领域
本发明涉及一种滚塑制品，尤其涉及一种具有纳米结构表面的滚塑制品及其制造工艺。
背景技术
滚塑成型是一种利用旋转的模具进行加工的塑料加工方式，其加工过程是，将塑料粉末或浆料投入模具，闭合后的模具在设备上进行旋转或摇摆，同时通过明火或热风对模具外部进行加热，塑料粉末或浆料在受热的状态下在模内翻转、流动，温度达到粘模温度后逐步涂布到模具内表面，熔融并凝结，将模具放于自然环境下或通过水、雾、风等介质进行冷却后拆模取出制品。滚塑制品作为容器使用，承装各种化学溶液，用于储存、运输过程，涉及到这类用途的滚塑制品包括全塑储罐、钢衬塑储罐、内涂覆管道等。但是容器内部易沾上化学物品及液态存储物，后期的容器清洗工作量较大，容器表面由于受到液态物沾染侵蚀而破坏内部材料结构，极大缩短容器的使用寿命。
专利号CN201510201612.1，专利名称“一种具有磁热性能的超疏水防覆冰涂料及其制备方法”，本发明公开了一种具有磁热性能的超疏水防覆冰涂料及其制备方法，该涂料的组分及其质量百分比含量为：含氟丙烯酸环氧树脂20-68％、有机溶剂19-69％；无机颗粒10-50％，且该无机颗粒为磁性粒子或磁性粒子与非磁性粒子的混合。其中含氟丙烯酸环氧树脂是由双组分反应而成的，其中一组分是由含氟丙烯酸酯单体、碳氢链丙烯酸酯单体和含环氧基的丙酸烯酸酯单体通过自由基聚合得到，另一组分为多胺类或者酸酐类。
其不足之处在于，磁性涂层的制备工艺复杂，涂覆过程繁琐，涂层易剥落。
发明内容
本发明是为了克服现有技术的制备工艺复杂及涂层易剥落的问题，提供一种具有纳米结构表面的滚塑制品及其制造工艺，制备得到的滚塑成品具有较强的疏水疏油能力，使得滚塑制品能够免受液体及环境湿气等的侵蚀，能够节约清洗成本，延长制品的使用寿命，制备工艺简单，优质成品率高。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有纳米结构表面的滚塑制品，所述制品使用的复合材料包含下列质量百分比的组分：热塑性塑料70-99％，纳米磁性物质1-30％。
作为优选，所述滚塑制品表面具有有序排列的立起的纳米丛。
滚塑制品在均匀磁场的作用下，在热塑性塑料熔体粘度较低时，磁场可诱导纳米物质在滚塑制品的内表面高度有序排列，同时，热塑性塑料熔体粘度又可阻止纳米磁性物质在强磁场下完全析出熔体，因此在滚塑制品的内表面形成有序排列的纳米丛，且滚塑制品外表面也能形成规则排列的纳米磁性颗粒凸起。规则排列的纳米丛，使得滚塑制品表面整体的粗糙度提高，同时固化后磁性纳米颗粒周围的热塑性塑料也会起到类荷叶表层“蜡状”物质的作用，综合作用降低了复合膜界面表面能；由于滚塑制品内表面粗糙度较高，且粗糙度是均匀地，外表面也具有一定的粗糙度，所以当水滴液与表面纳米丛接触时，水滴液与滚塑制品表面间存在空气隙，纳米丛阻止了水滴液继续侵入膜孔，以达到低浸润和疏水的目的。
作为优选，在其加工模内最高空气温度，所述热塑性材料，零剪切粘度大于等于500Pa·s，小于等于4000Pa·s。
所述加工模内最高空气温度为210-240℃，热塑性材料的粘度始终需要保持在一个适中的范围内，粘度过大，会影响磁性纳米材料的均匀分布，粘度过小便无法阻止纳米磁性物质在强磁场下完全析出熔体。
作为优选，其热塑性材料为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酯、尼龙、聚碳酸酯、PEEK及其同系物或其复配物。
作为优选，所述纳米磁性物质为铁、镍、钴及其合金或者和其他金属的合金，或经磁性物质修饰的具有磁性的其他无机纳米磁性物质。
作为优选，所述纳米磁性物质为针状、棒状或线状形貌的磁性物质，其直径为10-1000nm，长径比≥3，居里温度≥300℃。
作为优选，滚塑制品的形状具有中心轴对称性，为管状、桶状或锥状。
所述滚塑制品的制造工艺，制造工艺按以下步骤进行：
a、将热塑性塑料和纳米磁性物质混合，经过密炼机、挤出机等热塑性塑料加工设备熔融混合，后进行粉碎，制成复合材料粉末；
b、将复合材料粉末投入滚塑模具中，进行滚塑加工；
c、滚塑加工结束后，将模具移至辐向磁场中旋转直至冷却至室温；
d、打开模具，取出滚塑制品。
