一種塑料金屬合金復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料及加工成型領(lǐng)域，具體涉及一種塑料金屬合金復(fù)合材料及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 塑料制品因重量輕，價格低廉，耐腐蝕，可絕緣，耐磨，良好的成形性等優(yōu)點而廣泛 使用。但塑料也因它的不足之處而使用受到限制，主要在于強度、硬度較低，不耐熱、易老 化和蠕變等，為改善其性能，在進行塑料的注射成型過程中將塑料的原材料里加入具有更 高性能的金屬合金的微細粉末，制備出具有更高的強度和硬度、更高的耐熱性、增強耐磨性 能、有效阻燃、能導(dǎo)電、具有金屬炫彩的塑料金屬合金復(fù)合材料。
[0003] 對于塑料和金屬的復(fù)合材料制備，目前比較普遍采用的方法是層壓的方式像鋼塑 和鋁塑材料。中國專利文獻CN1186017A(申請?zhí)?612145. 1)提供了一種采用等靜壓方式制 備的金屬-塑料復(fù)合材料。這種材料依次由金屬底層、粘結(jié)層、增強金屬網(wǎng)或非金屬網(wǎng)、表 面潤滑層組成，采用熱等靜壓或連續(xù)熱輥壓成型工藝進行生產(chǎn)。但這些復(fù)合材料均存在明 顯的連續(xù)界面，降低復(fù)合材料的性能，而且不能改變基體材料的性能，具有很大的局限性。
[0004] 中國專利CN102977448A公開了一種塑料金屬合金復(fù)合材料及其制備方法，包括 熱塑性塑料和金屬合金材料組分，其中，熱塑性塑料與金屬合金的質(zhì)量比為20:1~1:1。該 塑料金屬合金復(fù)合材料的制備方法如下：通過攪拌將金屬合金粉末與塑料粒子混合均勻， 得到混合料，將混合料送入注射機并在塑化過程中加熱，使塑料粒子熔化至粘流態(tài)，在注塑 機上螺桿或柱塞的推動下，使混合料受到一定的注射壓力，并填充到模具的型腔內(nèi)，冷卻后 得到與模具形狀匹配的塑料金屬合金復(fù)合材料的型材。但是該復(fù)合材料的界面結(jié)合性差； 復(fù)合材料型材的拉伸強度有待進一步提高，且抗腐蝕性能差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中塑料金屬合金復(fù)合材料的復(fù)合材料的界面結(jié)合性差；復(fù)合材料的 強度和抗腐蝕性不高的缺點，本發(fā)明的目的是提供一種高拉伸強度且耐腐蝕性好的塑料金 屬合金復(fù)合材料，同時本發(fā)明還公開了用該材料制備型材的方法，生產(chǎn)工藝過程中通過采 用鎳鋁金屬間化合物、硅烷偶聯(lián)劑改性的熱塑性塑料和金屬合金復(fù)合作為原料制備塑料金 屬合金復(fù)合材料，所得復(fù)合材料拉伸強度達到85MPa以上，耐腐蝕性好。
[0006] 為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0007] 第一方面，本發(fā)明提供了一種塑料金屬合金復(fù)合材料，所述的塑料金屬合金復(fù)合 材料，包括鎳鋁金屬間化合物、硅烷偶聯(lián)劑改性的熱塑性塑料和金屬合金組分。
[0008] 金屬合金與鎳鋁金屬間化合物質(zhì)量之和與硅烷偶聯(lián)劑改性的熱塑性塑料的質(zhì)量 比為 1:15 ~1:2,例如可為 1 :15、1 :14、1 :10、1 :9、1 :7、1 :5、1 :4 或 1 :2 等。優(yōu)選為 1 :10。
[0009] 所述金屬合金為鋁的合金，或銅的合金。其成分為AaBb，其中A為A1或Cu兩種金 屬元素中的一種，B是合金中其他元素的組合，其它元素一般包括Mn、Si、Zn等的多種元素， a、b為質(zhì)量份數(shù)。
[0010] 優(yōu)選地，所述合金成分A和B的質(zhì)量份數(shù)a、b應(yīng)滿足：a+b= 100,68彡a彡100， 0 <b彡 25〇
[0011] 優(yōu)選地，所述金屬合金與鎳鋁金屬間化合物的質(zhì)量比為25 :1~50 :1，例如可為 25 :1、27 :1、30 :1、35 :1、38 :1、40 :1、43 :1、48 :1 或 50 :1 等。優(yōu)選為 39 :1。
