[發明專利]交變磁場中聚合物基復合材料的注射成型制備方法

有效

• 申請號: 201510361540.7
• 申請日: 2015-06-28
• 公開（公告）號: CN105014873B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 彭曉領;李靜;楊艷婷;徐靖才;王攀峰;金紅曉;金頂峰;洪波;王新慶;葛洪良
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: B29C45/17
• 分類號: B29C45/17
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉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

聚合物基復合材料是以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，并且可以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三種。橡膠類的集體包括天然橡膠與合成橡膠，以后者為主。熱固性樹脂一般用環氧樹脂，加工穩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。

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，才能充滿模腔以得到制品。

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，以實現特殊性能要求。我們發現，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，因此可以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的聚合物基復合材料。

本發明的原理是：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變化而在材料內部產生感應電流，根據楞次定律判斷，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F的大小為：

其中，V是顆粒體積，M為顆粒感生磁化強度，gradH為磁場梯度。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、交變磁場的頻率以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渦流產生，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，可以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。

本發明突出的優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，可以方便地制備出成分連續變化且可控的復合材料。

發明內容

本發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。

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℃混合均勻；

所述的熱塑性塑料為聚乙烯、聚丙烯和聚苯乙烯等；

所述的熱固性塑料為不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂和酚醛樹脂等；

所述的固化劑為聚酰胺、六次甲基四胺和苯乙烯等；

所述的金屬顆粒為Cu、Al、Ag、Mg、Zn、Fe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140～260℃，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；

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10²～10⁵Hz；

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。

制備的樣品經電子探針分析，金屬組元在體系內部呈連續梯度分布。

本發明的優點是：