利用滚塑材料在加工中的熔体粘度变化规律，在滚塑材料中添加针状、线状、棒状等具有一定长径比的纳米磁性物质，在滚塑进入冷却过程后，对制品和模具内部施加一个均匀幅向磁场，由于此时的热塑性塑料熔体粘度较低，磁场可诱导纳米物质在滚塑制品的内表面高度有序排列，同时，热塑性塑料熔体粘度又可阻止纳米磁性物质在强磁场下完全析出熔体，因此可形成部分探出制品内表面的纳米列阵结构，随着冷却过程的进行，热塑性塑料的熔体粘度逐步增高，该纳米结构固化在滚塑制品的内表面，形成有纳米结构的表面形貌，通过控制纳米物质的亲水亲油特性，可制备出超疏水或超疏油结构的滚塑制品表面。
作为优选，滚塑成型的冷却工位上，有一个均匀辐向磁场发生器。
辐向磁场发生器使得复合材料内的磁性纳米材料受到磁力作用实现有序排列，才能使得滚塑制品内表面形成纳米丛凸起。
作为优选，滚塑成型时，滚塑制品的旋转中心所述滚塑模具的对称轴重合。
因此，本发明具有如下有益效果：
(1)对制品和模具内部施加一个均匀幅向磁场，由于此时的热塑性塑料熔体粘度较低，磁场可诱导纳米物质在滚塑制品的内表面高度有序排列；
(2)该纳米结构固化在滚塑制品的内表面，形成有纳米结构的表面形貌，通过控制纳米物质的亲水亲油特性，可制备出超疏水或超疏油结构的滚塑制品表面；
(3)制备得到的滚塑成品具有较强的疏水疏油能力，使得成品能够免受液体及环境湿气等的侵蚀，能够节约清洗成本，简化制备工艺，延长制品的使用寿命。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
一种具有纳米结构表面的滚塑制品的制造工艺按以下步骤进行：
a、将70-99％热塑性塑料和1-30％纳米磁性物质混合，经过密炼机、挤出机等热塑性塑料加工设备熔融混合，后进行粉碎，制成复合材料粉末；
b、将复合材料粉末投入滚塑模具中，进行滚塑加工；
c、滚塑加工结束后，将模具移至辐向磁场中旋转直至冷却阶段结束；
d、打开模具，取出滚塑制品。在其加工模内最高空气温度，所述热塑性材料，零剪切粘度大于等于500Pa·s，小于等于4000Pa·s。其热塑性材料为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酯、尼龙、聚碳酸酯、PEEK及其同系物或其复配物。所述纳米磁性物质为铁、镍、钴及其合金或者和其他金属的合金，或经磁性物质修饰的具有磁性的其他无机纳米磁性物质。所述纳米磁性物质为针状、棒状或线状形貌的磁性物质，其直径为10-1000nm，长径比≥3，居里温度≥300℃。
将聚乙烯(LLD546U,中石化)7Kg，纳米针状氧化铁粉(TR-718，浙江正奇)3Kg在双螺杆挤出机造粒，在塑料磨粉机上研磨成粉末，该聚乙烯210℃下零剪切粘度500Pa·s，纳米针状氧化铁粉直径10nm，长径比3，居里温度300℃，将该复合材料粉末10Kg投入管状滚塑模具，在炉温3001℃，转速8rpm，速比1:4，加热时间201min条件下进行滚塑成型，当模内空气温度达到210℃时加热结束，将模具移至辐向均匀磁场中进行冷却。
实施例2
将尼龙6(PA24000,广东美达)7.5Kg，氧化铁修饰碳纳米管(CN1971780B，北京化工大学)2.5Kg在双螺杆挤出机造粒,在塑料磨粉机上研磨成粉末，该尼龙220℃下零剪切粘度800Pa·s，氧化铁修饰碳纳米管直径160nm，长径比50，居里温度310℃，将该复合材料粉末10Kg投入管状滚塑模具，在炉温310℃，转速4rpm，速比1:4，加热时间21min条件下进行滚塑成型，当模内空气温度达到220℃时加热结束，将模具移至辐向均匀磁场中进行冷却。
实施例3
将聚乙烯(LLD546U,中石化)8Kg，纳米针状氧化铁粉(TR-718，浙江正奇)2Kg在双螺杆挤出机造粒，在塑料磨粉机上研磨成粉末，该聚乙烯225℃下零剪切粘度1000Pa·s，纳米针状氧化铁粉直径500nm，长径比6，居里温度320℃，将该复合材料粉末10Kg投入管状滚塑模具，在炉温330℃，转速6rpm，速比1:4，加热时间23min条件下进行滚塑成型，当模内空气温度达到220℃时加热结束，将模具移至辐向均匀磁场中进行冷却。
实施例4
将聚乙烯(LLD546U,中石化)9Kg，纳米针状氧化铁粉(TR-718，浙江正奇)1Kg在双螺杆挤出机造粒，在塑料磨粉机上研磨成粉末，该聚乙烯230℃下零剪切粘度3000Pa·s，纳米针状氧化铁粉直径800nm，长径比7，居里温度330℃，将该复合材料粉末10Kg投入管状滚塑模具，在炉温340℃，转速8rpm，速比1:4，加热时间25min条件下进行滚塑成型，当模内空气温度达到230℃时加热结束，将模具移至辐向均匀磁场中进行冷却。
