塑料制锻模制造技术

一种至少部分由塑料组成的锻模，其特征在于该锻模含有一部分嵌入塑料中的纳米级颗粒。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种至少部分是由塑料制成的锻模。近来，所谓的纳米技术在各种
内都显示出重要性。在纳米技术中使用，其粒度实质上低于微米的纳米级颗粒。由于这种颗粒的大小在10-9到10-6米之间，所以我们面对的是具有原子结构尺度且不再遵守已知的宏观规律的固体系统。这种纳米颗粒的粒度通常小于可见光的短波波长(约400nm)，从而使得这些颗粒再也不是用传统的显微镜所能看到的。这种纳米级颗粒的生产和处理相对来说都是耗资巨大的。值得注意的是，纳米级的无机固体颗粒有着各种各样的令人感兴趣的工业用途，比如其用于光学元件的涂层(参见DE4133621A1)。由于上述用途，在该文献中它首先涉及的是透明复合材料的生产。
技术介绍
DE19746885A1记载了一种由具有流动能力的物料来生产纳米结构模制体和层的方法，其中所述有流动能力的物料含有带有可聚合表面基团的纳米级无机固体颗粒，将其置入模具中，然后聚合形成固化模制体。对这样生产出来的模制体，该文献没有说明其具体的用途。而在该文献中没有提及这种模制体，比如可用于制作通常是由金属来制成的成形工艺的锻模。例如用于成形工艺，如深冲成形方法或其它类似方法中的锻模，经常存在的一个缺点就是使用寿命较短。如果使用由塑料制成的阳模(stempel)、板材夹具或阴模来进行金属部件的深冲成形，则在接触表面会造成很大的磨损，并且锻模材料的抗压强度过小。这就经常会导致锻模的迅速报废。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务在于提供一种至少部分由塑料制成的锻模，其具有较好的耐磨性和因此具有较长的使用寿命。该任务通过具有本专利技术的独立权利要求所述特征的锻模来解决。根据本专利技术，该至少部分由塑料制成的锻模含有一部分嵌入到塑料中去的纳米级颗粒。由此，就磨损方面考虑，主要提高了材料性能，并且一般而言其耐磨损性也要比传统的塑料材料更好。在将本专利技术的这种锻模用于成形工艺时，锻模能具有较长的使用寿命，并因此可以在更多更长的生产周期中循环使用。本专利技术中所使用的纳米颗粒的粒度优选约在15到250纳米的范围内。在使用这种纳米级颗粒所生产制得的塑料材料可以作为浇注材料或块状材料的形式存在。塑料中纳米级颗粒的份额可以在很宽的范围内变化。特别优选的纳米级颗粒的使用量以复合材料的总重计在约5到约60重量％的范围内。该纳米级颗粒优选尽可能均匀地分布在塑料中。比较好的方法是将纳米级颗粒嵌在塑料聚合物中。为了达到纳米颗粒尽可能均匀的分布，就要在复合材料的生产中使用表面改性剂。这样就在塑料中形成了玻璃状非晶态结构，该结构能赋予材料特别适于用作锻模材料的性质，并且尽管这种材料具有基质的玻璃态结构特性，但是该材料还是能保持特别是它的弹性。用作基质的塑料特别可以考虑聚氨酯，环氧树脂或具有可类比性能的塑料。对于纳米级颗粒，在本专利技术的范围内首先考虑的便是无机物质的颗粒。它们可以是如金属氧化物。根据使用目的不同，具有足够硬度和/或耐磨性的金属氧化物优选是，比如氧化硅、氧化钛或类似物。在本专利技术的范围内曾经做过一些试验，在该试验中将由含有纳米级颗粒的塑料形成的混合物和含有其它助剂的塑料进行比较，比较后证明那些含有本专利技术纳米级颗粒的塑料在各种性能上都是极其卓越的，特别表现在耐磨性，抗压性和摩擦性上。在该试验中制作了各种不同塑料样品的REM照片，其中塑料掺有纳米级颗粒或常规填料和固体润滑物质，从中可以看到，这些助剂以各不相同的颗粒分布状态存在于塑料基体中。在一些试验中，当甚至对还未固化的材料进行搅拌时，发现会出现不均匀和凝结成块的现象。在对样品进行硬化处理时可以确定塑料中会存在许多气泡。