[0012] 鎳鋁金屬間化合物由金屬鍵、共價鍵和離子鍵混合結(jié)合而成，形成有序的超點陣 結(jié)構(gòu)，其具有金屬的特性，如金屬光澤、金屬導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性等。但是金屬間化合物的脆性 大，限制了它的應(yīng)用。鎳鋁金屬間化合物中的金屬鍵有利于其與金屬合金的結(jié)合，另一方面 其上的共價鍵又有利于其與硅烷偶聯(lián)劑改性的熱塑性塑料的界面結(jié)合，通過調(diào)節(jié)金屬合金 與鎳鋁金屬間化合物的添加比例，并與硅烷偶聯(lián)劑改性的熱塑性塑料混合注塑可以克服鎳 鋁合金脆性大及塑料金屬合金復(fù)合材料界面結(jié)合性差的缺點，制備得到界面結(jié)合性好、拉 伸強度高及耐腐蝕性優(yōu)良的塑料金屬合金復(fù)合材料。
[0013] 其中，所述熱塑性塑料包括聚乙烯（PE)、聚氯乙烯（PVC)或聚苯乙烯（PS)中的任 意一種或至少兩種的組合，所述組合例如可為聚乙烯和聚氯乙烯的組合，聚氯乙烯和聚苯 乙烯的組合，聚乙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯的組合等。
[0014] 所述硅烷偶聯(lián)劑改性的熱塑性塑料的制備原料中，硅烷偶聯(lián)劑占總質(zhì)量的質(zhì)量百 分比為 1. 5wt%~5wt%。例如可為 1. 5wt%、2wt%、2. 2wt%、2. 5wt%、2. 6wt%、2. 8wt%、 3wt%、3. 4wt%、4wt%、4. 5wt%、4. 8wt% 或 5wt% 等。
[0015] 通過用硅烷偶聯(lián)劑改性熱塑性塑料，硅烷偶聯(lián)劑中的活性基團如芳基、環(huán)氧基和 烷基等與線型或帶支鏈結(jié)構(gòu)的樹脂分子鏈發(fā)生作用，具有很強的界面結(jié)合作用。而且，硅烷 偶聯(lián)劑能夠?qū)崿F(xiàn)其與金屬的高效界面結(jié)合，這是由于硅烷偶聯(lián)劑上的甲基能夠通過水解后 形成羥基，然后分子間縮合脫水，由于氫鍵作用，硅烷偶聯(lián)劑上的羥基會朝金屬表面的氧原 子靠近，最后脫水形成醚鍵，從而提高偶聯(lián)劑與金屬基體的結(jié)合力。
[0016] 優(yōu)選地，所述硅烷偶聯(lián)劑改性的熱塑性塑料的制備方法如下：
[0017] 將相應(yīng)成分的塊狀或顆粒狀塑料經(jīng)制粒機制成顆粒狀或粉末狀塑料粒子；
[0018] 在高壓反應(yīng)釜中先加入有機溶劑，然后加入硅烷偶聯(lián)劑，攪拌均勻后，在80~ 130rpm的攪拌速度下加入顆粒狀或粉末狀塑料粒子，密閉反應(yīng)釜，加熱到60°C~90°C，保 溫，控制攪拌速度為1500rpm，攪拌lh;
[0019] 冷卻后固液分離后，將固相部分60°C~80°C烘干，氣流磨粉碎，得到硅烷偶聯(lián)劑 改性的熱塑性塑料。
[0020] 第二方面，本發(fā)明提供了如上所述的塑料金屬合金復(fù)合材料的制備方法，其包括 以下步驟：
[0021] ①將金屬合金制成粉末，將鎳鋁金屬間化合物制成粉末，將二者混合均勻得到混 合金屬粉末；
[0022] ②在保護氣體的氛圍下，通過攪拌將硅烷偶聯(lián)劑改性的熱塑性塑料與混合金屬粉 混合均勻，得到硅烷偶聯(lián)劑改性的熱塑性塑料與金屬合金的混合料；
[0023] ③將步驟②得到的混合料填充至注射機料斗中，通過注塑機上的螺桿輸送至塑化 區(qū)；
[0024] ④混合料在注射機塑化過程中加熱，使塑料粒子熔化至粘流態(tài)，螺桿的運動起到 攪拌作用，使金屬合金粉末及鎳鋁金屬間化合物和粘流態(tài)的塑料混合更加均勻；
[0025] ⑤在注塑機上螺桿或柱塞的推動下，使混合料受到一定的注射壓力，并填充到模 具的型腔內(nèi)，冷卻后得到與模具形狀匹配的塑料金屬合金復(fù)合材料的型材。
