一种高分子基梯度材料的非平衡射出成型方法技术

本发明专利技术公开了一种高分子基梯度材料的非平衡射出成型方法，包括以下步骤：(1)将原料称重，充分混合后，加入到熔融混合机中，制备出混合均匀的粒料；(2)将步骤(1)中粒料加入成型机，经熔融后注入成型模具型腔，调节动模温度并稳定为TD,调节定模温度并稳定为TJ，制备出预成型梯度材料；(3)将步骤(2)中预成型梯度材料急冷开模，即得高分子基梯度材料；其中，动模温度TD大于定模温度TJ。本发明专利技术利用传统注射成型机，成型工艺简单、可靠、经济，制品不受形状与尺寸限制，可高效批量制备形状与结构复杂的三维尺度的梯度材料制品；克服了梯度材料在制备过程能耗高，单件制品成型周期长，且不能实现批量化生产的阻力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高分子材料领域，更具体地，本专利技术涉及一种高分子基梯度材料的非平衡射出成型方法。
技术介绍
梯度功能材料(FunctionalGradedMaterial,FGM)是将两种或两种以上具有不同性质的原材料，通过采用不同以往的复合技术控制材料内部的微观要素(包括组成、结构和空隙在内的形态与结合方式等)在某特定方向呈连续的梯度变化，从而使材料的宏观性能也在同一方向呈连续梯度变化的一种非均匀复合材料。FGM是集各种单一组相(金属、陶瓷、高分子等)的最佳优点，具有传统复合材料无法比拟的特定性能的功能材料。通过高分子、金属、无机非金属等不同属性材料的巧妙结合制备得到FGM。FGM在各种对材料有特殊要求的领域有着广阔的应用前景。高分子材料因独特的化学、物理性质所赋予的反应性、溶解性、热塑性等，使得高分子基非均质梯度结构时具有丰富的制备工艺，主要包括：界面凝胶聚合、光诱导聚合、叠层交联法、电化学、叠层模压、3D打印、级分配料熔融共挤-叠压成型、熔融共挤-梯度分配-二维混合挤出、磁控共溅射沉积等。虽然经过多年的研究与发展，高分子基梯度材料在材料设计、制备工艺、性能表征等方面取得了重大进展，但技术仍不够成熟，存在如下问题：1)实施过程复杂、制作工序繁琐、制作条件苛刻、制备效率低下，影响因素众多、形态控制困难等一个或数个问题，而难以具备工业应用价值；2)所能制备的梯度材料及制品或为厚度在纳米或微米级的涂层，或为体积小、结构与形状简单的片材、平板，不易制成较大的结构件或形状较为复杂的零部件，且制作成本高；3)制备过程能耗高，单件制品成型周期长，且不能实现批量化生产。因此，现有技术还难以工业化大量生产结构形状较为复杂的高分子基梯度复合材料及制品。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种高分子基梯度材料的非平衡射出成型方法，包括以下步骤：(1)将原料称重，充分混合后，加入到熔融混合机中，制备出混合均匀的粒料；(2)将步骤(1)中粒料加入成型机料斗，经熔融后注入成型模具型腔，调节动模温度并稳定为TD,调节定模温度并稳定为TJ，制备出预成型梯度材料；(3)将步骤(2)中预成型梯度材料急冷开模，即得高分子基梯度材料；其中，动模温度TD大于定模温度TJ。在一种实施方式中，所述原料选自如下组合：两种以上高分子材料；高分子材料与无机非金属材料；高分子材料与无机非金属材料、低熔点金属材料；高分子材料与低熔点金属材料中的任意一种。在一种实施方式中，所述两种以上高分子材料分别具有不同的熔点、玻璃化温度、粘流温度。在一种实施方式中，所述无机非金属材料的形态为非金属粉体、晶须以及纤维中的任意一种或几种。在一种实施方式中，所述无机非金属材料的尺寸为微米级别或纳米级别。在一种实施方式中，所述无机非金属材料选自炭黑、碳酸钙、滑石粉、蒙脱土、石墨、埃落石、硫酸钡晶须、钛酸钾晶须、玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤、碳纳米管中的任意一种或几种。在一种实施方式中，所述低熔点金属材料为熔点低于与其组合的高分子材料的分解温度的低熔点金属材料。在一种实施方式中，所述低熔点金属材料选自锡、铋、铟、锡铋合金、锡铅合金、伍德合金、巴氏合金、易熔合金中的任意一种或几种。在一种实施方式中，所述熔融混合机选自螺杆型挤出机、开炼机、密炼机中的任意一种。本专利技术的另一个目的在于提供所述方法制备得到的高分子基梯度材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：一方面，利用传统注射成型机，成型工艺简单、可靠、经济，制品不受形状与尺寸限制，可高效批量制备形状与结构复杂的三维尺度的制品；经本专利技术制得的高分子基梯度材料，具有现有均质材料所不具有的优异性能。