[發明專利]高分子梯度材料

有效

• 申請號: 201410400381.2
• 申請日: 2014-08-09
• 公開（公告）號: CN104647813B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 廖張潔;郭宏磊
• 申請（專利權）人: 廖張潔
• 主分類號: B32B5/14
• 分類號: B32B5/14;B32B27/08;B32B33/00;B29C47/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種梯度材料，特別是一種高分子梯度材料，屬于材料領域。

背景技術

高分子材料一般通過擠出、澆注等成型后再利用光固、熱固、熱塑等方式對其進行處理，使所得材料兼具各原料的性能以提高材料的綜合性能。然而由于高分子材料表面性能的不同，使得這些處理并不容易。為了能得到較好的層間附著牢度，很多材料需要進行表面預處理，如我們所熟知的PET的電暈處理、PET的水性底涂處理、PP的電暈處理、PA的電暈處理等等，而這些處理一般都是具有時效性的，如果處理后的材料沒有及時使用掉，那么隨著時間的推移，處理效果會逐漸喪失，這使得材料加工企業面臨生產不合格產品的危險，風險非常大。此外，這些表面處理的批次差異也相對較大，材料性能的可控性不好。

我們知道，由于不同材料的熱膨脹系數不同，使用簡單的復合技術得到的材料往往面臨不同程度的形變問題，如薄膜的卷曲問題，相對較厚材料的翹曲問題。為了克服薄膜的卷曲問題，日東電工株式會社提出了層疊薄膜的制造方法(CN103140298)，其提到固化層的厚度不足1微米，光聚合引發劑的10％熱失重溫度為170℃以上，并且熱處理的工藝要控制在150℃下對第一層疊薄膜加熱1小時時熱收縮率為0.5％以下的溫度條件進行。在此方法中，固化層厚度小于1微米，固化時會存在一定的氧阻聚效應，光聚合引發劑的10％熱失重溫度為170℃以上，可選的引發劑少，加上熱處理溫度又較高，經加熱后又會失去一部分引發劑，所以所得材料的硬度和耐刮性可能會比傳統的光固化材料要差。

對于企業，成本是必須考慮的一個問題。如前所述的通過在成型材料表面再進行處理的方法來制備功能材料存在生產環節多、消耗材料也多的問題，最終導致成本上升。以制備觸摸屏用的光學塑膠加硬材料為例，在制備的光學塑膠基材兩側必須進行覆膜保護以避免材料在運輸過程中受到損傷。其中一側所使用的保護膜一般需要有抗靜電的功能，同時，在撕下保護膜時所使用的保護膜上的膠層不能殘留在材料表面。諸如此類的要求使得每增加一個環節都會大幅增加材料的生產成本。

可見，尋求一種可以同時解決因表面特性不同而帶來的材料層間附著力問題、熱膨脹系數不同而帶來的形變問題以及生產環節多而帶來的成本問題的方法是非常有意義的，而材料的梯度制造方法就是這樣一種新的制造技術。對于聚合物梯度材料而言，制備的方法包括：(一)梯度擠出法，如Wen等利用擠出的方法制備了PA6與PP的梯度材料，實現了不同形式的梯度方式(Wen B.Y.，et al.A flat polymeric gradient material：preparation，structure and property，Polymer，2004，45：3359-3365.)；傅強等在專利CN103496149中公開的聚合物梯度功能材料連續制備成型裝置，通過該裝置可以連續梯度擠出的方法制備熱塑性梯度功能材料；Gallant等在美國專利US7632433中提出通過在加料條件(material input conditions)、操作條件(operating conditions)、設備單元結構(hardware element configurations)這3個方面中至少一個方面引入擾動(disturbances)來生產梯度材料；儲九榮等在專利CN101544045中提出了連續反應共擠熱擴散的方法制備梯度型塑料光纖，使用的主單體材料為甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、雙酚A，最終所得的材料是熱塑性的材料；Gao等通過擠出、注塑的方法制備了iPP/HDPE/CB梯度材料，炭黑選擇性的分布在高密度聚乙烯材料中(Gao Y.J.，et al.Preparing iPP/HDPE/CB functionally gradient materials：influence factors of components and processing，Polymers for Advanced Technologies，2012，23：695-701.)。(二)聚合反應法，如財團法人工業技術研究院在專利CN102558462中公開的梯度組成復合材料及其制造方法，通過對含有無機納米顆粒或具有官能團的有機寡聚物混合液進行光聚合反應或熱聚合反應，引導具有官能團改性表面的無機納米顆粒或者具有官能團的有機寡聚物集中在光照面或受熱面，從而制備出在有機基質中呈梯度分布的材料。(三)界面聚合法，如Chekanov等報道的，通過連續改變反應單體的濃度使得聚合在熱的固體聚合物界面上的聚合物呈梯度分布，從而制備了熱固化梯度材料(Chekanov Y.A.，et al.Preparation of functionally gradient materials via frontal polymerization，J.Appl.Polym.Sci，2000，78：2398-2404.)。(四)外場作用力法，如溫變英等在專利CN101704984中提出的聚合物基導電梯度功能材料及其制備方法，利用流變學原理，通過控制影響填料沉降過程中的熱力學因素和動力學因素實現材料組分分布的梯度化，制備了導電填料在材料中梯度分布的梯度材料。當然也可以是利用溫度、電場、磁場等來誘導材料呈梯度分布從而制備聚合物梯度材料。(五)溶脹法，如Yean等在美國專利US5258144中提出的通過將某一折射率的物質溶脹到另一種材料中，從而制備出折射率梯度分布的材料。