CN112829184B - 一种bmc复合金属件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料技术领域，具体而言，涉及一种BMC复合金属件的制备方法，包括以下步骤：将金属件放入模具中，固定所述金属件后进行合模；向所述模具中注入BMC进行注塑，控制固化温度为130℃‑150℃、固化时间为50s‑200s进行固化成型，制得毛坯件；开模取出所述毛坯件，置于室温下自然冷却；将冷却后的所述毛坯件置于车床上进行修边检验，获得BMC复合金属件。本发明能有效改善BMC对不规则金属件的注塑效果，降低产品的次品率和报废率，使得BMC注塑的金属器件得以量产。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，具体而言，涉及一种BMC复合金属件的制备方法。
背景技术
对于一些金属件往往要将其进行塑料注塑后再进行使用，由此提高金属件的耐腐蚀性。BMC(Bulk Molding Compound)为团装模塑材料，其混合了各种惰性填料、纤维增强材料等，形成一种用于压塑或注塑的胶粘“油灰状”复合材料，适用于对于细节和尺寸要求精确的各种结构件，其阻燃性和抗电痕性良好，固化后的收缩率小，能有效改善金属件耐腐蚀性和机械性能。
然而，BMC是一种热固性塑料，在一定温度(130℃-180℃)下由絮状物变成固体，且无法重复使用。随着金属产品的日益小型化和多样化，特别是对于一些形状不规则、薄状结构的金属件，若再使用BMC对该金属件进行注塑，则会使得产品的次品率和报废率居高不下，造成资源的大量浪费。因此，在实际生产过程中，企业难以对BMC注塑的金属件实现量产。
发明内容
本发明解决的问题是如何改善BMC对不规则金属件的注塑效果，降低产品的次品率和报废率，使得BMC注塑的金属器件得以量产。
为解决上述问题，本发明提供一种BMC复合金属件的制备方法，包括以下步骤：
定位合模：将金属件放入模具中，固定所述金属件后进行合模；
注塑成型：向所述模具中注入BMC进行注塑，控制固化温度为130℃-150℃、固化时间为50s-200s进行固化成型，制得毛坯件；
取件冷却：开模取出所述毛坯件，置于室温下自然冷却；
修边：将冷却后的所述毛坯件置于车床上进行修边，获得BMC复合金属件。
进一步地，在所述注塑成型的步骤中，所述毛坯件中所述BMC的固化率为80％-95％。
进一步地，在所述取件冷却的步骤中，所述金属件与所述BMC的收缩量关系式为：未固化BMC的收缩量＜金属件的收缩量≤未固化BMC的收缩量+已固化BMC的收缩量。
进一步地，所述BMC固化后的收缩率≤0.5％。
进一步地，所述BMC的线膨胀系数为1.5×10-5/℃-2.0×10-5/℃。
进一步地，所述金属件的材料为铝、铝合金、铜、不锈钢中的一种。
进一步地，所述金属件的线膨胀系数为1.3×10-5/℃-2.5×10-5/℃。
进一步地，在所述注塑成型的步骤中，所述BMC在模腔内沿着所述金属件的轮廓边沿进行注塑。
进一步地，在所述注塑成型的步骤中，所塑温度为130℃-150℃，注塑速度为1.2m/min-5.4m/min，注塑压力为2.5MPa-5.0MPa。
进一步地，所述BMC复合金属件中所述金属件嵌设于所述BMC的内部或复合在所述BMC的一侧表面上。
与现有技术相比，本发明的优异效果是：
1、本发明的BMC复合金属件在制备时，于130℃-150℃的温度下固化50s-200s，使得制得的毛坯件中有一部分BMC完全固化，另一部分BMC未完全固化，该温度下金属件热胀冷缩的变化范围相对较小，能避免金属件还未完全收缩结束BMC就已经完全固化的情况，降低金属件在模具腔内发生挤压变形或胀裂固化后的BMC，进而有效改善BMC对不规则金属件的注塑效果，降低产品的次品率和报废率，使得BMC注塑的金属器件得以量产。
2、本发明将金属件嵌设在BMC的内部或复合在BMC的一侧表面上，其制得的BMC复合金属件的强度相较于纯BMC制品能大幅提高，相对于纯金属件制品能有效提高金属件的绝缘性、耐腐蚀性和机械性能，避免BMC复合金属件出现锈渍，增加金属件以及BMC的使用范围，此外还能减少BMC复合金属件的生产成本。
