复合材料、复合材料注塑料、复合材料产品及制备方法

文档序号:149127 发布日期:2021-10-26 浏览:18次 >En<

阅读说明:本技术 复合材料、复合材料注塑料、复合材料产品及制备方法 (Composite material, composite material injection molding material, composite material product and preparation method ) 是由 肖升 吴沙鸥 钟丽萍 贺鹏华 于 2021-07-30 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种复合材料的制备方法,包括以下步骤:分别称取第一粉体和第二粉体,所述第一粉体为无机粉体,所述第二粉体为具有苯环结构的工程树脂粉体;通过改性剂对所述第一粉体进行表面改性处理,得到改性粉体浆料,所述改性剂为带有苯环结构的表面活性剂;对所述改性粉体浆料进行干燥处理,得到改性粉体;将所述改性粉体与所述第二粉体混合后经密炼、造粒得到所述复合材料注塑料,所述密炼及造粒的温度范围为250-400℃。还提供一种由上述制备方法制备的复合材料注塑料、一种复合材料产品的制备方法、以及一种复合材料产品。本发明提供的复合材料的制备方法能够显著提高复合材料的界面结合强度,从而使复合材料及复合材料产品的弯曲强度得到提升。(The invention provides a preparation method of a composite material, which comprises the following steps: respectively weighing first powder and second powder, wherein the first powder is inorganic powder, and the second powder is engineering resin powder with a benzene ring structure; carrying out surface modification treatment on the first powder by using a modifier to obtain modified powder slurry, wherein the modifier is a surfactant with a benzene ring structure; drying the modified powder slurry to obtain modified powder; mixing the modified powder and the second powder, and then carrying out banburying and granulation to obtain the composite material injection molding material, wherein the temperature range of the banburying and the granulation is 250-400 ℃. Also provides a composite material injection molding material prepared by the preparation method, a preparation method of a composite material product and the composite material product. The preparation method of the composite material provided by the invention can obviously improve the interface bonding strength of the composite material, so that the bending strength of the composite material and the composite material product is improved.)

复合材料、复合材料注塑料、复合材料产品及制备方法

技术领域

本发明属于复合材料技术领域,特别是涉及一种复合材料、复合材料注塑料、复合材料产品及制备方法。

背景技术

随着科技的不断进步,人们对材料的需求不单单止于单一材料。复合材料作为一种新型材料,由于其具有更好的综合性能,越来越受到人们的关注,并引发大量学者对其进行研究。在复合材料领域中,有机材料和无机材料组成的复合材料尤其受到人们的推崇,但是有机材料与无机材料存在结合困难的问题,其界面结合强度一直是困扰广大研究者的首要问题,而界面结合强度不好的话将直接导致复合材料整体性能下降,甚至出现界面处断裂、脱落等严重问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足,并提供一种复合材料、复合材料注塑料、复合材料产品及制备方法,该复合材料的制备方法能够显著提高复合材料的界面结合强度,从而使复合材料及复合材料产品的整体性能得到提升。

为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:

一种复合材料的制备方法,包括以下步骤:

分别称取第一粉体和第二粉体,所述第一粉体为无机粉体,所述第二粉体为具有苯环结构的工程树脂粉体;

通过改性剂对所述第一粉体进行表面改性处理,得到改性粉体浆料,所述改性剂为带有苯环结构的表面活性剂;

对所述改性粉体浆料进行干燥处理,得到改性粉体;

将所述得到改性粉体与所述第二粉体混合后经密炼、造粒得到复合材料注塑料,所述密炼及造粒的温度范围为250-400℃。

对上述技术方案的进一步改进是:

所述改性剂包括苯甲酸、苯甲酸钠、苯甲酸铵、对苯二甲酸、邻苯二甲酸、或邻苯二甲酸钠中的一种或多种。

所述表面改性处理具体如下:

将第一粉体、改性剂和去离子水配置成质量分数为10-60%的浆料,将所述浆料置于搅拌设备中进行搅拌,搅拌时间为2-30h,得到所述表面改性粉体浆料。

所述第一粉体和第二粉体的质量比为3-6:2。

所述第一粉体包括陶瓷粉体、金属粉体、或硅酸盐玻璃粉中的一种或多种。

所述第二粉体包括聚苯硫醚粉体、聚苯醚粉体、聚苯砜粉体或聚苯乙烯粉体中的任意一种。

所述改性剂与所述第一粉体的质量比为0.1-10:100。

本发明还提供一种复合材料注塑料,由上述的复合材料的制备方法制备而成。

本发明还提供一种复合材料产品的制备方法,包括以下步骤:

