交變磁場中聚合物基復合材料的注射成型制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及交變磁場中聚合物基復合材料的注射成型制備方法，屬于材料制備領 域。
【背景技術】
[0002] 聚合物基復合材料是W高分子為基體與增強材料復合而成的一類復合材料。由于 其質量輕、加工容易，并且可W根據需要進行設計等，已越來越引起人們的注意。聚合物基 復合材料的聚合物基體分為橡膠類、熱固性樹脂和熱塑性樹脂類=種。橡膠類的集體包括 天然橡膠與合成橡膠，W后者為主。熱固性樹脂一般用環(huán)氧樹脂，加工穩(wěn)定性和綜合性能較 好。熱塑性樹脂對材料的耐熱性和耐化學性等有影響。
[0003] 注射成型塑料在注塑機加熱料筒中塑化后，由柱塞或往復螺桿注射到閉合模具的 模腔中形成制品的塑料加工方法。此法能加工外形復雜、尺寸精確或帶嵌件的制品，生產效 率高。注射成型幾乎適用于所有的熱塑性塑料。注射成型也成功地用于成型某些熱固性塑 料。注射成型的成型周期短（幾秒到幾分鐘），成型制品質量可由幾克到幾十千克，能一次 成型外形復雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的模塑品。因此，該方法適應性強，生產效 率高。用于注塑的物料須有良好流動性，才能充滿模腔W得到制品。
[0004] 聚合物基復合材料在使用過程中經常使用金屬材料作為增強體，在實際使用過程 中，我們經常需要金屬增強體在聚合物中不均勻分布，W實現特殊性能要求。我們發(fā)現，金 屬增強復合材料中金屬組元具有良好的導電性，而聚合物基體基本是絕緣體，因此可W利 用組元不同的電性能，通過交變磁場控制金屬組元在體系內的分布來制備聚合物基復合材 料。我們小組在注射成型基礎上，利用交變磁場控制金屬組元的移動，成功制備出了成分連 續(xù)的聚合物基復合材料。
[0005] 本發(fā)明的原理是：金屬材料通常具有良好的導電性，在交變磁場中會因磁場的連 續(xù)變化而在材料內部產生感應電流，根據愣次定律判斷，感生電流產生的磁場應該是阻礙 內部磁通的變化。因此，感生磁場與交變磁場會產生力的作用，磁力佩]大小為：
其中，鳴顆粒體積，i巧顆粒感生磁化強度，grad使如1場梯度。磁化強度M與輸入電 流強度直接相關，電流強度越大，則感生磁化強度越大。磁場梯度與顆粒所處的位置有關： 在線圈內部中央位置，磁場分布均勻，磁場梯度為零，因此顆粒受到的磁力為零；在線圈端 部位置，磁場梯度最大，在該位置處，金屬顆粒受到的磁力最大。因此，金屬顆粒受到磁力的 大小與電流強度、交變磁場的頻率W及金屬在磁場中的位置有關系。聚合物材料通常電阻 率很高，在交變磁場中不會有滿流產生，因此不受交變磁場影響。于是，基于金屬和聚合物 組元對交變磁場不同的相應，可W采用交變磁場控制金屬組元在復合體系內的分布，通過 注射成型法制備聚合物基復合材料。
[0006] 本發(fā)明突出的優(yōu)點就是利用成熟的注射成型方法制備聚合物基復合材料，通過調 整電流強度、頻率等工藝參數，可w方便地制備出成分連續(xù)變化且可控的復合材料。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供交變磁場中聚合物基復合材料的注射成型制備方法。
[0008] 它的步驟為： 步驟1)原料準備 在100份的熱塑性塑料或者熱固性塑料與固化劑的混合物中加入5~100份金屬顆 粒，在120~240°C混合均勻； 所述的熱塑性塑料為聚乙締、聚丙締和聚苯乙締等； 所述的熱固性塑料為不飽和聚醋樹脂、環(huán)氧樹脂和酪醒樹脂等； 所述的固化劑為聚酷胺、六次甲基四胺和苯乙締等； 所述的金屬顆粒為化、A1、Ag、Mg、化、化等； 步驟2)交變交變磁場中注射成型 將原料在一定壓力下注射入模具，注射溫度為140~26(TC，在模具處施加交變磁場， 樣品位于交變磁場線圈端部，電流強度為0. 1~20A，電流頻率為1〇2~10 5化； 交變磁場由線圈通交變電流產生。受交變磁場作用，導電性的金屬內部產生感生電流， 進而產生感生磁場，感生磁場與初生磁場之間的相互作用使金屬受到驅動，進而在體系中 形成成分梯度。降低交變電流強度和頻率，金屬組元受到的驅動力降低，成分梯度減小。提 高交變電流強度和頻率，金屬組元受到的驅動力增大，成分梯度則增大。調整電流強度為 0. 1~20A，電流頻率為1〇2~10 5化； 步驟3)冷卻、脫模 保壓一段時間后，塑件冷卻到一定的溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出 模外，得到產品。
[0009]制備的樣品經電子探針分析，金屬組元在體系內部呈連續(xù)梯度分布。
[0010] 本發(fā)明的優(yōu)點是： 1) 通過施加交變磁場，可W在很大成分范圍內制備出聚合物基復合材料； 2) 改變電流強度、電流頻率，可W控制材料內組分的分布梯度； 3) 利用成熟的工藝注射成型方法使制備梯度材料的手續(xù)簡化、成本降低。
【具體實施方式】
[0011] 實施例1 : 步驟1)原料準備 在100份的聚乙締中加入5份金屬化顆粒，在120°C混合均勻； 步驟2)交變磁場中注射成型 將原料在一定壓力下注射入模具，注射溫度為140°C，在模具處施加交變磁場，樣品位 于交變磁場線圈端部，電流強度為0. 1A，電流頻率為1〇2化； 步驟3)冷卻、脫模 保壓一段時間后，塑件冷卻到一定的溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出 模外，得到產品。