另一方面，梯度化过程及材料形态容易控制，在共混熔体射入成型模具型腔过程中，通过控制成型模具型腔内负熵流及作用时间，能够便捷且快速可控地制备不同形态的高分子基梯度材料，其形态控制精密而有效，克服了制备过程能耗高，单件制品成型周期长，且不能实现批量化生产的阻力。附图说明图1实施例1中制备得到的高密度聚乙烯/聚氧乙烯梯度型梯度材料的偏光显微镜照片。图2实施例1中制备得到的高密度聚乙烯/聚氧乙烯梯度材料的动模侧、定模侧以及厚度中心处的ATR-FTIR图谱。图3实施例2中制备得到的聚甲基丙烯酸甲酯/聚氧乙烯/炭黑梯度材料的偏光显微镜照片。图4实施例3中制备得到的聚醚醚酮/聚醚酰亚胺梯度材料的偏光显微镜照片。图5实施例4中制备得到的聚苯乙烯/锡铅合金梯度材料的偏光显微镜照片。具体实施方式除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本专利技术所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素，“以上”理解为包含本数。连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1-2”、“1-2和4-5”、“1-3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。此外，本专利技术要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显指单数形式。本专利技术提供了一种高分子基梯度材料的非平衡射出成型方法，包括以下步骤：(1)将原料称重，充分混合后，加入到熔融混合机中，制备出混合均匀的粒料；(2)将步骤(1)中粒料加入成型机料斗，经熔融后注入成型模具型腔，调节动模温度并稳定为TD,调节定模温度并稳定为TJ，制备出预成型梯度材料；(3)将步骤(2)中预成型梯度材料急冷开模，即得高分子基梯度材料；其中，动模温度TD大于定模温度TJ。作为一种优选方式，所述原料选自如下组合：两种以上高分子材料；高分子材料与无机非金属材料；高分子材料与无机非金属材料、低熔点金属材料；高分子材料与低熔点金属材料中的任意一种。所述成型模具，为自制的注射成型模具，包括合模系统、定模部分、动模部分，合模系统从左至右依次包括动模座板、位于动模座板内侧的顶板、动模垫板、连接动模座板与动模垫板的支撑模板、顶针，动模部分从左至右依次包括第一隔热板、动模板；定模部分从左至右依次包括定模板、第三隔热板、定模座板；动模板的内部、定模板的内部设置有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子基梯度材料的非平衡射出成型方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将原料称重，充分混合后，加入到熔融混合机中，制备出混合均匀的粒料；(2)将步骤(1)中粒料加入成型机料斗，经熔融后注入成型模具型腔，调节动模温度并稳定为TD,调节定模温度并稳定为TJ，制备出预成型梯度材料；(3)将步骤(2)中预成型梯度材料急冷开模，即得高分子基梯度材料；其中，动模温度TD大于定模温度TJ。

【技术特征摘要】
1.一种高分子基梯度材料的非平衡射出成型方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将原料称重，充分混合后，加入到熔融混合机中，制备出混合均匀的粒料；(2)将步骤(1)中粒料加入成型机料斗，经熔融后注入成型模具型腔，调节动模温度并稳定为TD,调节定模温度并稳定为TJ，制备出预成型梯度材料；(3)将步骤(2)中预成型梯度材料急冷开模，即得高分子基梯度材料；其中，动模温度TD大于定模温度TJ。2.如权利要求1所述的高分子基梯度材料的非平衡射出成型方法，其特征在于，所述原料选自如下组合：两种以上高分子材料；高分子材料与无机非金属材料；高分子材料与无机非金属材料、低熔点金属材料；高分子材料与低熔点金属材料中的任意一种。3.如权利要求2所述的高分子基梯度材料的非平衡射出成型方法，其特征在于，所述两种以上高分子材料分别具有不同的熔点、玻璃化温度、粘流温度。4.如权利要求2所述的高分子基梯度材料的非平衡射出成型方法，其特征在于，所述无机非金属材料的形态为非金属粉体、晶须以及纤维中的任意一种或几种。5.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎新萍，戴亚辉，杨佳，曹新鑫，李继功，杨文朋，刘奎，许明路，贺超峰，刘亚飞，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41