附图说明
图1为本发明的实施例中BMC复合金属件的制备工序图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明做详细的说明。需要说明的是，以下各实施例仅用于说明本发明的实施方法和典型参数，而不用于限定本发明所述的参数范围，由此引申出的合理变化，仍处于本发明权利要求的保护范围内。
本发明的实施例中，BMC为市售产品，收缩率≤0.5％，线膨胀系数为1.3×10-5/℃-2.5×10-5/℃。
具体选用1#BMC(收缩率为0.3％，线膨胀系数为1.5×10-5/℃)、2#BMC(收缩率为0.5％，线膨胀系数为1.8×10-5/℃)、3#BMC(收缩率为0.05％，线膨胀系数为2.0×10-5/℃)、4#BMC(收缩率为0.5％，线膨胀系数为1.5×10-5/℃)和5#BMC(收缩率为0.3％，线膨胀系数为2.5×10-5/℃)为例进行说明。
本发明的实施例中，金属件同样为市售产品，优选为铝、铝合金、铜、不锈钢中的一种，本实施例具体以铝件、不锈钢、铝镁合金件和锌镁合金件，其热膨胀系数依次为2.0×10-5/℃、1.3×10-5/℃、2.5×10-5/℃和3.0×10-5/℃。
本发明的实施例公开一种BMC复合金属件的制备方法，参见图1，包括以下步骤：
①、定位合模：将金属件放入其对应的注塑模具中，固定金属件后进行合模；
②、注塑成型：向模具中注入BMC进行注塑，控制固化温度为130℃-150℃、固化时间为50s-200s进行固化成型，制得毛坯件；
③、取件冷却：开模取出步骤②制得的毛坯件，置于室温下自然冷却；
④、修边检验：将步骤③冷却后的毛坯件置于车床上进行修边，经检验合格后，获得BMC复合金属件。
其中，BMC复合金属件中的金属件可以直接嵌设于BMC的内部，也可以复合在BMC的一侧表面上，其具体结构可根据需要加以调整，增加BMC复合金属件的应用范围。
本发明的BMC复合金属件在制备时，于130℃-150℃的温度下固化50s-200s，使得制得的毛坯件中有一部分BMC完全固化，另一部分BMC未完全固化，该温度下金属件热胀冷缩的变化范围相对较小，能避免金属件还未完全收缩结束BMC就已经完全固化的情况，降低金属件在模具腔内发生挤压变形或胀裂固化后的BMC，进而有效改善BMC对不规则金属件的注塑效果，降低产品的次品率和报废率，使得BMC注塑的金属器件得以量产。
由于金属件的机械强度优于BMC的机械强度，因此，金属件在收缩时会对BMC产生一个拉力。若BMC固化率过高，金属件容易发生收缩变形或将BMC拉开裂；若BMC固化率过低，该BMC复合金属件则不易成型；本实施例在步骤②注塑成型的步骤中，毛坯件中BMC的固化率为80％-95％，此时使得BMC可轻微流动，进而能快速填充金属件收缩产生的空间，由此既能保证金属件和BMC的完好性，又能促使生成的BMC复合金属件具有一定的结构强度，有效改善BMC对不规则金属件的注塑效果，降低产品的次品率和报废率，作为进一步的优选。
此外，本实施例在步骤②注塑成型的步骤中，BMC在模腔内沿着金属件的轮廓边沿进行注塑，金属件的轮廓边沿能起到良好的导向作用，使得BMC在模具中快速有效地进行填充。
本实施的注塑条件为：注塑温度为130℃-150℃，注塑速度为1.2m/min-5.4m/min，注塑压力为2.5MPa-5.0MPa。BMC注塑温度过高会促使金属件热胀冷缩的变化范围较大，进而会影响BMC对金属件的注塑效果。本实施例将注塑温度降低，并控制适宜的注塑速度和注塑压力，由此保证BMC良好的填充效果，促使BMC与金属件稳定结合，同时能缩小金属件与BMC之间的收缩量的差异，提高BMC对金属件的注塑效果。
本实施例在步骤③取件冷却的步骤中，金属件与BMC的收缩量关系式为：未固化BMC的收缩量＜金属件的收缩量≤未固化BMC的收缩量+已固化BMC的收缩量，其中的收缩量为金属件或BMC由热转冷后缩小的体积。上述情况下，金属件的收缩程度略小于或等于BMC的总收缩程度，使得金属件在收缩时对BMC的拉力可以忽略不计，能进一步改善BMC对不规则金属件的注塑效果，降低产品的次品率和报废率。
以下结合具体实施例和对比例加以说明。
实施例1
一种BMC复合金属件的制备方法，包括以下步骤：