[0026] 以上步驟中，步驟①中所述的塑料粒子的平均粒徑為10mm~12mm。
[0027] 以上步驟中，步驟①中所述的合金粉末的平均粒徑為50μπι~80μπι。
[0028] 以上步驟中，步驟①中所述的鎳鋁金屬間化合物粉末的平均粒徑為50μπι~ 80μm〇
[0029] 以上步驟中，步驟④中塑化加熱溫度為100°C~150°C。
[0030] 以上步驟中，步驟⑤中的注射壓力為50MPa~200MPa。
[0031] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0032] (1)本發(fā)明采用硅烷偶聯(lián)劑改性熱塑性塑料，硅烷偶聯(lián)劑上的活性基團如芳基、環(huán) 氧基和烷基等與線型或帶支鏈結(jié)構(gòu)的樹脂分子鏈發(fā)生作用，具有很強的界面結(jié)合性。而且， 硅烷偶聯(lián)劑能夠?qū)崿F(xiàn)其與金屬的高效界面結(jié)合，從而實現(xiàn)硅烷偶聯(lián)劑改性的熱塑性塑料與 金屬基體的高效結(jié)合，從而提高復(fù)合材料的拉伸強度及耐腐蝕性等性能。
[0033] (2)通過調(diào)節(jié)鎳鋁金屬間化合物與金屬合金的質(zhì)量之和與硅烷偶聯(lián)劑改性的熱塑 性塑料的質(zhì)量比，注塑成型制備塑料金屬合金復(fù)合材料，并利用鎳鋁金屬間化合物中的金 屬鍵有利于其與金屬合金的結(jié)合，共價鍵又有利于其與硅烷偶聯(lián)劑改性的熱塑性塑料的界 面結(jié)合的特點，制備得到界面結(jié)合性好、強度高及耐腐蝕性優(yōu)良的塑料金屬合金復(fù)合材料， 其拉伸強度可達85MPa以上。
【具體實施方式】
[0034] 為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實施 例僅僅用于幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對本發(fā)明的具體限制。
[0035] 配制酸蝕液：
[0036] 按照IS010271的方法來配制酸蝕液，即在300mL蒸餾水中加入（10. 0±0.l)g 90%C3H603(分析純）和（5.85±0.005)gNaCl，然后把溶液稀釋至（1000±10)mL，pH為 2. 3。
[0037] 測定方法：
[0038] 根據(jù)每平方厘米合金對應(yīng)lmL酸蝕液的標準，每個玻璃容器內(nèi)加入6. 5mL酸蝕 液；將受試樣品放置于已加液的玻璃瓶內(nèi)，封閉；于37°C的恒溫水浴箱內(nèi)放置7天后取出 送檢；采用電感親合等離子體發(fā)射光譜儀（inductivelycoupledplasmaatomicemission spectroscopy，ICP-AES)測量各個試管中錯離子濃度。
[0039] 實施例1 :
[0040] (1)制備硅烷偶聯(lián)齊IJ改性的熱塑性塑料：
[0041] 將聚乙烯塑料經(jīng)制粒機制成聚乙烯塑料粒子；
[0042] 在高壓反應(yīng)爸中先加入乙醇，然后加入1. 5kg硅烷偶聯(lián)劑，攪拌均勾后，在80rpm 的攪拌速度下加入98. 5kg聚乙烯塑料粒子，密閉反應(yīng)釜，加熱到60°C，保溫，控制攪拌速度 為 1500rpm，攪拌lh;
[0043] 冷卻后固液分離后，將固相部分60°C烘干，氣流磨粉碎，得到硅烷偶聯(lián)劑改性的熱 塑性塑料。
[0044] (2)制備塑料金屬合金復(fù)合材料：
[0045] 本實施例的塑料金屬合金復(fù)合材料的成分及制備的步驟如下：
[0046] ①將6. 41kg塊狀A(yù)356合金通過機械球磨成粉末并過200目篩，得到平均粒徑為 75μm的合金粉末。A356鋁合金的成分為6. 8~L0 %Si，(λ25~(λ35 %Mg，(λ15~(λ3 % Μη，0. 20%Cr，0. 01%Ni。其余為Al。Α356鋁合金也符合通式AaBb，A356鋁合金中，由于其 它元素B中主要成分為Si和Mg，所以，A356鋁合金中的B為Si和Mg兩種金屬的組合；
[0047] 將0