对复合材料注塑料进行注塑,所述注塑的温度范围为200-380℃,所述复合材料注塑料为上述的复合材料注塑料。

本发明还提供一种复合材料产品,由上述的复合材料注塑料制备而成。

根据本发明的技术方案可知,本发明的复合材料的制备方法,首先对无机粉体进行改性处理,使无机粉体的表面官能团化,且改性剂使用的是带有苯环结构的表面活性剂,无机粉体在改性后,带有苯环结构的改性剂会吸附或接枝在无机粉体的表面,增强了无机粉体与改性剂间的界面结合强度。同时,由于第二粉体为具有苯环结构的工程树脂粉体,当将改性造粒粉与第二粉体混合后,由于第二粉体也带有苯环结构,基于相似相容原理,改性剂会与第二粉体牢固结合,形成苯环结构之间的大π键,从而增强了改性剂和第二粉体的界面结合强度,此种复合材料的两个界面的结合强度均有一定程度的增加,因此使第一粉体和第二粉体结合得更为紧密,提高了界面结合强度,使复合材料的力学性能更好。且其制备过程简单,生产成本较低。使用该复合材料制备的复合材料注塑料及复合材料产品同样具有优异的弯曲强度。

附图说明

图1为本发明实施例的复合材料的制备方法的流程示意图。

图2为本发明实施例复合材料产品的制备方法的流程示意图。

图3为本发明实施例1制备的复合材料产品的表面SEM图。

图4为本发明实施例2制备的复合材料产品的表面SEM图。

图5为本发明实施例3制备的复合材料产品的表面SEM图。

图6为本发明对比例制备的复合材料产品的表面SEM图。

具体实施方式

为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。

如图1所示,在具体实施方式中,所述复合材料的制备方法,包括以下步骤:

S1、原料准备:按照质量配比要求分别称取第一粉体和第二粉体,所述第一粉体为无机粉体,所述第二粉体为具有苯环结构的工程树脂粉体。所述第一粉体和第二粉体的质量比为3-6:2。所述第一粉体包括陶瓷粉体、金属粉体、或硅酸盐玻璃粉中的一种或多种。比如,所述陶瓷粉体可以是氧化铝粉体、氧化锆粉体、或氧化硅粉体等。所述金属粉体可以是钨钢粉、铝粉或铁粉等。所述第二粉体包括聚苯硫醚粉体(PPS)、聚苯醚粉体(PPO)、聚苯砜粉体(PPSU)或聚苯乙烯粉体(EPS)中的任意一种。

S2、对第一粉体进行改性处理:通过改性剂对所述第一粉体进行表面改性处理,得到改性粉体浆料,所述改性剂为带有苯环结构的表面活性剂。所述改性剂包括苯甲酸、苯甲酸钠、苯甲酸铵、对苯二甲酸、邻苯二甲酸、或邻苯二甲酸钠中的一种或多种。所述改性剂与所述第一粉体的质量比为0.1-10:100。

表面改性处理的具体过程如下:将第一粉体、改性剂和去离子水配置成质量分数为10-60%的浆料,将所述浆料置于搅拌设备中进行充分搅拌,搅拌时间为2-30h,得到所述表面改性粉体浆料。所述搅拌设备可以是砂磨机、滚磨机、行星球磨机或反应釜中的任意一种。

S3、干燥处理:对所述改性粉体浆料进行干燥处理,得到改性粉体。所述干燥包括喷雾干燥、真空干燥或超临界干燥中的一种或多种。干燥温度为100-300℃。

S4、密炼、造粒:将所述改性粉体与所述第二粉体混合后经密炼机密炼、及造粒机造粒后得到复合材料注塑料,所述密炼及造粒的温度范围为250-400℃。

本方法中的密炼及造粒温度范围合适,能够提高复合材料的界面结合强度,如温度太高会使高分子材料碳化,影响界面强度。如温度太低,则无法密炼造粒,同样达不到提高界面结合强度的效果。

在具体实施方式中,复合材料产品的制备方法还包括以下步骤:

S5、注塑成型:将所述复合材料注塑宵经注塑后得到复合材料产品,所述注塑的温度为200-380℃。

在具体实施方式中,复合材料产品的制备方法还可以包括以下步骤:

S6、热处理及加工处理:对所述复合材料产品进行热处理及加工处理。所述复合材料产品的四点弯曲强度要求为180-400MPa。

如图1和图2所示,实施例1:本实施例提供一种复合材料的制备方法、一种复合材料产品的制备方法,以及由上述制备方法制备的复合材料注塑料和复合材料产品,其制备方法具体包括以下步骤:

S1、原料准备:按照质量配比要求分别称取第一粉体和第二粉体,所述第一粉体为氧化铝粉体,所述第二粉体为聚苯硫醚粉体(PPS)。按质量份数计,所述第一粉体为50份,第二粉体为17份。

S2、对第一粉体进行改性处理:通过改性剂对所述第一粉体进行表面改性处理,得到改性粉体浆料,所述改性剂为苯甲酸钠。按质量份数计,所述改性剂加入量为1份。

表面改性处理的具体过程如下:将50质量份的第一粉体和1质量份的改性剂和去离子水配置成质量分数为40%的浆料,将所述浆料置于砂磨机中进行充分搅拌改性,搅拌时间为6h,得到所述表面改性粉体浆料。