相反，如果在使用有合适的表面改性剂的情况下将纳米级的颗粒嵌在塑料中，则纳米细颗粒实际上能更好地分布在塑料基体中。假设根据本专利技术将纳米级的颗粒嵌入塑料中后会形成一种非晶形固体，纳米固体颗粒的表面会由塑料基体润湿。看起来似乎在两相之间形成了牢固的结合。这种假设也可以通过本专利技术材料样品的REM照片得到证明，这时将样品要浸于液氮中并使之折断。在断裂面上可以看到很光滑的平面并且没有颗粒集中区。在本专利技术的测试试验中，要对按本明含有纳米级颗粒的塑料和含有常规粉末颗粒的塑料进行试验并比较其E-模量和抗压强度。掺入了例如约20％的纳米级颗粒之后会导致抗压强度大大高于只含有常规填料的塑料。用本专利技术的塑料制成锻模，并用这种锻模进行深冲试验。从中可以确定，无论是深冲锻模的尺寸精度还是使用寿命都得到了很大的改善。在通常情况下，这种由塑料制成的深冲锻模很快就会磨损掉。如果嵌入例如以复合材料总重计的约20重量％的纳米级颗粒，则可以得到更好的磨损和耐磨性能。如果再嵌入比如石墨或硫化钼类的润滑剂，则锻模的耐磨和深冲性能就能进一步提高，就像从以下实施例中所能得出的结论一样。含嵌入的纳米级颗粒的本专利技术的塑料锻模具有以下优点，即材料成本会比传统的钢制锻模成本低(例如可以降低高达70％)。这种锻模可以进行更好的加工，并只需要使用少量的机械。这样就会降低在机器加工时所需的能量和功率。本专利技术塑料锻模的加工时间比钢制锻模的短。其重量也更轻，其重量降低可以达到至多60％，由此可以在对锻模进行处理时降低如起重设备的载荷。本专利技术的塑料锻模或由其制成的用于锻模的塑料部件可以更为方便地进行变化，而这同时又能节省成本、降低能耗和缩短时间。破损的锻模可以全部重新使用，比如作为新的塑料锻模的填料来用，这样就使得处置成本大为降低。由于塑料锻模表现出弹性，所以借助这种成形锻模进行成形加工能大大提高工件的质量。通过加入其他的具有润滑性的物质，就能改善特别是深冲时的耐磨性能。由此，就可以省去至今所一直需要的液体润滑剂，从而使得成形加工过程更加适于环保要求。本专利技术还涉及一种成形工件，特别是金属部件的方法。该方法利用一种至少部分是由塑料制成的成形锻模，且根据本专利技术，该成形锻模含有混入塑料中的纳米颗粒成分。根据本专利技术的一个优选的改进方案，这种成形锻模能用作为金属薄板，特别是汽车车身零件或车身的深冲加工方法中的深冲锻模。以下将参考附图以实施例来进一步详细地说明本专利技术。附图为附图说明图1是用于本专利技术第一个样品(P-b1)的锻模的塑料截面的REM照片图2是与图1中样品相同的另一REM照片，但是放大倍数更大图3是将本专利技术的塑料样品浸于液氮中并折断后的断面REM照片图4是塑料中所用纳米颗粒含量各不相同时的E-模量和抗压强度5是使用含有不同填料的塑料制成的深冲锻模时的视6是描绘由具有不同填料的塑料制成的锻模在冲程数不断增加的深冲过程中耐磨性的视图在本专利技术范围内，对添加了不同粒度纳米颗粒的塑料的负载情况进行测试。所测得的纳米颗粒样品P-D4、P-b1、P-b2和P-b3的性质列于下表1中。表1 如表中所示，P-D4样品的粒度为800nm，而其他纳米颗粒的粒度实质上更小。用表面改性剂分别对纳米颗粒进行改性并加入塑料物料中。对P-D4样品进行试验表明，在搅动时就已经出现了不均匀和凝结成块的现象。在对样品进行硬化处理过程中发现塑料中含有大量气泡。与此相反，可以肯定的是，在具有纳米颗粒的样品中，根据上表，那些粒度较小的颗粒实际上能更好地分布在塑料基体中。这可以通过相应的REM照片得到证实。图1所示的是根据表1左数第二栏中的样品P-b1的本专利技术锻模的塑料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：M·麦考伊阿劳伊，J·沃斯伯格，P·霍赫瓦德，W·巴特尔曼，
申请(专利权)人：范蒂科有限责任公司，
类型：发明
国别省市：