[發明專利]一種注塑成型高性能導電或導熱聚合物基復合材料制件的方法

有效

• 申請號: 201710051729.5
• 申請日: 2017-01-20
• 公開（公告）號: CN106827428B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 吳大鳴;孫靖堯;劉穎;鄭秀婷;許紅;趙中里
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B29C45/56
• 分類號: B29C45/56;B29C45/00;B29K23/00;B29K25/00;B29K27/06;B29K75/00;B29K27/18;B29K67/00;B29K77/00;B29K69/00;B29K33/00;B29K61/04;B29K63/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 趙蕊紅

本發明涉及一種注塑成型高性能導電或導熱聚合物基復合材料制件的方法：注塑?壓縮?再壓縮成型方法；屬于復合材料制備技術領域；該方法首先將導電(導熱)填料與聚合物基體加入到共混設備中混合均勻，得到聚合物/導電(導熱)填料體系；然后將其加入注塑機中，經由注塑機噴嘴定量注入半閉合的注塑模具模腔，注塑模具動模部分和靜模部分相對運動，對均相共混物進行一次緩慢壓縮，引發導電(導熱)網絡的自組裝；進一步地，通過動模部分相對靜模部分快速的二次壓縮直至完全合模，使之前得到的自組裝網絡受到“強制組裝”，形成密實的導電(導熱)網絡。該方法可以用于制備具有連續緊密的導電(導熱)網絡的高性能導電(導熱)復合材料制件。

技術領域

本發明涉及一種注塑成型高性能導電或導熱聚合物基復合材料制件的方法：注塑-壓縮-再壓縮成型方法，簡稱“注-壓-壓”方法。該方法，基于導電(導熱)網絡的“強制組裝”方法制備高性能導電(導熱)復合材料制件的工藝，通過特殊功能的注塑成型機實現。屬于復合材料制備技術領域。

背景技術

原位聚合法、溶液混合法和熔體共混法是制備聚合物基導電(導熱)復合材料的常用方法，其中熔體共混法是制備填料均勻分散的聚合物基復合材料普遍采用的方法，易于實現制品的批量加工，尤其適用于工業生產。注塑成型方法是制備聚合物基復合材料制件的首選方式之一。近年來，注塑壓縮方法獲得了發展，在傳統注塑成型方法的基礎上出現了非連動合模壓縮注塑、連動注塑壓縮方式、冷卻間退模等幾種壓縮成型方法，以解決薄壁、高粘度、大型制件難以注塑成型的難題。在注塑壓縮成型中,熔體首先被注入半閉合的模腔內,隨后或同時被壓縮,并在完全閉合的模腔中冷卻成型。與傳統的注塑成型相比,注塑壓縮成型具有改善熔體充模性能、降低注塑壓力和鎖模力、減小制品殘余應力和翹曲、提高制品整體密度均勻性等優點。注塑壓縮主要是在模具上實現的,現有的注塑壓縮模具包含一維方向和二維方向上對熔體進行一次或多次壓縮。如專利號為ZL02802531.8的專利公開的注塑壓縮模具能夠在制品厚度方向上對熔體進行壓縮；專利號為CN1O2773976A的專利公開的一種雙向壓縮模具，可同時在縱向和橫向兩維方向上改變模腔體積，滿足制品更高的壓縮要求；專利號為CN101195266A的專利公開的一種雙重壓縮成型方法，通過移動模板壓縮方式和頂出壓縮成型方式連動，在注塑壓縮的基礎上實現了二次壓縮的過程。目前已公布的注塑壓縮專利均著眼于制備薄壁制品、消除制品內應力、降低制品內分子鏈的取向程度等方面。本發明涉及的注塑-壓縮-再壓縮成型方法則側重于導電(導熱)網絡的“強制組裝”，通過二次乃至多次壓縮，為導電(導熱)網絡的形成提供必要的動力學及熱力學條件。

聚合物基導電(導熱)復合材料作為重要的功能材料之一，近年來廣泛的應用于制造抗靜電、導電或者導熱需求的電子設備、飛機配件、個人電腦、發光二極管芯片、電磁干擾屏蔽和傳感材料、醫療設備、智能生物材料、汽車零部件、家用電器、管道等。聚合物基體本身的導電(導熱)性能差，不能滿足實際使用需求，因此需要向聚合物基體中添加具有相當大長徑比或比表面積的導電(導熱)填料，形成連續的導電(導熱)網絡才能制備出滿足需求的復合材料制品。常用的導電(導熱)填料有炭黑粒子、碳纖維、片狀石墨、碳納米管和石墨烯。理論與實踐表明，形成連續緊密的導電(導熱)網絡是制備高導電(導熱)性能聚合物基復合材料的關鍵，現有的提高復合材料導電(導熱)性能的方法主要通過提高填料含量達到滲流閾值后繼續添加直至飽和。即便如此，復合材料的導電(導熱)性能仍與理論值相差甚遠，究其原因主要在于傳統方法得到的導電(導熱)網絡，是在特定的熱力學和流體動力學條件下由填料在基體中通過自組裝形成的，網絡上填料間距無法控制，雖然在滲流區域可以通過提高填料含量快速提升復合材料的導電(導熱)性能，但是由于大多聚合物基體粘度高，位阻大等影響，填料在聚合物基體中很難通過自組裝形成連續緊密的導電(導熱)網絡，使得復合材料的導電(導熱)性能與預期值相差甚遠；尤其是在超過滲流區域以后，復合材料的導電(導熱)性能隨填料含量提高緩慢，而力學性能和加工性能卻大幅下降。

發明內容