[001引實施例2: 步驟1)原料準備 在100份的聚丙締中加入20份金屬A1顆粒，在160°C混合均勻； 步驟2)交變磁場中注射成型 將原料在一定壓力下注射入模具，注射溫度為180°C，在模具處施加交變磁場，樣品位 于交變磁場線圈端部，電流強度為1A，電流頻率為103化； 步驟3)冷卻、脫模 保壓一段時間后，塑件冷卻到一定的溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出 模外，得到產品。
[001引 實施例3: 步驟1)原料準備 在100份的聚苯乙締中加入50份金屬Ag顆粒，在180°C混合均勻； 步驟2)交變磁場中注射成型 將原料在一定壓力下注射入模具，注射溫度為20(TC，在模具處施加交變磁場，樣品位 于交變磁場線圈端部，電流強度為3A，電流頻率為104Hz; 步驟3)冷卻、脫模 保壓一段時間后，塑件冷卻到一定的溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出 模外，得到產品。
[0014] 實施例4 : 步驟1)原料準備 在100份的不飽和聚醋樹脂與聚酷胺的混合物中加入70份金屬化顆粒，在200°C混合 均勻； 步驟2)交變磁場中注射成型 將原料在一定壓力下注射入模具，注射溫度為22(TC，在模具處施加交變磁場，樣品位 于交變磁場線圈端部，電流強度為5A，電流頻率為1〇5化； 步驟3)冷卻、脫模 保壓一段時間后，塑件冷卻到一定的溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出 模外，得到產品。
[001引實施例5: 步驟1)原料準備 在100份的環(huán)氧樹脂與六次甲基四胺的混合物中加入100份金屬Mg顆粒，在240°C混 合均勻； 步驟2)交變磁場中注射成型 將原料在一定壓力下注射入模具，注射溫度為26(TC，在模具處施加交變磁場，樣品位 于交變磁場線圈端部，電流強度為10A，電流頻率為103化； 步驟3)冷卻、脫模 保壓一段時間后，塑件冷卻到一定的溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出 模外，得到產品。
[001引實施例6: 步驟1)原料準備 在100份的酪醒樹脂與苯乙締的混合物中加入10份金屬化顆粒，在180°c混合均勻； 步驟2)交變磁場中注射成型 將原料在一定壓力下注射入模具，注射溫度為20(TC，在模具處施加交變磁場，樣品位 于交變磁場線圈端部，電流強度為20A，電流頻率為105化； 步驟3)冷卻、脫模 保壓一段時間后，塑件冷卻到一定的溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出 模外，得到產品。
[0017] W上各實施例中，所制備的樣品經電子探針分析發(fā)現，在材料內部金屬組元均呈 連續(xù)梯度分布。
【主權項】
1. 交變磁場中聚合物基復合材料的注射成型制備方法，其特征在于它的步驟為： 步驟1)原料準備 在100份的熱塑性塑料或者熱固性塑料與固化劑的混合物中加入5~100份金屬顆 粒，在120~240 °C混合均勻； 步驟2)交變磁場中注射成型 將原料在一定壓力下注射入模具，注射溫度為140~260°C，在模具處施加交變磁場， 樣品位于交變磁場線圈端部，電流強度為0. 1~20A，電流頻率為IO2~10 5Hz ; 步驟3)冷卻、脫模 保壓一段時間后，塑件冷卻到一定的溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出 模外，得到產品。2. 根據權利要求1所述的交變磁場中聚合物基復合材料的注射成型制備方法，其特征 在于所述的熱塑性塑料為聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等。3. 根據權利要求1所述的交變磁場中聚合物基復合材料的注射成型制備方法，其特征 在于所述的熱固性塑料為不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂等。4. 根據權利要求1所述的交變磁場中聚合物基復合材料的注射成型制備方法，其特征 在于所述的固化劑為聚酰胺、六次甲基四胺和苯乙烯等。5. 根據權利要求1所述的交變磁場中聚合物基復合材料的注射成型制備方法，其特征 在于所述的金屬顆粒為Cu、Al、Ag、Mg、Zn、Fe等。6. 根據權利要求1所述的交變磁場中聚合物基復合材料的注射成型制備方法，其特征 在于所述的交變磁場由線圈通交變電流產生。
【專利摘要】本發(fā)明公開了交變磁場中聚合物基復合材料的注射成型制備方法。其步驟為：1）將金屬顆粒與熱塑性塑料或者與熱固性塑料和固化劑的混合物加熱混合均勻；2）將原料在一定壓力下注射入模具，注射溫度為140～260℃，在模具處施加交變磁場，樣品位于交變磁場線圈端部，電流強度為0.1～20A，電流頻率為102～105Hz；3）保壓一段時間后，塑件冷卻到一定的溫度即可開模，在推出機構的作用下將塑件推出模外，得到產品。本發(fā)明方法的優(yōu)點是：利用成熟的注射成型方法制備聚合物基復合材料，通過調整電流強度、頻率及其它制備工藝參數，可以在很大的厚度范圍內方便地制備出成分連續(xù)變化且可控的復合材料。
【IPC分類】B29C45/17
【公開號】CN105014873
【申請?zhí)枴緾N201510361540
【發(fā)明人】不公告發(fā)明人
【申請人】彭曉領
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年6月28日