1.1、定位合模：将铝件放入模具中，用顶针固定铝件，然后缓慢进行合模；
1.2、注塑成型：设定注塑条件为：注塑温度为140℃，注塑速度为2.0m/min，注塑压力为3.0MPa，向模具中注入1#BMC进行注塑，待1#BMC填充完毕后，控制固化温度为130℃、固化时间为70s进行固化成型，制得毛坯件，其中1#BMC的固化率为90％；
1.3、取件冷却：开模取出步骤1.2制得的毛坯件，置于室温下自然冷却，该毛坯件中金属件与1#BMC的收缩量关系式为：金属件的收缩量＝未固化1#BMC的收缩量+已固化1#BMC的收缩量；
1.4、修边检验：将步骤1.3冷却后的毛坯件置于车床上进行修边，经检验合格后，即得BMC复合金属件。
实施例2
一种BMC复合金属件的制备方法，包括以下步骤：
2.1、定位合模：将不锈钢件放入模具中，用顶针固定不锈钢件，然后缓慢进行合模；
2.2、注塑成型：设定注塑条件为：注塑温度为150℃，注塑速度为1.2m/min，注塑压力为2.5MPa，向模具中注入2#BMC进行注塑，待2#BMC填充完毕后，控制固化温度为150℃、固化时间为200s进行固化成型，制得毛坯件，其中2#BMC的固化率为80％；
2.3、取件冷却：开模取出步骤1.2制得的毛坯件，置于室温下自然冷却，该毛坯件中金属件与2#BMC的收缩量关系式为：未固化2#BMC的收缩量＜金属件的收缩量＜未固化2#BMC的收缩量+已固化2#BMC的收缩量；
2.4、修边检验：将步骤1.3冷却后的毛坯件置于车床上进行修边，经检验合格后，即得BMC复合金属件。
实施例3
一种BMC复合金属件的制备方法，包括以下步骤：
3.1、定位合模：将铝镁合金件放入模具中，用顶针固定铝镁合金件，然后缓慢进行合模；
3.2、注塑成型：设定注塑条件为：注塑温度130℃，注塑速度为5.4m/min，注塑压力为5.0MPa，向模具中注入3#BMC进行注塑，待3#BMC填充完毕后，控制固化温度为140℃、固化时间为50s进行固化成型，制得毛坯件，其中3#BMC的固化率为95％；
3.3、取件冷却：开模取出步骤1.2制得的毛坯件，置于室温下自然冷却，该毛坯件中金属件与3#BMC的收缩量关系式为：金属件的收缩量＝未固化3#BMC的收缩量+已固化3#BMC的收缩量；
3.4、修边检验：将步骤1.3冷却后的毛坯件置于车床上进行修边，经检验合格后，即得BMC复合金属件。
实施例4
一种BMC复合金属件的制备方法，包括以下步骤：
4.1、定位合模：将铝件放入模具中，用顶针固定铝件，然后缓慢进行合模；
4.2、注塑成型：设定注塑条件为：注塑温度为140℃，注塑速度为2.0m/min，注塑压力为3.0MPa，向模具中注入1#BMC进行注塑，待1#BMC填充完毕后，控制固化温度为130℃、固化时间为120s进行固化成型，制得毛坯件，其中1#BMC的固化率为97.5％；
4.3、取件冷却：开模取出步骤1.2制得的毛坯件，置于室温下自然冷却，该毛坯件中金属件与1#BMC的收缩量关系式为：金属件的收缩量＞未固化1#BMC的收缩量+已固化1#BMC的收缩量；
4.4、修边检验：将步骤1.3冷却后的毛坯件置于车床上进行修边，经检验合格后，即得BMC复合金属件。
实施例5
一种BMC复合金属件的制备方法，包括以下步骤：
5.1、定位合模：将铝件放入模具中，用顶针固定铝件，然后缓慢进行合模；
5.2、注塑成型：设定注塑条件为：注塑温度为140℃，注塑速度为2.0m/min，注塑压力为3.0MPa，向模具中注入1#BMC进行注塑，待1#BMC填充完毕后，控制固化温度为130℃、固化时间为50s进行固化成型，制得毛坯件，其中1#BMC的固化率为76％；
5.3、取件冷却：开模取出步骤1.2制得的毛坯件，置于室温下自然冷却，该毛坯件中金属件与1#BMC的收缩量关系式为：金属件的收缩量＜未固化1#BMC的收缩量；
5.4、修边检验：将步骤1.3冷却后的毛坯件置于车床上进行修边，经检验合格后，即得BMC复合金属件。
实施例6
一种BMC复合金属件的制备方法，包括以下步骤：
6.1、定位合模：将铝件放入模具中，用顶针固定铝件，然后缓慢进行合模；