实施例5
将尼龙6(PA24000,广东美达)9.9Kg，氧化铁修饰碳纳米管(CN1971780B，北京化工大学)0.1Kg在双螺杆挤出机造粒,在塑料磨粉机上研磨成粉末，该尼龙240℃下零剪切粘度600Pa·s，氧化铁修饰碳纳米管直径160nm，长径比10，居里温度340℃，将该复合材料粉末10Kg投入管状滚塑模具，在炉温350℃，转速4rpm，速比1:4，加热时间20min条件下进行滚塑成型，当模内空气温度达到240℃时加热结束，将模具移至辐向均匀磁场中进行冷却。
比较例1
与实施例2的区别在于，冷却时不加辐向均匀磁场。
比较例2
与实施例2的区别在于，使用未磁性修饰的碳纳米管。
比较例3
与实施例1的区别在于，未使用纳米磁性物质，将聚乙烯(LLD546U，中石化)10Kg，在塑料磨粉机上研磨成粉末，进行滚塑成型。
实施例1-5，对比例1-3所得成品的测试结果见表1。
表1各项目与滚塑成品相关性能评价指标
项目 接触角
实施例1 167°
实施例2 152°
实施例3 160°
实施例4 162°
实施例5 157°
比较例1 90°
比较例2 91°
比较例3 87°
结论分析：
通过分析以上实施例与对比例得出：实施例1-5可制备出性能优异的表面疏水能力的滚塑制品，制备得到的滚塑成品具有较强的疏水疏油能力，使得成品能够免受液体及环境湿气等的侵蚀，能够节约清洗成本，简化制备工艺，延长制品的使用寿命。
对于对比例1-3的相关数据，磁性修饰的碳纳米管及加辐向均匀磁场都是必不可缺的制备超疏水疏油的关键步骤，缺了其中任意因素都会导致滚塑制品表面的液体接触角下降，丧失其疏水疏油性能。
由实施例1-5以及对比例1-3的数据可知，只有在本发明权利要求范围内的方案，才能够在各方面均能满足上述要求，得出最优化的方案，得到最优的性能的合金复合粉制备磁粉芯。而对于配比的改动、原料的替换/加减，或者加料顺序的改变，均会带来相应的负面影响。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有纳米结构表面的滚塑制品，其特征在于，所述制品使用的复合材料包含下列质量百分比的组分：热塑性塑料70-99％，纳米磁性物质1-30%。
2.根据权利要求1所述的一种具有纳米结构表面的滚塑制品，其特征在于，所述滚塑制品表面具有有序排列的立起的纳米丛。
3.根据权利要求1所述的一种具有纳米结构表面的滚塑制品，其特征在于，在其加工模内最高空气温度，所述热塑性材料，零剪切粘度大于等于500 Pa•s，小于等于4000Pa •s。
4.根据权利要求1或2所述的一种具有纳米结构表面的滚塑制品，其特征在于，其热塑性材料为聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚酯、尼龙、聚碳酸酯、PEEK及其同系物或其复配物。
5.根据权利要求1所述的一种具有纳米结构表面的滚塑制品，其特征在于，所述纳米磁性物质为铁、镍、钴及其合金或者和其他金属的合金，或经磁性物质修饰的具有磁性的其他无机纳米磁性物质。
6.根据权利要求1所述的一种具有纳米结构表面的滚塑制品，其特征在于，所述纳米磁性物质为针状、棒状或线状形貌的磁性物质，其直径为10-1000nm，长径比≥3，居里温度≥300℃。
7.根据权利要求1所述的一种具有纳米结构表面的滚塑制品，其特征在于，滚塑制品的形状具有中心轴对称性，为管状、桶状或锥状。
8.如权利要求1-7任一所述滚塑制品的制造工艺，其特征在于，制造工艺按以下步骤进行：
a、将热塑性塑料和纳米磁性物质混合，经过密炼机、挤出机等热塑性塑料加工设备熔融混合，后进行粉碎，制成复合材料粉末；
b、将复合材料粉末投入滚塑模具中，进行滚塑加工；
c、滚塑加工结束后，将模具移至辐向磁场中旋转直至冷却至室温；
d、打开模具，取出滚塑制品。
9.根据权利要求8所述滚塑制品的制造工艺，其特征在于，滚塑成型的冷却工位上，有一个均匀辐向磁场发生器。
10.根据权利要求1所述滚塑制品的制造工艺，其特征在于，滚塑成型时，滚塑制品的旋转中心所述滚塑模具的对称轴重合。
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