S3、干燥处理:对所述改性粉体浆料进行喷雾干燥处理,得到改性粉体。干燥温度为100-300℃。

S4、密炼、造粒:将所述改性粉体与17质量份的第二粉体共混30h,之后经密炼机密炼、造粒机造粒后得到所述复合材料注塑料。所述密炼温度为300℃,密炼时间为4h。所述造粒机为螺杆造粒机,造粒温度为280℃。

S5、注塑成型:将所述复合材料注塑料经注塑后得到复合材料产品,所述注塑的温度为360℃。

S6、热处理及加工处理:对所述复合材料产品进行热处理及加工处理。

实施例2:本实施例提供一种复合材料的制备方法、一种复合材料产品的制备方法,以及由上述制备方法制备的复合材料注塑料和复合材料产品,其制备方法与实施例1的制备方法基本一致,对于相同的部分在此不再赘述,不同的是:

S1、原料准备:所述第一粉体为钨钢粉,所述第二粉体为聚苯硫醚粉体(PPS)。按质量份数计,所述第一粉体为20份,第二粉体为11份。

S2、对第一粉体进行改性处理:所述改性剂为苯甲酸,按质量份数计,所述改性剂加入量为2份。

表面改性处理的具体过程如下:将20质量份的第一粉体和2质量份的改性剂和去离子水配置成质量分数为40%的浆料,将所述浆料置于砂磨机中进行充分搅拌改性,搅拌时间为6h,得到所述表面改性粉体浆料。

S3、干燥处理:对所述改性粉体浆料进行喷雾干燥处理,得到改性粉体。

S4、密炼、造粒:将所述改性粉体与11质量份的第二粉体共混30h,之后经密炼机密炼、造粒机造粒后得到所述复合材料注塑料。

S5、注塑成型:将所述复合材料注塑料经注塑后得到复合材料产品。

S6、热处理及加工处理:对所述复合材料产品进行热处理及加工处理。

实施例3:本实施例提供一种复合材料的制备方法、一种复合材料产品的制备方法,以及由上述制备方法制备的复合材料注塑料和复合材料产品,其制备方法与实施例1的制备方法基本一致,对于相同的部分在此不再赘述,不同的是:

S1、原料准备:所述第一粉体为硅酸盐玻璃粉,所述第二粉体为聚苯硫醚粉体(PPS)。按质量份数计,所述第一粉体为30份,第二粉体为10份。

S2、对第一粉体进行改性处理:所述改性剂为苯甲酸,按质量份数计,所述改性剂加入量为0.03份。

表面改性处理的具体过程如下:将30质量份的第一粉体和10质量份的改性剂和去离子水配置成质量分数为40%的浆料,将所述浆料置于砂磨机中进行充分搅拌改性,搅拌时间为6h,得到所述表面改性粉体浆料。

S3、干燥处理:对所述改性粉体浆料进行喷雾干燥处理,得到改性粉体。

S4、密炼、造粒:将所述改性粉体与10质量份的第二粉体共混30h,之后经密炼机密炼、造粒机造粒后得到所述复合材料注塑料。

S5、注塑成型:将所述复合材料注塑料经注塑后得到复合材料产品。

S6、热处理及加工处理:对所述复合材料产品进行热处理及加工处理。

对比例:本对比例提供一种复合材料的制备方法、一种复合材料产品的制备方法,以及由上述制备方法制备的复合材料注塑料和复合材料产品,其制备方法具体包括以下步骤:

S1、原料准备:分别称取第一粉体和第二粉体,并将二者混合均匀,得到混合粉体。其中,混合时间为30h。所述第一粉体为氧化铝粉体,所述第二粉体为PPS粉体。按质量份数计,所述第一粉体为3份,第二粉体为1份。

S2、密炼、造粒:将所述混合粉体经密炼机密炼、造粒机造粒后得到复合材料注塑料。所述密炼造粒温度为300℃,密炼时间为4h。所述造粒机为螺杆造粒机,造粒温度为280℃。

S3、注塑成型:将所述复合材料注塑料经注塑后得到复合材料产品坯体,所述注塑的温度为360℃。

S4、热处理及加工处理:对所述复合材料产品进行热处理及加工处理。

分别对上述三个实施例和一个对比例进行四点弯曲强度检测,检测结果如表1所示。

表1

由上表可知,实施例1、实施例2和实施例3的四点弯曲强度都达到了180-400MPa的设计要求,而对比例的四点弯曲强度则没有达到设计值要求,强度较低。

图3、图4和图5分别为实施例1、实施例2和实施例3所制备的复合材料产品的表面SEM图,由图可以看出,图3、图4和图5的复合材料产品其材料界面结合较好,无明显的开裂和脱粒现象。图6为对比例所制备的复合材料产品的表面SEM图,由图可以看出,图6的复合材料产品其界面结合处有明显的缝隙,产品有开裂现象,并且有脱粒的现象。从表1的数据结果也可以明显看出,通过本发明方案所制备的复合材料产品其四点弯曲强度远远大于对比例方法所制备的复合材料产品的四点弯曲强度,说明本发明方案所制备的复合材料界面结合更牢固。通过本发明方案制备的复合材料能够明显提高界面结合强度,且本发明制备的复合材料其弯曲强度性能指标更优。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

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