6.2、注塑成型：设定注塑条件为：注塑温度为140℃，注塑速度为2.0m/min，注塑压力3.0MPa，向模具中注入4#BMC进行注塑，待4#BMC填充完毕后，控制固化温度为130℃、固化时间为70s进行固化成型，制得毛坯件，其中4#BMC的固化率为90％；
6.3、取件冷却：开模取出步骤1.2制得的毛坯件，置于室温下自然冷却，该毛坯件中金属件与BMC的收缩量关系式为：金属件的收缩量＝未固化4#BMC的收缩量+已固化4#BMC的收缩量；
6.4、修边检验：将步骤1.3冷却后的毛坯件置于车床上进行修边，经检验合格后，即得BMC复合金属件。
实施例7
一种BMC复合金属件的制备方法，包括以下步骤：
7.1、定位合模：将铝件放入模具中，用顶针固定铝件，然后缓慢进行合模；
7.2、注塑成型：设定注塑条件为：注塑温度为140℃，注塑速度为2.0m/min，注塑压力为3.0MPa，向模具中注入5#BMC进行注塑，待5#BMC填充完毕后，控制固化温度为130℃、固化时间为70s进行固化成型，制得毛坯件，其中5#BMC的固化率为90％；
7.3、取件冷却：开模取出步骤1.2制得的毛坯件，置于室温下自然冷却，该毛坯件中金属件与5#BMC的收缩量关系式为：金属件的收缩量＝未固化5#BMC的收缩量+已固化5#BMC的收缩量；
7.4、修边检验：将步骤1.3冷却后的毛坯件置于车床上进行修边，经检验合格后，即得BMC复合金属件。
实施例8
一种BMC复合金属件的制备方法，包括以下步骤：
8.1、定位合模：将锌镁合金件放入模具中，用顶针固定锌镁合金件，然后缓慢进行合模；
8.2、注塑成型：设定注塑条件为：注塑温度为140℃，注塑速度为2.0m/min，注塑压力为3.0MPa，向模具中注入1#BMC进行注塑，待1#BMC填充完毕后，控制固化温度为130℃、固化时间为70s进行固化成型，制得毛坯件，其中1#BMC的固化率为90％；
8.3、取件冷却：开模取出步骤1.2制得的毛坯件，置于室温下自然冷却，该毛坯件中金属件与1#BMC的收缩量关系式为：金属件的收缩量＝未固化1#BMC的收缩量+已固化1#BMC的收缩量；
8.4、修边检验：将步骤1.3冷却后的毛坯件置于车床上进行修边，经检验合格后，即得BMC复合金属件。
对比例1
一种BMC复合金属件的制备方法，包括以下步骤：
9.1、定位合模：将铝件放入模具中，用顶针固定铝件，然后缓慢进行合模；
9.2、注塑成型：设定注塑条件为：注塑温度为140℃，注塑速度为2.0m/min，注塑压力3.0MPa，向模具中注入1#BMC进行注塑，待1#BMC填充完毕后，控制固化温度为120℃、固化时间40s进行固化成型，制得毛坯件，其中1#BMC的固化率为86％；
9.3、取件冷却：开模取出步骤1.2制得的毛坯件，置于室温下自然冷却，该毛坯件中金属件与1#BMC的收缩量关系式为：金属件的收缩量＝未固化1#BMC的收缩量+已固化1#BMC的收缩量；
9.4、修边检验：将步骤1.3冷却后的毛坯件置于车床上进行修边，经检验合格后，即得BMC复合金属件。
对比例2
一种BMC复合金属件的制备方法，包括以下步骤：
10.1、定位合模：将铝件放入模具中，用顶针固定铝件，然后缓慢进行合模；
10.2、注塑成型：设定注塑条件为：注塑温度为140℃，注塑速度为3.0m/min，注塑压力为2.0MPa，向模具中注入1#BMC进行注塑，待1#BMC填充完毕后，控制固化温度为160℃、固化时间为220s进行固化成型，制得毛坯件，其中1#BMC的固化率为100％；
10.3、取件冷却：开模取出步骤1.2制得的毛坯件，置于室温下自然冷却，该毛坯件中金属件与1#BMC的收缩量关系式为：金属件的收缩量＞未固化1#BMC的收缩量+已固化1#BMC的收缩量；
10.4、修边检验：将步骤1.3冷却后的毛坯件置于车床上进行修边，经检验合格后，即得BMC复合金属件。
将上述实施例1-8以及对比例1-2制得的BMC复合金属件作为样品，进行如下性能测试，测试结果参见下表1。
A、高温高湿测试1：将样品在温度为70℃、湿度为95％的环境中放置72h后，放置冷却至室温，观察样品的结构；
B、高温高湿测试2：将样品在温度为90℃、湿度为95％的环境中放置96h后，放置冷却至室温，观察样品的结构；
C、热循环测试1：温度范围(-25～60)℃，循环10次，高温/低温各放置2h，升温和降温时间各2h，观察样品结构；
D、热循环测试2：温度范围(-35～70)℃，循环10次，高温/低温各放置2h，升温和降温时间各2h，观察样品结构
表1实施例1-8以及对比例1-2的性能测试表
结合表1，实施例1-8的BMC复合金属件由本发明的制备方法制得，其相对于对比例1-2制得的BMC复合金属件，本发明的BMC与金属件的复合无松动、开裂和脱落，其制得的BMC复合金属件注塑效果更为优异，具有优异的耐高温高湿性能和耐热循环性能，能有效降低产品的次品率和报废率，使得BMC注塑的金属器件得以量产。
将实施例1-3与实施例4-5的检测结果进行比较，可以得到，当毛坯件中BMC的固化率为80％-95％、未固化BMC的收缩量＜金属件的收缩量≤未固化BMC的收缩量+已固化BMC的收缩量时，其制得的BMC复合金属件注塑效果更为优异，进一步效降低产品的次品率和报废率，还能促使BMC与金属件的复合更为牢固。
将实施例1-3与实施例6-7的检测结果进行比较，可以得到，当BMC固化后的收缩率≤0.5％，线膨胀系数为1.5×10-5/℃-2.0×10-5/℃时，BMC与金属件的复合更为牢固，即便是在更严苛的高温高湿测试和耐热循环测试中，也能保证其复合无松动、开裂和脱落。
将实施例1-3与实施例8的检测结果进行比较，可以得到，本发明的金属件使用铝、铝合金、铜、不锈钢中的一种，线膨胀系数为1.3×10-5/℃-2.5×10-5/℃时，能够获得耐高温高湿性能和耐热循环性能更为优异的BMC复合金属件。
虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种BMC复合金属件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
定位合模：将金属件放入模具中，固定所述金属件后进行合模；
注塑成型：向所述模具中注入BMC进行注塑，控制固化温度为130℃-150℃、固化时间为50s-200s进行固化成型，制得毛坯件，其中，所述毛坯件中所述BMC的固化率为80％-95％；
取件冷却：开模取出所述毛坯件，置于室温下自然冷却；
修边：将冷却后的所述毛坯件置于车床上进行修边，获得BMC复合金属件。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述取件冷却的步骤中，所述金属件与所述BMC的收缩量关系式为：未固化BMC的收缩量＜金属件的收缩量≤未固化BMC的收缩量+已固化BMC的收缩量。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述BMC固化后的收缩率≤0.5％。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述BMC的线膨胀系数为1.5×10-5/℃-2.0×10-5/℃。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属件的材料为铝、铝合金、铜、不锈钢中的一种。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述金属件的线膨胀系数为1.3×10-5/℃-2.5×10-5/℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述注塑成型的步骤中，所述BMC在模腔内沿着所述金属件的轮廓边沿进行注塑。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述注塑成型的步骤中，注塑温度为130℃-150℃，注塑速度为1.2m/min-5.4m/min，注塑压力为2.5MPa-5.0MPa。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述BMC复合金属件中所述金属件嵌设于所述BMC的内部或复合在所述BMC的一侧表面上。
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